本公開(kāi)要求2014年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.62/051,227的優(yōu)先權(quán)。

背景技術(shù)：

火箭助推器等包括固體含能材料，固體含能材料當(dāng)被點(diǎn)燃時(shí)生成加壓氣體，加壓氣體可通過(guò)噴嘴被噴出從而產(chǎn)生推力。通常將固體含能鑄造、模制和/或機(jī)加工成火箭助推器的期望的形狀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開(kāi)的示例的增材制造過(guò)程包括：加壓并加熱料漿，使經(jīng)加壓加熱的料漿流動(dòng)通過(guò)噴嘴，并且按照預(yù)定的圖案沉積所述料漿。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，在鄰近所述噴嘴且在所述噴嘴上游的加熱裝置中執(zhí)行所述加熱。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，在所述噴嘴中執(zhí)行所述加熱。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述加熱進(jìn)行到等于或高于所述料漿的固化溫度的溫度。

任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例包括：在所述加熱期間開(kāi)始進(jìn)行所述料漿的聚氯乙烯成分的溶解。

任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例包括：在所述料漿的沉積期間開(kāi)始進(jìn)行所述料漿的硬化。

任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例包括：將所述料漿從加壓容器供給到所述噴嘴。所述加壓容器具有近似20至500磅每平方英寸的壓力。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述加熱處于近似170至220℉。

在上述任何實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述料漿包括塑料溶膠和固體含能材料。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述塑料溶膠包括聚氯乙烯或硝化纖維中的至少一個(gè)。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述塑料溶膠包括鄰苯二甲酸酯塑化劑或己二酸酯塑化劑中的至少一個(gè)。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述塑料溶膠包括聚氯乙烯與所述塑化劑的按重量的比率，所述比率的范圍是80:20至20:80。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述料漿按重量包括比率近似是1:1的塑化劑與聚氯乙烯或硝化纖維中的至少一種，以及多達(dá)近似85%的固體含能材料。

根據(jù)本公開(kāi)的示例的增材制造過(guò)程包括：將噴嘴加熱到等于或高于料漿的固化溫度的溫度，使所述料漿經(jīng)過(guò)所述噴嘴以使所述料漿開(kāi)始固化，并且針對(duì)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的圖案從所述噴嘴分配正在固化的料漿。

任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例包括：將所述料漿從加壓容器供給到所述噴嘴。所述加壓容器具有近似20至500磅每平方英寸的壓力。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述料漿包括固體含能材料。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述料漿包括塑料溶膠和固體含能材料。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述塑料溶膠包括聚氯乙烯或硝化纖維中的至少一個(gè)以及鄰苯二甲酸酯塑化劑或己二酸酯塑化劑中的至少一個(gè)。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述塑料溶膠包括聚氯乙烯與所述塑化劑的按重量的比率，所述比率的范圍是80:20至20:80。

在任何上述實(shí)施例的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述分配包括針對(duì)所述經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的圖案將所述料漿的多個(gè)層沉積在彼此上。

附圖說(shuō)明

從下面的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白本公開(kāi)的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施方式所附的附圖可簡(jiǎn)要描述如下。

圖1示出了示例的增材制造過(guò)程。

圖2示出了用于執(zhí)行圖1的過(guò)程的示例系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

圖1示出了示例的增材制造過(guò)程20，并且圖2示出了用于執(zhí)行過(guò)程20的示例系統(tǒng)40。如將描述的，過(guò)程20可被用于使固體含能材料或其他材料形成或“打印”成期望的幾何結(jié)構(gòu)。例如，固體含能材料可被打印成用于火箭助推器等的期望的三維幾何結(jié)構(gòu)。

本文關(guān)于步驟22、24和26以及系統(tǒng)40描述了過(guò)程20。在步驟22、24和26之前、在步驟22、24和26之間或在步驟22、24和26之后可以使用另外的處理步驟。一般而言，系統(tǒng)40包括容納料漿44的容器42、用于分配料漿44的噴嘴46以及諸如管道或管的一個(gè)或多個(gè)線路48，料漿44從容器42經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)線路48移動(dòng)到噴嘴46。噴嘴46可以包括加熱裝置46a。替代地或另外地，加熱裝置46a可以被定位成鄰近噴嘴46且在噴嘴46的上游，如在46a'處所示。容器42、線路48以及噴嘴46可以包括用于使料漿44移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)閥、一個(gè)或多個(gè)泵等。控制器50至少與噴嘴46連通并且還可以與容器42、線路48、加熱裝置46a/46a'以及任何（一個(gè)或多個(gè)）閥或（一個(gè)或多個(gè)）泵連通，從而控制系統(tǒng)40的操作。就這一點(diǎn)而言，控制器50包括硬件（例如微處理器）、軟件或兩者，其被構(gòu)造成和/或編程為實(shí)施過(guò)程20。

為了打印固體含能材料，料漿44可包括塑料溶膠和固體含能材料的混合物。塑料溶膠是聚合物顆粒在液體塑化劑中形成的混合物或懸浮液。例如，塑化劑包括鄰苯二甲酸酯、己二酸酯、或其組合。鄰苯二甲酸酯可包括但是不限于鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）、鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP）以及鄰苯二甲酸二(2-乙基己)酯，并且己二酸酯可包括但是不限于己二酸二辛酯（DOA）和癸二酸二辛酯（DOS）。例如，塑料溶膠包括聚氯乙烯或硝化纖維中的至少一種的聚合物顆粒以及液體塑化劑。固體含能材料也被提供成顆粒的形式并且與塑料溶膠混合。

