山东建筑大学邢宏宇副研究员团队：3D打印固废转生莫来石陶瓷过滤器研究现状 丨AMF论文推荐

引用论文

Shitong Wei, Hongyu Xing, Yingbo Lv, Guangchao Hao, Hanwen Yu, Zhenzhong Zhang, Xinfeng Wang, Bin Zou. Recent Advancements in the Additive Manufacturing of Mullite Ceramic Filter Elements for High-Temperature Melt Filtration. Additive Manufacturing Frontiers, 2024, 200182.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200182.

文章链接：

1研究现状

莫来石（3Al2O3·2SiO2）陶瓷具有优异的抗热震性和高温稳定性，是制备多孔过滤器的理想材料，在铁、铜、铝及其合金的熔体过滤领域具有广阔的应用前景。以不可再生矿物生产易耗品过滤器难以取得良好的经济与环境效益，因此以富含Al/Si成分的废弃物为Al源（如粉煤灰与铝土矿渣）、Si源（如硅灰微粉、玻璃与稻壳）合成莫来石陶瓷成为研究热点。此外，传统泡沫陶瓷孔群结构参数调控困难，制约了过滤精度与效率，3D打印技术为定制化高端陶瓷过滤器的设计生产带来了新的有效的解决途径。

2研究难点或瓶颈

总体而言，绿色制造与增材制造思想下定制化莫来石陶瓷过滤器未来发展方向亟需明确。具体而言，目前缺乏固废转生莫来石前驱体3D打印用料的设计与制备方法；3D打印陶坯脱脂、烧结工艺对固废转生莫来石晶的生长干涉作用尚不明晰；3D打印固废转生莫来石陶瓷的力学性能是否满足过滤服役要求不清楚；定制化多孔结构对金属熔体夹杂的过滤机制也有待深入研究。

3展望

以富Al/Si成分的玻璃、稻壳与粉煤灰等工业固废为主要前驱体原料烧制莫来石，有利于缓解环境压力。而多约束条件下拓扑优化设计多孔结构有望优化过滤器机械性能与过滤性能，提高滤器在高温熔体过滤中的稳定性。立体光刻SLA-3D打印技术有望精确控制过滤器的复杂结构和孔隙率，这种灵活性将满足铸造行业对过滤器多样化需求，如过滤效率-过滤精度主动调控、熔体整流效果调节等。因此，绿色制造与增材制造思想下研制定制化孔群结构莫来石陶瓷过滤器具有重大应用前景与科研价值，富Al/Si固废高效回收、强韧化莫来石体系、个性化孔群结构与精准增材制造等内容将是其未来主要发展方向。

4代表性图片

图1 3D打印固废转生莫来石陶瓷研究现状

图2 传统泡沫陶瓷与3D打印过滤器的多孔结构对比

图3 山东大学邹斌教授团队3D打印梯度结构氧化铝过滤器

关于团队

作者介绍

邢宏宇（通讯作者），山东建筑大学，博士，副研究员，毕业于山东大学机械工程学院。近5年主持国家重点研发计划子课题、山东省自然科学基金重大基础研究项目课题、山东省自然科学基金等纵向课题4项，发表SCI期刊论文、获批国家发明专利、软件著作权与标准等合计30余项，获得山东省职工创新创效竞赛省级决赛一等奖1项，山东省医学科技奖三等奖1项。Additive Manufacturing Frontiers (AMF,《增材制造前沿(英文)》)首届青年编委，中国机械工程学会增材制造技术分会青年委员。

团队研究方向

功能陶瓷材料研发与陶瓷增材制造技术等。

近年团队发表文章

[1] H Li，Y Hu，X Tang，Y Zhao，M Li，Y Zhao，H Luo，Q Lai，H Xing. Biomechanical and Biological Properties of Stereolithography-Based 3D-Printed Zirconia Interference Screws for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction. Additive Manufacturing Frontiers, 2024, 3(3). DOI:10.1016/j.amf.2024.200135.

[2] Xue R, Lai Q, Xing H, et al. Finite element analysis and clinical application of 3D-printed Ti alloy implant for the reconstruction of mandibular defects. BMC Oral Health 2024; 24:95.

[3] Zhao H, Xing H, Lai Q, et al. Additive manufacturing of graphene oxide/hydroxyapatite bioceramic scaffolds with reinforced osteoinductivity based on digital light processing technology.Materials & Design 2022; 223:111231.

作 者：魏世通

责任编辑：李 娜

责任校对： 金 程

审 核： 张 彤

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