CN117136096A - 用于支持过滤用的静电纺丝纤维的打印结构 - Google Patents

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Abstract

本文的实施例涉及一种用于制造过滤介质的方法，该方法包括使用增材制造工艺打印第一三维结构以及使用静电纺丝工艺在第一三维结构上沉积第一细纤维层以形成第一介质组件。其他实施例也在本文中预期。

Description

用于支持过滤用的静电纺丝纤维的打印结构
本申请作为PCT国际专利申请于2021年11月22日以唐纳森公司(DonaldsonCompany,Inc.)(一家美国国家公司，所有指定国家的申请人)以及美国公民PatriciaA.Ignacio-de Leon、美国公民Dustin A.Zastera、美国公民Klenton T.Willis、美国公民Jared R.Moody、美国公民Matthew P.Goertz、美国公民Mikayla A.Yoder、美国公民DavidD.Lauer、美国公民Davis B.Moravec、及美国公民Anil Suthar(所有指定国家的发明人)的名义提交，并且要求保护于2020年12月17日提交的美国临时专利申请号63/127,079的优先权，该临时专利申请的内容通过援引整体并入本文。
技术领域
本文的实施例涉及使用通过增材制造方法制成的打印结构作为用于静电纺丝纤维的支撑件并与静电纺丝纤维结合以创建用于过滤介质的复合结构。
背景技术
细纤维经常用于过滤介质应用。这些纤维应用于基材并用于液体和空气过滤应用。
附图说明
结合以下附图(图)，可以更全面地理解各方面，在附图中：
图1是根据本文的各种实施例的用于介质组件的翅片组件的截面图，该翅片组件是通过增材制造形成的三维打印结构的示例。
图2是根据本文的各种实施例的图1的翅片组件的俯视图。
图3是根据本文的各种实施例的包括在图1的翅片组件的顶部上的柱状物的第一三维打印结构的截面图。
图4是根据本文的各种实施例的图3的第一三维打印结构的俯视图。
图5是根据本文的各种实施例的包括在图1的翅片组件的顶部上的柱状物并且还在至少一个柱状物的顶表面上具有以特写视图示出的表面粗糙度特征的第一三维打印结构的截面图。
图6是根据本文的各种实施例的第一介质组件的截面图，该第一介质组件包括图3的第一三维结构和在翅片组件上方腾空的第一细纤维层。
图7是根据本文的各种实施例的替代第一介质组件的截面图，该替代第一介质组件包括图3的第一三维结构和与翅片组件接触的第一细纤维层。
图8是根据本文的各种实施例的第二介质组件的截面图，该第二介质组件包括第二柱状物层和在第一细纤维层上方腾空的第二细纤维层。
图9是根据本文的各种实施例的具有第一翅片层的梯度间距的替代翅片组件的截面图，该替代翅片组件是通过增材制造形成的三维打印结构的示例。
图10是根据本文的各种实施例的图9的梯度翅片组件的俯视图，其中可以观察到第一翅片层和第二翅片层都具有梯度间距。
图11是根据本文的各种实施例的具有第一柱状物层的又一替代翅片组件的截面图，该第一柱状物层具有柱状物的高度梯度。
尽管实施例易作出各种修改和替代形式，但其详情已通过示例和附图示出并且将被详细描述。然而，应理解，本文的范围不限于所描述的特定方面。相反，目的是将涵盖落入本文的精神和范围内的修改、等效物以及替代方案。
具体实施方式
增材制造技术(也称为3D打印)允许使用数字模型非常精确地制造物体。材料层沉积在精确的位置以形成期望的物体。与注塑成型和其他制造技术相比，3D打印关于物体的大小和形状允许更多的灵活性，因为对于可以从模具中移除的形状没有限制。3D打印的另一个优点是可以使用3D打印形成高度可渗透的结构。
