高强度,轻量级的TPMS结构来自表面修改的煤基固体废物玻璃粉通过DLP光固化3D打印
1Department of Materials Science and Engineering, University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China.
Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids
|November 19, 2025
概括
这项研究将煤炭废物转化为高性能3D打印结构,使用数字光处理. 改造的煤玻璃粉可以为先进的工程应用提供轻量级,强大的三重周期性最小表面 (TPMS) 设计.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 增材制造 增材制造 增材制造
- 废弃物价值化 废弃物价值化 废弃物价值化
背景情况:
- 基于煤炭的固体废物给环境带来了挑战.
- 3D打印原材料的高成本限制了应用.
- 需要可持续的工业废物利用战略.
研究的目的:
- 为煤炭固体废物开发高价值的应用.
- 制造轻量级,高性能的三重周期性最小表面 (TPMS) 结构.
- 使用数字光处理 (DLP) 3D打印来进行废物再利用.
主要方法:
- 基于煤的固体废物玻璃粉 (CWGP) 经过修改,使用了西兰合剂 (KH550,KH560,KH570).
- 修改后的CWGP被纳入了一个用于3D打印的1,6-hexanediol diacrylate (HDDA) 树脂系统.
- 数字光处理 (DLP) 3D打印被用来制造复杂的TPMS架构.
- 打印结构的机械性能得到了评估.
主要成果:
- 修改西兰合剂,特别是KH570,增强了CWGP的疏水特性 (水接触角度:97.1°).
- 修改后的粉末改善了泥分散和降低粘度 (0.032Pa·s在30s-1),确保了出色的稳定性和可打印性.
- 五个TPMS架构 (Gyroid,Schwarz,Diamond,Lidinoid,Split-P) 已经成功打印出来.
- 拆分-PTPMS结构实现了12.81MPa的最大压力强度.
结论:
- 改性煤废玻璃粉是DLP3D打印树脂的可行填充物.
- 轻量级,高性能TPMS结构可以用工业固体废物制造.
- 这种方法提供了一种可持续的废物利用方法,以及用于航空航天和铁路运输的先进材料开发.
