(腦洞)是否能使用三維打印的PLA作為固液混合式發動機的藥柱

固液混合式發動機以高安全性著名,當中的藥柱為了要增加和氧化劑接觸面積會用星孔加工增加接觸面積,但把現成塑膠棒星孔加工對我這種沒工具的小白太痛苦了,於是筆者腦洞大開想到了三維打印的PLA材質,在網上查到的資料似乎也有老外用笑氣/ABS製作出來,而三維打印的好處是可以弄出複雜的芯孔形狀,也許也能增加效率(?

貼幾個或許可行的形狀

strategies-for-3d-printing-advanced-hybrid-rocket-fuel-grains-and-hybridlike-liquid-rocket-motorsadditive-innovationfuller-7-638.jpg

下載.jpeg

下載 (1).jpeg

歡迎大家討論/指正。


来自:科创广场 / 极客DIY
Syscus-AC
1年2个月前
1楼

图二那个,居然还能打印一体化喷管,太强大了

不过我觉得这种喷管耐热会有问题... ...

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花心大萝卜
1年2个月前
2楼

3D打印药柱。有可能,但是吧,设计一台这样的机器可能没有市场……

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
3楼
引用Syscus-AC发表于1楼的内容
图二那个,居然还能打印一体化喷管,太强大了不过我觉得这种喷管耐热会有问题... ...

也許是讓液態氧化劑氣化的地方?

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
4楼
引用花心大萝卜发表于2楼的内容
3D打印药柱。有可能,但是吧,设计一台这样的机器可能没有市场……

直接用家用的打印機打印。

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
5楼

忘了補充一點,PLA燃燒時比較不臭,這是我選擇PLA不是ABS的原因。

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ZT
1年2个月前
6楼

那么请问如何解决PLA软化变形的问题???

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
7楼
引用ZT发表于6楼的内容
那么请问如何解决PLA软化变形的问题???

首先,有大量的混合式發動機是使用聚乙烯,聚乙烯的熔點115到135度比PLA低數十度也沒這個問題,為什麼?

混合式發動機的藥柱表面會有一層熔化的塑膠沒錯,但很快就燃燒殆盡加上塑膠的低導熱率等到發軟早就燒光了。

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
8楼

IMG_20200224_111824.jpg


發個可能的形狀 順便頂一下 sticker

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天马行空yzx
1年2个月前
9楼

家庭3D打印有个硬伤就是速度太慢,打印一个几十克的物品都要十几小时,上百克质量的药柱不知道要打多少天......

可以提高下喷头的移动速度,降低下精度,毕竟不用像工艺品那样


或许也可以只打印表层,内部直接熔铸

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
10楼
引用天马行空yzx发表于9楼的内容
家庭3D打印有个硬伤就是速度太慢,打印一个几十克的物品都要十几小时,上百克质量的药柱不知道要打多少天...

還好 畢竟只是等而已。

不過我之前打印一個音響的外殼層高開0.2等了兩天。

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天马行空yzx
1年2个月前
11楼

123D里面有个抽壳功能,可以把药柱挖空,只留下表层

QQ图片20200224123133.png

另外,PLA的机械性能貌似不是很好,比较脆。内部可以填一些机械性能好的塑料,保证药柱强度

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
12楼
引用天马行空yzx发表于11楼的内容
123D里面有个抽壳功能,可以把药柱挖空,只留下表层另外,PLA的机械性能貌似不是很好,比较脆。内部...

這樣可燃面積不就只剩表面一點點?

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天马行空yzx
1年2个月前
13楼

QQ图片20200224132142.png

QQ图片20200224132236.png

算了下,(第一个是全部填充,第二个是空壳)调高打印速度的话,其实比我想象的要快很多(第二个又比第一个快一倍),不过这是最简单的内孔,形状复杂的话时间还要长一些,但我觉得还是有实用价值的


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Clayton_tsai作者
1年2个月前
14楼
引用天马行空yzx发表于13楼的内容
算了下,(第一个是全部填充,第二个是空壳)调高打印速度的话,其实比我想象的要快很多(第二个又比第一个...

