on the possibility of forming solid combustibles using additive DLP method

Abstract

Технология проекционной стереолитографии (DLP) является одним из наиболее перспективных аддитивных подходов для 3D печати изделий на основе высокоэнергетических материалов, в первую очередь ввиду отсутствия высокотемпературного воздействия на материал в процессе печати. В настоящей работе представлены результаты исследований УФ-отверждаемой композиции для DLP 3D печати на основе уретанметакрилата, содержащей до 70 масс. % твердого порошкового высокоэнергетического материала на основе солей аммония. Проведены исследования процессов полимеризации исходной суспензии. Показано, что введение крупнодисперсного прозрачного для УФ-излучения порошкового материала способствует повышению глубины отверждения относительно исходной УФ-отверждаемой смолы. Толщина слоя, который может быть полимеризован варьируется от 600 мкм до 2 мм при варьировании энергии воздействия от 20 мДж/см2 до 400 мДж/см2 соответственно. Методом DLP 3D печати получены образцы материала с плотностью до 92 % от теоретической и пределом прочности при сжатии до 29 МПа. Результаты термогравиметрических исследований свидетельствуют о снижении температуры термического разложения рассмотренного в работе материала на основе УФ-отверждаемой смолы и высокоэнергетической добавки относительно исходных компонент. При этом, термическое разложение сопровождается активным тепловыделением. Скорость горения полученных образцов материала при повышении давления от 0.1 МПа до 4 МПа возрастает от 0.74 мм/с до 3.68 мм/с соответственно. На основании полученных данных возможно сделать вывод о перспективе дальнейшего развития DLP 3D печати с использованием предложенного УФ-отверждаемого связующего для получения более сложных многокомпонентных высокоэнергетических систем и сложнопрофильных геометрических структур на их основе. Projection stereolithography (DLP) technology is one of the most promising additive approaches for 3D printing of products based on high energy materials, mainly due to the absence of high temperature effects on the material during the printing process. The present work presents the results of studies of UV-curable compositions for DLP 3D printing based on urethane methacrylate containing up to 70% by weight of solid powdered high-energy material based on ammonium salts. The polymerisation processes of the initial suspension were studied. It is shown that the introduction of coarsely dispersed UV-transparent powder material contributes to the increase of the curing depth compared to the initial UV-curable resin. The thickness of the cured layer varies from 600 μm to 2 mm, while the exposure energy varies from 20 mJ/cm2 to 400 mJ/cm2. The DLP 3D printing method was used to obtain material samples with density up to 92% of theoretical and compression strength up to 29 MPa. The results of thermogravimetric studies indicate a decrease in the thermal decomposition temperature of the material based on UV-curable resin and high energy additive compared to the original components. At the same time, thermal decomposition is accompanied by active heat release. The rate of combustion of the obtained material samples at an increase in pressure from 0.1 MPa to 4 MPa increases from 0.74 mm/s to 3.68 mm/s. Based on the obtained data, it is possible to conclude about the prospects of further development of DLP 3D printing using the proposed UV-curable binder for obtaining more complex multicomponent high-energy systems and complex geometric structures on its basis.