使用3D打印形成的结构可以用于包含细纤维的过滤介质，以增加细纤维的可用表面区域，即细纤维的不与下面的基材直接接触的表面区域，而不会增加细纤维基重。细纤维(比如纳米纤维)符合过滤介质中使用的典型基材。三维结构可以使用3D打印和其他制造技术构造，并与细纤维层结合使用，以创建以下过滤介质：在不增加细纤维层厚度的情况下，增加每基础面积单位细纤维的可用表面区域。结果，穿过细纤维层的面速度减小，从而降低压降。三维结构还为载尘(dust loading)提供了附加的表面区域并提供了增加的容尘(dust holding)能力。
三维结构可以被覆盖细纤维层以形成第一介质组件。可选地，可以在第一介质组件的顶部上打印另外的第二三维结构，然后可以在其顶部上形成第二细纤维层，以形成介质组件。多个附加层也是可能的，其中另外的层可能包括三维结构部件和附加的细纤维层两者。
包括3D打印结构和细纤维层的介质组件可以用作过滤介质，无需任何其他基材。替代性地，包括3D打印结构和细纤维层的介质组件可以形成或定位在基材上。本文所述的介质组件可以进一步与其他常规过滤器结构组装以制成过滤器复合层或过滤器单元。基材的示例可以是非织物、织物、膜、纤维素介质、玻璃介质、合成介质、稀松布或膨胀金属支撑件。本文所述的介质组件可以与许多其他类型的介质(比如常规介质)结合使用，以提高过滤器性能或寿命。
穿孔结构可以用于在压力下流体穿过介质的影响下支撑介质组件。本文所述的过滤器结构还可以与穿孔结构的附加层、稀松布(比如高渗透性、机械稳定的稀松布)和附加过滤层(比如单独的加载层)组合。在一个实施例中，这种多区域介质组合被容置在通常用于过滤非水液体的滤筒中。
具有或不具有基材的介质组件可以通过被卷起、打褶、堆叠成多个层或以其他方式组装而形成过滤元件。3D结构可以提供压花特征，比如褶皱间距特征。
使用本文所述的3D结构形成的过滤器元件可以具有多种流动路径配置。在一个示例中，脏流体通过具有打褶构造、堆叠构造或两者的过滤介质。在另一个示例中，脏流体进入过滤器组合件(filter pack)的脏空气侧上的开口凹槽。因为凹槽在相反端上被密封，所以空气被迫通过过滤介质进入邻近的凹槽。过滤后的空气通过在过滤器元件的清洁空气侧上开口的凹槽而离开过滤器组合件。在一些示例中，过滤器元件是圆柱形的，脏流体进入元件的芯部，通过过滤介质，并且在过滤器元件的外部处作为更清洁的过滤后的流体离开。
在另一个示例中，使用“流经(flow by)”流动路径。流经过滤是指流体永远不会通过过滤介质。存在过滤介质形成的通道，并且流体流过该通道。流动中的湍流导致颗粒与过滤介质接触并被捕获。这种类型的配置有压降优势，典型地以较低的分级效率为代价。具有这种配置的过滤器元件可以与本文所述的介质组件一起使用。具有流经配置的过滤器元件在通过援引整体并入本文的以下共同拥有的专利公开中进一步描述：WO 2019032773，名称为FLUID FILTRATION APPARATUSES,SYSTEMS,AND METHODS[流体过滤装置、系统和方法]。
如果使用介质组件片材的堆叠构造，则介质组件的堆叠体可以在一个或多个维度上改变构造。堆叠体中的各个片材也可能彼此不同。例如，离散的3D特征可能出现在第一片材上，而不出现在其他片材上。
每个基材或基材片材可以包括3D结构的网格。在一些示例中，网格内的3D结构可以具有在横跨基材的方向上移动的不同高度。
具有细纤维层的过滤组件可以具有显著的压降。添加本文所述的3D结构可以降低具有细纤维层的过滤组件的压降。在细纤维层不具有高粘附强度的一些现有技术系统中，细纤维层也可能从基材上脱落。添加3D结构可以减小脱落的可能性。