等笑氣來就可以試看看 話說笑氣真的貴

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UICalc
1年2个月前
15楼
引用Clayton_tsai发表于14楼的内容
等笑氣來就可以試看看 話說笑氣真的貴

盐酸羟胺和亚硝酸钠反应

不知道符不符合要求

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
16楼
引用UICalc发表于15楼的内容
盐酸羟胺和亚硝酸钠反应不知道符不符合要求

一瓶七公斤1800台幣,折合人民幣約415元, 但不知道純度如何。自製...沒那個時間跟精力。

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314152
1年2个月前
17楼
引用Clayton_tsai发表于14楼的内容
等笑氣來就可以試看看 話說笑氣真的貴

记得液态笑气有自爆危险的。。。😂LOX反倒实在

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
18楼
引用314152发表于17楼的内容
记得液态笑气有自爆危险的。。。😂LOX反倒实在

但那低溫高壓的液體真的玩不起,技術和材料都不夠,笑氣避免炸就加個逆止閥就好。

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Clayton_tsai作者
1年2个月前
19楼
引用UICalc发表于15楼的内容
盐酸羟胺和亚硝酸钠反应不知道符不符合要求

更簡單的方法:加熱硝酸銨,嚴格控溫應該可行,但一樣是時間的問題。

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Clayton_tsai作者
1年1个月前
20楼

更新:也許這種形狀是螺旋效應噴管?

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Clayton_tsai作者
1年1个月前
21楼

在我翻資料時發現這是一種新的燃料製作方法,透過三維打印可以製造出更複雜的幾何形狀燃料,而這幾種燃料基本上都是螺旋形燃燒孔或是其的變形,而其最明顯的優點是:

1.增加退移速率

2.增加容積效率,相同體積可以容下更多燃料,但燃料表面積卻沒有被犧牲。

其中第一點猜想可能是因為增加氧化劑和燃料接觸的面積,減少氧化劑浪費。

不過相同的,也可以使用圓盤狀的燃料,增加噴注器在燃料周圍使氧化劑在圓盤狀的燃料中形成渦流也可以達到相同的效果,不過就麻煩多了。

附上參考資料

attachment icon High Regression Rate Hybrid Rocket Fuel Grains with Helical Port.pdf 1.08MB PDF 35次下载 预览

image.png


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Clayton_tsai作者
1年1个月前
22楼

我還找到一些神奇的固體燃料,例如浸了蠟的紙、混了鋁的山梨糖醇之類的,甚至還有固態甲烷。

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小科学
1年1个月前
23楼

个人来看推建天马行空推荐的空心材质然后填充其他材料作为燃料的想法,综11楼所述,PLA材料的脆性让它不太能承受燃烧瞬间所带来的内应力,让燃料由某处或者多出断裂,燃料棒主体断裂让氧化剂和燃烧主体接触面积瞬间变大,燃烧室内的压强也会随之升高,压强升高会对燃烧室产生剧烈的影响,燃烧加剧,若是此时燃烧室无法承受它所带来的巨大压力随即而来的就是炸机。而且填充材料的想法也节约了时间成本,可以投入更多的时间用来继续研究不同材料的不同性质,不得不说楼主的想法是很好的。希望能早日试车。加油(✪▽✪)

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Clayton_tsai作者
1年1个月前
24楼
引用小科学发表于23楼的内容
个人来看推建天马行空推荐的空心材质然后填充其他材料作为燃料的想法,综11楼所述,PLA材料的脆性让它...

脆化的問題我想可能要等試車才會知道,不過固液混合炸的風險小很多,如果是固機絕對炸,但氧化劑的通量不高燃料燃燒面積增加對壓力影響應該是還好,更要注意的是試車時小幅度的壓力震盪。

石墨噴嘴的料材已經在路上了,估計兩三天後到,等噴嘴加工好後會再發文。

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三水合番
1年1个月前
25楼

PLA有个问题是含氧太多了,能量应该会低一些。从这方面看,ABS应该还好一点

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Clayton_tsai作者
1年1个月前
26楼
引用三水合番发表于25楼的内容
PLA有个问题是含氧太多了,能量应该会低一些。从这方面看,ABS应该还好一点

是這樣沒錯,但ABS的味道

太刺激了

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三水合番
1年1个月前
27楼

另外有个小问题,似乎PLA要相对不易燃一点。各种资料里PLA的极限氧指数一般在19-26%,ABS一般是18-20%。燃烧稳定性可能稍差一点

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天马行空yzx
1年1个月前
28楼
引用三水合番发表于25楼的内容
PLA有个问题是含氧太多了,能量应该会低一些。从这方面看,ABS应该还好一点

PLA的密度1.21-1.43g/cm3,ABS树脂的密度1.04~1.06 gcm3

PLA的密度比冲可能会好一点

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Clayton_tsai作者
1年1个月前
29楼
引用三水合番发表于27楼的内容
另外有个小问题,似乎PLA要相对不易燃一点。各种资料里PLA的极限氧指数一般在19-26%,ABS一...

