推进剂和烟火材料是工业中对性能要求最苛刻的物质。成分、环境条件或生产阶段的任何变化都可能改变其行为，有时甚至难以预测。普渡大学的Monique McClain正致力于利用3D打印改变这一现状。

McClain致力于含能材料生产的早期阶段研究。她研究粘结剂选择、成分混合方法以及成品的微观结构。这些正是决定材料在燃烧或爆炸过程中行为的关键要素。她的目标是实现对每个阶段的完全控制，直至单个颗粒级别。

传统的制造方法，如铸造、注塑成型或CNC铣削，在大规模生产中表现良好。然而，定制化成本高昂，限制了实验范围。3D打印的使用使研究人员能够设计复杂的几何形状，并在生产过程的每个阶段精确微调材料性能，同时保持较低的生产成本。

工作环境也至关重要。不当或波动的室温和湿度可能导致同一天打印的相同混合物表现出完全不同的行为。McClain经常强调，环境控制不是一个小细节；它是可重复性和安全性的基础。

McClain研究中更令人惊讶的领域之一是故意在材料结构中引入孔隙。孔隙是材料内部的微观空隙，影响其在接触摩擦、冲击或高温时对点火的敏感性。McClain并未将它们视为不可避免的副作用，而是有意设计它们，控制其大小、分布和密度。

3D打印通过精确的喷嘴编程使这成为可能。研究人员可以精确指定孔隙形成的位置和方式，而不是应对其随机分布。

McClain还研究结合具有不同机械性能的材料。将硬质热塑性塑料和软质弹性体一起打印在单一结构中是一项重大挑战。表面纹理和所用材料决定了这两者结合的程度。这方面看似技术细节，但实际上直接影响成品的安全性和有效性。

3D打印是McClain工作的重要组成部分，但不是唯一部分。她还开发了一种专利方法，用于生产一种用于形成聚合物粘结的粉末，即所谓的PBX。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。

关键在于精确识别粘结剂固化的理想时刻。在工艺进行约八小时时，粘结剂足够坚固，可在致密化过程中不泄漏，但仍足够柔韧，不会开裂。这个狭窄的时间窗口使得获得具有可预测和可重复性能的材料成为可能。

McClain以整体视角看待整个生产过程。她不是让材料适应现有机器，而是首先确定最终产品所需的性能和几何形状。有时答案是3D打印，有时是传统方法，有时是两者结合。

3D打印不会取代传统的制造方法，但它为研究人员提供了一个以前没有的工具：在材料应用于现场之前有意识地设计其行为的能力。