根據(jù)期望的最終使用需求來(lái)選擇固體含能材料。例如，固體含能材料可包括但是不限于金屬燃料、氧化劑以及燃料/氧化劑摻和物。固體含能材料還可以包括一種或多種惰性結(jié)合劑、燃燒改性劑、穩(wěn)定劑等。在一個(gè)示例中，料漿44按重量包括近似7.5%的聚氯乙烯、近似7.5%的塑化劑以及近似85%的固體含能材料。在進(jìn)一步的示例中，固體含能材料按重量包括近似18%的金屬燃料。

再來(lái)看過(guò)程20，在步驟22，料漿被加壓并且被加熱。料漿44被加壓以有助于從容器42經(jīng)過(guò)線路48流動(dòng)到噴嘴46。例如，料漿44以近似20至500磅每平方英寸在容器42中被加壓。隨后，在該壓力的情況下將料漿44從容器42供給到噴嘴46。所述加壓還有助于抑制在噴嘴46之前發(fā)生固化以減少“結(jié)塊”。在基于上面所描述的、包括聚氯乙烯或硝化纖維中的至少一個(gè)、己二酸二辛酯以及固體含能材料的料漿組合物的一個(gè)進(jìn)一步的示例中，料漿44具有小于20千泊的粘度，以近似30至40磅每平方英寸在容器42中被加壓，并且被加熱到近似170至220℉。

料漿44可以大體上處于環(huán)境溫度直到進(jìn)行加熱。就這一點(diǎn)而言，在一個(gè)示例中，過(guò)程20包括經(jīng)由加熱裝置46a在噴嘴46中加熱料漿44。替代地，如果使用加熱裝置46a'，則料漿44在噴嘴46之前被加熱。料漿44可以在被加熱之前是完全未固化的或是大體上完全未固化的。以適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫?，所述加熱使得液體塑化劑開(kāi)始溶解聚合物顆粒（例如，聚氯乙烯）。

在步驟24，經(jīng)加壓加熱的料漿44流動(dòng)通過(guò)噴嘴46，并且在步驟26，按照預(yù)定的圖案從噴嘴46沉積料漿44。雖然料漿44被加壓并且在噴嘴46的加熱裝置46a或46a'處被加熱到合適的溫度，但是料漿44在被從噴嘴46分配并且冷卻之后可以達(dá)到大體上完全固化的或硬化的狀態(tài)。例如，取決于料漿44的流動(dòng)，溶解和固化可以在噴嘴46中開(kāi)始或者在從噴嘴46進(jìn)行分配之后開(kāi)始。在一個(gè)示例中，加熱到等于或高于料漿的固化溫度的溫度使得液體塑化劑開(kāi)始溶解聚合物顆粒，并且因此料漿44開(kāi)始固化和硬化。

預(yù)定的圖案可以是被形成的物品的經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的圖案。就這一點(diǎn)而言，噴嘴46來(lái)回移動(dòng)以按照所述經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的圖案選擇性地沉積料漿44。另外地或替代地，料漿44被分配在其上的基體可根據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的圖案而移動(dòng)。料漿44的多個(gè)層可被選擇性地沉積在彼此上以依照經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的圖案來(lái)構(gòu)建物品。

在另外的示例中，還可以針對(duì)料漿組合物來(lái)設(shè)計(jì)或選擇噴嘴46。例如，因?yàn)榱蠞{44包含聚合物顆粒以及固體含能材料，所以料漿44沉積時(shí)所通過(guò)的噴嘴46的分配孔至少與組合物中的最大的顆粒一樣大。更典型地，所述孔可以是組合物中最大顆粒的至少數(shù)倍大以減少?lài)娮?6的跨接（bridging）和堵塞。例如，噴嘴口可以是但是不限于是1/64至3/64英寸。

在另一實(shí)施例中，針對(duì)提供在加熱裝置46a或46a'處的加熱的量來(lái)選擇料漿44的組合物。例如，料漿組合物具有關(guān)于聚氯乙烯和/或硝化纖維的量與己二酸二辛酯的量的80:20至20:80的按重量的比率。在進(jìn)一步的示例中，該比率是60:40至40:60。

雖然在所說(shuō)明的示例中示出了特征的組合，但不是所有這些特征都需要被組合以實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的各實(shí)施例的益處。換言之，根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將不必包括在任何一張附圖中示出的全部特征或者在附圖中示意性示出的所有的部分。而且，一個(gè)示例實(shí)施例的所選擇的特征可以與另外的示例實(shí)施例的所選擇的特征進(jìn)行組合。

前面的描述本質(zhì)上是示例性的而不是限制性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白對(duì)所公開(kāi)的示例的變化和修改，對(duì)所公開(kāi)的示例的變化和修改不必然偏離本公開(kāi)。僅可通過(guò)研究所附權(quán)利要求來(lái)確定給予本公開(kāi)的法律保護(hù)范圍。