现在将参照图1至图5描述可以用于过滤器组件的3D结构的示例。
3D结构(图1至图5)
术语“3D结构”和“三维结构”在本文中可互换使用。
现在参考图1至图5，将讨论可以与细纤维层一起结合到过滤介质中的三维打印结构的示例。这些结构仅是示例，并且对于本文描述的3D结构存在许多选项。图1和图2示出了由第一翅片层104和第二翅片层106形成的三维打印结构100。三维打印结构100也可以称为翅片组件。翅片组件可以通过增材制造、注塑成型或通过其他制造技术形成。
在一些实施例中，3D结构(如本文所用术语)具有大于或等于1、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000微米的尺寸，比如高度、宽度或长度尺寸。在一些实施例中，尺寸可以小于或等于2000、1900、1800、1700、1600、1500、1400、1300、1200、1100或1000微米。在一些实施例中，尺寸可以落在1至2000微米、或100至1900微米、或200至1800微米、或300至1700微米、或400至1600微米、或500至1500微米、或600至1400微米、或700至1300微米、或800至1200微米、或900至1100微米的范围内，或者可以为约1000微米。
第一翅片层包括定向成彼此平行的多个第一翅片104。在图1的视图中，第一翅片远离观察者延伸。第二翅片层包括定向成彼此平行且垂直于第一翅片的多个第二翅片。第二翅片堆叠于第一翅片上。附图的示例中的翅片各自大致为长方体。
翅片组件可以用作本文所述的3D结构并结合到介质组件中。替代性地，可以将其他结构添加到翅片组件，比如图3至图4所示的柱状物。
图3是包括在图1的翅片组件的顶部上的柱状物110的另一个三维打印结构100的截面图。图4是图3的第一三维打印结构的俯视图。柱状物可以是通过3D打印或通过其他制造方法形成。柱状物中的至少一些柱状物形成在第一翅片和第二翅片相交的相交位置处。在一些实施例中，柱状物中的所有柱状物形成在第一翅片和第二翅片相交的相交位置处。
柱状物、构成翅片组件的翅片、以及柱状物和翅片的间距可以有多种尺寸。在一些实施例中，柱状物之间的间距、翅片之间的间距、翅片宽度、翅片长度和翅片高度的尺寸是大于或等于1、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000微米的尺寸。在一些实施例中，尺寸可以小于或等于2000、1900、1800、1700、1600、1500、1400、1300、1200、1100或1000微米。在一些实施例中，尺寸可以落在1至2000微米、或100至1900微米、或200至1800微米、或300至1700微米、或400至1600微米、或500至1500微米、或600至1400微米、或700至1300微米、或800至1200微米、或900至1100微米的范围内，或者可以为约1000微米。
图5是包括在图1的翅片组件的顶部上的柱状物110的第一三维打印结构100的截面图。根据本文的各种实施例，图5的3D打印结构还在至少一个柱状物的顶表面上具有以特写视图示出的表面粗糙度特征500。表面粗糙度可以设置在柱状物的所有顶表面或仅一些顶表面处。表面粗糙度可以设置在3D结构的其他区域处，包括但不限于柱状物的一些侧表面或所有侧表面、翅片的一些顶表面或所有顶表面、翅片的一些侧表面或所有侧表面、翅片的一些底表面或所有底表面。
