如果您曾经想过汽车安全气囊背后的科学，那么您就有充满活力的材料来感谢它。 这类材料含有大量可以释放的化学能，比如爆炸物，烟火和推进剂。 许多微机械系统使用高能材料：例如，汽车安全气囊使用少量的固体推进剂就能正确部署。 现在，普渡大学的研究人员正在使用3D打印喷墨技术，在大学所谓的“前所未有的精确度和安全水平”上仔细沉积这些微量的这些材料。

制造定制喷墨打印机的艾里森·默里（Allison Murray）是机械工程专业的博士候选人，他说：“高能材料是一个相当广为人知的领域，增材制造也是如此。 这个项目的独特之处在于这两个领域的交集，并且能够以这种精确度安全地沉积高能材料。“

随着我们的设备不断变小，微观层面对高能材料的迫切需求也在不断增长，并且需要保持过程安全。 这就是为什么普渡大学这种由国防部防务减少威胁机构资助部分资助的研究越来越重要。

“我们的解决方案是在打印它们的时候将两个组件结合在一起。 我们可以在两种单独的悬浮液中使用燃料和氧化剂，这些悬浮液在很大程度上是惰性的，“主要项目研究人员和机械工程教授Jeff Rhoads解释说。 “然后用这台定制的喷墨打印机，我们可以将这两台打印机以一种特定的重叠模式进行沉积，并将它们结合到一个基板上形成纳米微米。”

喷墨3D打印技术，也被称为粘合剂喷射，是非常通用的，可用于沉积各种各样的材料，如抗体，陶瓷和金属。 普渡大学面临的一个难题就是设计一台可以工作量很小的机器。

“我们正在谈论picoliters材料。 获得正确的液滴体积和正确的模式是一个挑战，“Murray说。

该团队还必须确保自定义喷墨3D打印机能够准确地沉积微小液滴，并通过使用机器保持喷嘴静止，而其下方的一个阶段移动，以形成所需的形状。

Murray说：“舞台可以以0.1微米的精度移动，这基本上是人发宽度的千分之一。”

研究人员在“应用物理杂志”（Journal of Applied Physics）上发表了一篇题为“通过反应式喷墨印刷的纳米微晶结构的双组分增材制造”的项目结果的论文。 合着者包括穆雷，Tugba Isik，Volkan Ortalan，I. Emre Gunduz，Steven F. Son，George T.-C. 邱和Rhoads。

该摘要的内容是：“着眼于提高高能材料沉积的安全性，同时扩大与喷墨印刷兼容的材料范围，这项工作展示了使用组合喷墨印刷沉积高能材料。使用压电喷墨印刷将基本上惰性的纳米氧化铝和氧化纳米铜（II）在二甲基甲酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的两种惰性胶体悬浮液沉积在基底上。材料以这样的方式沉积，使得氧化铝和氧化铜（II）液滴邻近并重叠，以允许组分的原位混合。重复交替沉积以形成具有多层高能材料的样品。随后在使用火花点火器印刷3,5和7层材料的样品上测试高能表现。用高速照相机观察这一点火事件，并与用预先混合的纳米米粒印刷的代表性样品进行比较。高速热成像支持这样的结论：用双喷嘴技术印刷的可比较样品的最大反应温度比用单喷嘴印刷的样品小200K。扫描透射电子显微镜图像证实了材料组分与单喷嘴和双喷嘴技术相当混合的说法。这项工作证明了反应式喷墨印刷作为从两种基本惰性的悬浮液沉积高能材料的手段的可行性。这样做，为更安全的材料处理打开了大门，并开发了一系列先前被认为与喷墨打印不兼容的高能材料。“

通常在燃烧弹中使用被称为铝热剂的细粉状铝和氧化铁的混合物，因为它在燃烧时会产生非常高的温度。 通过将纳米氧化铝和纳米铜氧化物与水溶性聚合物PVP相结合，研究人员能够使用Murray的定制3D打印机来沉积纳米微米，其与传统应用的微晶玻璃一样多的速度和功率发生反应。

穆雷说：“它的燃烧温度是2500开尔文（华氏4000度以上）。 它产生了很多的推力，很多的热量，并发出了一个不错的响亮的冲击波！”

很多时候，来自不同学科和不同部门的人员为了一个目的一起成功地完成了一个项目。 研究微机电系统的Rhoads，喷墨印刷专家Chiu和Gunduz和Son在普渡大学的Zucrow实验室研究高能材料的十名研究人员和四名来自不同机械工程学科的教师成就了3D喷墨印刷的研究成果， 美国最大的大学推进实验室。

“普渡大学的一个定义是，来自不同背景的教授可以像这样一个项目一起工作。 我们可以将我们所有的经验结合起来，就以前不可能实现的技术进行合作，“Rhoads说。