這個...可能實驗才會知道了

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Infinite_Stalleris
1年1个月前
30楼

3D

打印燃料在一些论文里面早有提及,楼主可以去参考一下相应的学术论文

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Clayton_tsai作者
1年1个月前
31楼
引用Infinite_Stalleris发表于30楼的内容
3D打印燃料在一些论文里面早有提及,楼主可以去参考一下相应的学术论文

有翻到幾個,但本人英文渣,正努力閱讀中...

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Infinite_Stalleris
1年1个月前
32楼

有中文的



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Clayton_tsai作者
1年1个月前
33楼

近況更新:噴嘴石墨到貨

IMG_20200321_181414.jpg

IMG_20200321_181431.jpg


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负负得正
1年1个月前 修改于 1年1个月前
34楼
引用Clayton_tsai发表于22楼的内容
我還找到一些神奇的固體燃料,例如浸了蠟的紙、混了鋁的山梨糖醇之類的,甚至還有固態甲烷。

蜡纸和固态甲烷是认真的吗。。(蜡纸真的emm·甲烷九成炸)

HTPB倒有点像蜡纸(液体)。

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Clayton_tsai作者
1年1个月前
35楼
引用负负得正发表于34楼的内容
蜡纸和固态甲烷是认真的吗。。(蜡纸真的emm·甲烷九成炸)HTPB倒有点像蜡纸(液体)。

是都有人玩,但具體性能如何就不知道了,不過我認為山梨糖醇加鋁應該是個可行的做法,所以這就是燃燒試驗機的目的ㄧ找出可行的燃料(也是為了安全,畢竟很多東西沒有數據無法仿真)

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Clayton_tsai作者
1年0个月前
36楼

好久沒回覆了,更新一下近況和計畫。


燃燒試驗機預計使用碳纖管加上石墨噴嘴,燃料會實驗的有PLA(內孔不同形狀)、PLA外框加山梨醇和鋁粉、PLA網格加石蠟。氧化劑會在笑氣/GOX之間選擇(透過學校購買的管制和成本的問題,雖然我對笑氣寄予厚望)。


因為升高中的考試剩不到一個月,所以近期比較忙,至於維生素C火藥在考試後才會整理好,會利用這個計畫的空檔弄出來。請大家體諒,感謝。

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Clayton_tsai作者
11个月7天前
37楼

大家好,升高中的考試已結束,近日就可開始實驗。

首先會從打造試車架開始。

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Clayton_tsai作者
11个月5天前
38楼

確定使用GOX...笑氣學校不給買…

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Clayton_tsai作者
10个月19天前
39楼

更新:抱歉了各位,因為學校最近查緝違規使用實驗室特別勤,所以無法繼續下去,進度可能會暫停好一陣子,向各位道歉。

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飛行能力者
10个月19天前 修改于 10个月19天前
40楼
引用Clayton_tsai发表于39楼的内容
更新:抱歉了各位,因為學校最近查緝違規使用實驗室特別勤,所以無法繼續下去,進度可能會暫停好一陣子,向...

樓主是哪間學校的,我很好奇有哪間學校能購買化學藥劑。 

可以認識下。

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MGS
10个月18天前
41楼

支持试验

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疯狂的people
2个月4天前
42楼

我认为可以试一下3维打印制成的药柱。但速度是硬伤,单纯的一个温度计外壳就耗了我接近一下午的时间。再说,质量优良的PLA价格不菲,一百多块钱。。。LZ你可考虑一下用PLA颗粒融化后浇筑成的药柱,应该便宜些,速度也很快。就是温度稍高一些和可能出现气泡。当然,似乎打印机打出来的药柱不免出现翘边的问题,可以注意一下。

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qwv299v
2个月4天前
43楼

要速度的话可以牺牲表面质量,用1.0喷头,0.5层高也许可以50克/小时

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疯狂的people
2个月3天前
44楼
引用qwv299v发表于43楼的内容
要速度的话可以牺牲表面质量,用1.0喷头,0.5层高也许可以50克/小时

喷头口径越大,精度似乎就下降越大。质量不好的打印机可能打出问题来

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xluz
1个月29天前
45楼

光固化非常快,但是为什么很少有人对桌面5轴机床感兴趣?


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