可以使用3D打印技术在柱状物的顶表面上沉积附加结构来创建表面粗糙度。替代性地，可以将颗粒或纤维结合到3D打印材料的表面层中以创建表面粗糙度特征。在一些实施例中，这种表面粗糙度特征的尺寸可以大于或等于10、100、200、300、400或500纳米。在一些实施例中，尺寸可以小于或等于1000、900、800、700、600或500纳米。在一些实施例中，尺寸可以落入10至1000纳米、或100至900纳米、或200至800纳米、或300至700纳米、或400至600纳米的范围内，或者可以为约500纳米。
介质组件示例和形成方法(图6至图8)
图6是根据本文的各种实施例的第一介质组件600的截面图，该第一介质组件包括图3的第一三维结构100和在翅片组件上方腾空的第一细纤维层604。在第一介质组件600上形成柱状物110之后沉积第一细纤维层。第一细纤维层的至少一些细纤维与柱状物110的顶表面接触，其中柱状物的顶表面是离第二翅片106最远的表面。第一细纤维层604与第二翅片106的第一表面之间存在间隙610。柱状物之间的间隙610的高度(其也可以被描述为腾空的细纤维层的下垂量)将取决于柱状物的间距。
可以在3D结构100已经构造之后发生细纤维层604的沉积。细纤维层604的沉积可以是除了后处理步骤之外最后发生的步骤之一。
特写视图606展示了细纤维层不是单一结构。替代地，细纤维层由离散纤维组成，这些离散纤维在细纤维层中相交并限定开放空间。
图7是包括图3的第一三维结构和细纤维层704的替代第一介质组件700的截面图。与图6的腾空的细纤维层604相比，细纤维层704具有与翅片组件接触的许多纤维并且存在于柱状物110之间的空间中。柱状物110使细纤维层704中潜在的灰尘致密填积最小化，从而允许较慢地建立差压，并因此允许更长的过滤器寿命。细纤维层704是在翅片组件上形成柱状物110之后沉积的。细纤维层704可以被称为贴合(conforming)细纤维层。
与接触翅片组件的细纤维层704相比，图6的腾空的细纤维层改进了脉冲清洁过滤介质以去除灰尘的能力。
图8是根据本文的各种实施例的第二介质组件800的截面图，该第二介质组件包括第二柱状物层和在第一细纤维层上方腾空的第二细纤维层。第二介质组件800包括图6的第一介质组件600的所有部件，包括翅片组件、第一柱状物层110和限定间隙610的腾空的第一细纤维层604。第二介质组件800进一步包括形成在第一柱状物110的顶表面上的第二柱状物层808。第一细纤维层604也在第一柱状物的顶部上。尽管中间有第一细纤维层604，但是因为3D打印技术的精确控制以及因为形成第二柱状物层708的材料是流过细纤维层的孔隙的热塑性材料，所以仍然可以形成第二柱状物层。材料围绕细纤维层的任何单个中间纤维流动并流动经过细纤维层的任何单个中间纤维并且沉积在第一柱状物的顶表面上。
第二介质组件800还包括腾空的第二细纤维层814。在第一柱状物110上形成柱状物808之后沉积第二细纤维层。第二细纤维层的至少一些细纤维与第二柱状物808的顶表面接触，其中柱状物的顶表面是离第二翅片106和3D结构的其余部分最远的表面。在第二细纤维层814与第一细纤维层614之间存在间隙818。柱状物之间的间隙818的高度(其也可以被描述为腾空的细纤维层的下垂量)将取决于柱状物的间距。
与在没有3D结构的常规基材上包括两个堆叠的细纤维层的介质组件相比，图8的介质组件将具有较低的差压。在各种实施例中，第一细纤维层不同于第二细纤维层。例如，第一细纤维层可以具有第一孔径大小，而第二细纤维层具有第二、更大的孔径大小。在另一个示例中，在第一细纤维层上游的第二细纤维层被构造成更好地排斥任何润湿流体，并且第一细纤维层被构造成优化微粒过滤。
虽然图8示出了穿插两个柱状物层的两个细纤维层，但也可以包括彼此穿插的第三、第四和第五细纤维层及柱状物层。
在包括3D结构的第一介质组件(如附图中的不同示例所示)用在过滤基材的顶部上的情况下，第一介质组件600的存在降低了细纤维层在下方基材上的掩蔽效果。
