普渡大学的莫妮克·麦克莱恩正致力于利用3D打印技术来革新含能材料的生产方式。

她的研究专注于爆炸物、推进剂和烟火材料等要求严苛物质的早期制造阶段。

麦克莱恩的目标是实现对整个生产流程直至单个颗粒级别的完全控制。

传统制造方法如铸造或注塑在大规模生产中表现出色，但定制化成本高昂，限制了实验探索。

而3D打印技术使研究人员能够设计复杂的几何形状，并精确微调材料性能，同时保持较低的生产成本。

工作环境控制的重要性

工作环境控制是麦克莱恩强调的重点，不当的温湿度会导致同一混合物在同一天打印出现不同表现。

她认为环境控制是可重复性和安全性的基础，绝非细枝末节。

孔隙设计的创新方法

一个关键研究方向是刻意在材料结构中引入孔隙。

麦克莱恩没有将孔隙视为不可避免的副作用，而是进行有意图的设计，控制其尺寸、分布和密度。

3D打印通过精确的程序化喷头控制使这成为可能，研究人员可以指定孔隙应在何处以及如何形成。

材料结合的精密控制

麦克莱恩还研究将硬质热塑性塑料和软质弹性体等不同机械性能的材料打印成单一结构。

表面纹理和材料选择决定了结合的牢固程度，这直接影响最终产品的安全性和有效性。

专利粉末生产方法

此外，麦克莱恩开发了一种获得专利的粉末生产方法，用于制造聚合物粘结炸药。

该方法缩短了生产时间，减少了浪费，并消除了一些潜在的危险。

其关键在于精确识别粘合剂固化的理想时机，一个大约八小时的狭窄时间窗口使得获得性能可预测的材料成为可能。

麦克莱恩从整体角度审视生产，她首先确定产品所需的性能和几何形状，再决定使用3D打印、传统方法或两者结合。

3D打印不会取代传统制造，但它提供了一个前所未有的工具：能够在材料投入实地使用之前，就有意识地设计其行为表现。