在各种实施例中，介质组件提供直接的、非曲折的、开放的路径以用于流体被过滤到介质组件的厚度的深度中的特定点。这样的路径可以从3D打印结构的第一侧延伸到第二侧。这样的路径就像提供到特定期望位置的流体通道的通气管结构。这样的结构帮助通过其厚度充分利用介质组件。该结构为流体在特定位置和预定深度处进入过滤介质的内部创建了通路。此类结构可以帮助增加污染物容量和/或通量。
本文所述的3D结构也可以用作细胞生长的支架，比如用于食品和饮料行业、制药行业或生物行业。
本文所述的介质组件可以为膜的加载层顶层提供腾空结构，从而提供用于延长寿命的低密实度、高体积结构。
梯度结构
增材制造方法提供的精确控制以及在每个位置改变添加到结构的材料的能力使3D结构能够具有大小梯度，比如重复结构的高度梯度、重复结构的宽度梯度、重复结构的厚度梯度、重复结构的间距梯度、以及重复结构的形状梯度。物理结构中的梯度又可以导致沉积在这些结构上的纤维的细纤维覆盖范围的梯度。也可以在结构的任何维度上形成材料成分的梯度。
可变间距和梯度尺寸的具体选择可以基于流动建模以优化压降和加载。
梯度结构示例(图9至图11)
图9是替代翅片组件900的截面图，该替代翅片组件也可以被称为3D结构900、在第一翅片层内具有第一翅片904的梯度间距。在图9的视图中从翅片组件的左侧到翅片组件的右侧移动，翅片904定位成逐渐相隔更远。图10是根据本文的各种实施例的图9的梯度翅片组件的俯视图，其中可以观察到第一翅片层和第二翅片层都具有梯度间距。在图10中从翅片组件的第一侧到翅片组件的第二侧(其在图10的视图中从上到下)移动，第二翅片层的翅片906定位成逐渐相隔更远。
梯度结构的另一个示例在图11中示出，该图是又一个替代翅片组件1100或3D结构的截面图。第一柱状物层1110包括具有柱状物的高度梯度的柱状物。第一柱状物具有第一高度，第二柱状物具有小于第一高度的第二高度，并且第三柱状物具有小于第二高度的第三高度。在一些实施例中，第一高度、第二高度和第三高度之间的差异量可以大于或等于1、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000微米。在一些实施例中，差异可以小于或等于2000、1900、1800、1700、1600、1500、1400、1300、1200、1100或1000微米。在一些实施例中，差异可以落在1至2000微米、或100至1900微米、或200至1800微米、或300至1700微米、或400至1600微米、或500至1500微米、或600至1400微米、或700至1300微米、或800至1200微米、或900至1100微米的范围内，或者可以为约1000微米。
形成介质组件的方法
本文设想了许多不同的方法，包括但不限于制成介质组件的方法、使用介质组件的方法等。本文别处描述的系统/设备操作的各方面可以作为根据本文的各种实施例的一种或多种方法的操作来执行。
在实施例中，一种用于制造过滤介质的方法包括使用增材制造工艺打印第一三维结构以及使用静电纺丝工艺在三维结构上沉积第一细纤维层以形成第一介质组件。
在实施例中，该方法可以进一步包括使用增材制造工艺在第一介质组件上打印第二三维结构以形成第二介质组件。
在实施例中，该方法可以进一步包括在打印第二三维结构之后在第一介质组件上沉积第二细纤维层以形成第二介质组件。
在实施例中，第一三维结构被打印在基材上。
在该方法的实施例中，基材被卷起以形成过滤器单元。
在实施例中，该方法可以进一步包括形成第一介质组件的多个片材并且堆叠多个片材以形成过滤器单元。
在该方法的实施例中，每个片材包括多个第一介质子组件。
在该方法的实施例中，第一三维结构包括定向成彼此平行的多个第一翅片和定向成彼此平行且垂直于第一翅片的多个第二翅片，其中第二翅片堆叠在第一翅片上。
在该方法的实施例中，第一三维结构进一步包括形成在第二翅片的第一表面上的多个柱状物。
在该方法的实施例中，柱状物中的至少一些柱状物形成在第一翅片和第二翅片相交的相交位置处。
在该方法的实施例中，当在第一三维结构上形成柱状物之后沉积第一细纤维层时，形成包括腾空的第一细纤维层的介质组件，第一细纤维层的至少一些细纤维与柱状物的离第二翅片最远的顶表面接触，并且在第一细纤维层与第二翅片的第一表面之间存在间隙。
在用于形成包括贴合的第一细纤维层的介质组件的方法的实施例中，在第一三维结构上形成柱状物之后沉积第一细纤维层，然后细纤维层位于柱状物之间，并且细纤维中的至少一些细纤维与第二翅片的第一表面接触。
在实施例中，包括一种用于制造过滤介质的方法，该方法包括使用增材制造工艺打印第一三维结构的步骤。该步骤包括以下子步骤：打印定向成彼此平行的多个第一翅片；打印定向成彼此平行且垂直于第一翅片的多个第二翅片，其中第二翅片堆叠在第一翅片上；以及打印第一多个柱状物，该第一多个柱状物形成在第二翅片的第一表面上形成的第一柱状物层。该方法进一步包括使用静电纺丝工艺在三维结构上沉积第一细纤维层以形成第一介质组件。
在实施例中，该方法可以进一步包括使用增材制造工艺在第一介质组件上打印第二三维结构以形成第二介质组件，其中第二三维结构包括形成第二柱状物层的第二多个柱状物，其中第二多个柱状物中的柱状物各自形成在第一多个柱状物中的柱状物之一顶上，从而形成第二介质子组件。
在实施例中，该方法可以进一步包括，在打印第二柱状物层之后，使用静电纺丝工艺在第二介质子组件上沉积第二细纤维层以形成第一介质组件。
在实施例中，3D打印结构的材料包括纳米颗粒、纤维、纳米纤维、添加剂或化学处理物。
在实施例中，与不具有化学处理物或添加颗粒的材料相比，该方法包括改变表面粗糙度、改变细纤维粘附力、以及减小灰尘粘附力。
在该方法的实施例中，第一三维结构限定从三维结构的第一侧到第二侧的直接的、非曲折的开放通道。
用于3D结构的材料
各种材料适用于创建本文所述的3D结构。这些材料包括但不限于热塑性聚合物，包括但不限于聚酰胺、聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、丙烯腈丁二烯苯乙烯、苯乙烯及其共聚物、混合物或衍生物。
用于3D打印的材料被选择成与特定过滤元件的最终应用兼容。用于3D打印的材料被选择成化学地相容，并具有合适的物理特性以与静电纺丝纤维和静电纺丝工艺的条件相互作用。
3D打印工艺
本文描述的3D结构可以使用增材制造工艺(本文称为三维(3D)打印)形成。使用3D打印产生的3D结构可以包括独特且细的结构细节，包括具有高纵横比的那些。合并到本文所述的3D结构中的细特征可以包括但不限于柱状物、翅片、相交翅片、具有不同孔径大小的不同分布的蜂窝状孔结构、具有一致孔径大小的一致分布的蜂窝状孔结构、细支柱、细网状结构、遍及材料的梯度孔结构、螺纹、脊、赋予粗糙度和附加表面区域的微表面、开放空腔、中心孔口等。在各种实施例中，3D结构可以被3D打印成或包括高度多孔的部分。在其他实施例中，3D打印工艺可以混合各种材料来产生3D结构。
打印材料的多孔性
本文所述结构的打印材料可以是多孔的，以允许流体流过该结构。这种多孔性可以在打印工艺期间通过限定穿插固体材料部分的许多和频繁的开放空间来实现。限定许多开放区域的结构的示例包括本文所示的翅片组件。这些开放区域允许流体流过该结构。
在一些实施例中，端盖或褶皱引导结构的开放区域可以大于或等于50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％或70％。在一些实施例中，开放区域可以小于或等于85％、83％、81％、79％、78％、76％、74％、72％或70％。在一些实施例中，开放区域可以落入50％至85％、或52％至83％、或55％至81％、或58％至79％、或60％至78％、或62％至76％、或65％至74％、或68％至72％的范围内，或者可以为约70％。
另一种也可以实现多孔性的方式是为结构选择本身是多孔的或者在打印后可以修改为多孔的材料。一些3D打印材料包含与材料的其余部分不同类型的热塑性材料颗粒，比如球体。这些颗粒可以在打印之后部分固化并从结构中溶解出来。另一种选项是有选择地烘烤或蚀刻掉结构的材料中包括的颗粒。这些工艺会在打印的材料内产生空隙空间，从而增加材料的多孔性。
出于本披露内容的目的，术语“孔径大小”是指由打印结构内的材料形成的空间。可以通过查看介质的电子照片来估计介质的孔隙大小。还可以使用从纽约州伊萨卡的多孔材料公司(Porous Materials Inc.)可获得的具有型号APP 1200AEXSC的毛细流量气孔计来计算介质的平均孔隙大小。
在用于气体分离的过滤组件的背景下，在一些实施例中，打印的材料的平均孔径大小可以大于或等于0.3纳米、0.6纳米、0.9纳米、1.2纳米或1.5纳米。在一些实施例中，平均孔径大小可以小于或等于3.0纳米、2.6纳米、2.2纳米、1.9纳米或1.5纳米。在一些实施例中，平均孔径大小可以落在0.3纳米至3.0纳米、或0.6纳米至2.6纳米、或0.9纳米至2.2纳米、或1.2纳米至1.9纳米的范围内，或者可以为约1.5纳米。
在保持现有介质的渗透性是优先事项的其他过滤背景(比如ePTFE)下，在一些实施例中，平均孔径大小可以大于或等于0.1微米、0.2微米、0.4微米、0.5微米、0.7微米、0.8微米、0.9微米、1.1微米、1.2微米、1.4微米或1.5微米。在一些实施例中，平均孔径大小可以小于或等于3.0微米、2.8微米、2.7微米、2.6微米、2.4微米、2.2微米、2.1微米、2.0微米、1.8微米、1.6微米或1.5微米。在一些实施例中，平均孔径大小可以落在0.1微米至3.0微米、或0.2微米至2.8微米、或0.4微米至2.7微米、或0.5微米至2.6微米、或0.7微米至2.4微米、或0.8微米至2.2微米、或0.9微米至2.1微米、或1.1微米至2.0微米、或1.2微米至1.8微米、或1.4微米至1.6微米的范围内，或者可以为约1.5微米。
在保持现有介质的渗透性是优先事项的其他过滤背景(比如半导体领域)下，在一些实施例中，平均孔径大小可以大于或等于0.01微米、0.02微米、0.03微米、0.04微米、或0.05微米，或者可以是落在上述任何项之间的范围内的量。
在使用非织物复合材料的过滤组件的背景下，在一些实施例中，打印的材料的平均孔径大小可以大于或等于15微米、17微米、18微米或20微米。在一些实施例中，平均孔径大小可以小于或等于25微米、23微米、22微米或20微米。在一些实施例中，平均孔径大小可以落在15微米至25微米、或17微米至23微米、或18微米至22微米的范围内，或者可以为约20微米。
在使压降最小化很重要的过滤介质的背景下，打印的材料的平均孔径大小，在一些实施例中，平均孔径大小可以大于或等于0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm。在一些实施例中，平均孔径大小可以小于或等于2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm或1.0mm。在一些实施例中，平均孔径大小可以落在0.5mm至2.0mm、或0.6mm至1.8mm、或0.7mm至1.6mm、或0.8mm至1.4mm、或0.9mm至1.2mm的范围内，或者可以为约1.0mm。
化学品、添加剂或颗粒的合并
出于多种目的，可以将颗粒或添加剂添加到3D结构，包括用于帮助将细纤维引导至期望位置、用于增加纤维对3D结构的粘附力、以及用于增加3D结构对基材的粘附力。
可以在制造工艺期间或之后添加化学处理物，以提供附加的好处，包括改变材料表面的接触角、修改表面粗糙度、增加细纤维粘附力、以及减小灰尘粘附力。
可以添加到3D结构的添加剂的示例包括疏油添加剂、疏水添加剂和增加粘附力的添加剂(如压敏粘合剂)。可以添加到3D结构的颗粒的示例包括吸附剂，如活性炭、硅胶、金属有机框架(MOF)和分子筛。此外，3D结构中还可以包括催化剂，如MnO或Pt。
静电纺丝方法和细纤维示例
沉积细纤维层的方法的选项以及细纤维材料和组分的示例在以下三个专利出版物中描述，它们与本申请共同拥有，并通过援引整体并入本文：WO 2013/044014A1(特别是第30页，示例1)、WO 2017/177033 A1(特别是第31页，制备方法，示例1)和WO 2013/043987(特别是第23页，参考示例4)。纳米纤维是可以与本文所述的组件一起使用的细纤维的示例。细纤维的其他示例可以包括熔喷纤维、纺粘纤维、溶喷纤维和熔体静电纺丝纤维。
应注意，如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一个(a)”、“一种(an)”以及“该(the)”包括复数个提及的对象。因此，例如，提及含有“一种化合物”的组合物包括两种或更多种化合物的混合物。还应注意，除非上下文另外清楚地指示，否则术语“或”通常使用的意义包括“和/或”。
还应注意，如在本说明书和所附权利要求书中所使用，短语“被配置成”描述了被构造或配置成用于执行特定任务或采用特定配置的系统、装置或其他结构。短语“被配置成”可以与其他类似的短语互换使用，如被布置和配置成、被构造和布置成、被构造成、被制造和布置成等。
本说明书中所有的出版物和专利申请都表明了本发明所属领域的普通技术人员的水平。所有出版物和专利申请都通过援引并入本文，援引的程度就如同专门和单独地通过援引来指示每个单独出版物或专利申请一样。
如本文所使用的，端点对数值范围的提及应包括在该范围内包括的所有数值(例如，2至8包括2.1、2.8、5.3、7等)。
本文所使用的标题被提供用于与37CFR 1.77下的推荐一致，或以其他方式提供组织线索。这些标题不应被视为限制或表征本披露内容可能公布的任何权利要求中陈述的(多项)发明。作为示例，尽管标题指的是“技术领域”，但此类权利要求不应受在此标题下选择以描述所谓技术领域的语言的限制。此外，对“背景技术”中的技术的描述并不承认该技术是本披露内容中的任何(多项)发明的现有技术。“发明内容”也不应被视为表征已公布的权利要求中阐述的(多项)发明。
本文描述的实施例不旨在是穷尽的或将本发明限制为在随后的具体实施方式中披露的确切形式。相反，对实施例进行选择和描述以便本领域其他技术人员可以了解和理解原理和实践。如此，各方面已经参照各种特定的和优选的实施例和技术进行描述。然而，应理解，在保持在本文的精神和范围内的同时可以作出许多变化和修改。

Claims (18)

1.一种用于制造过滤介质的方法，包括：
a.使用增材制造工艺打印第一三维结构；以及
b.使用静电纺丝工艺在所述第一三维结构上沉积第一细纤维层以形成第一介质组件。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述增材制造工艺在所述第一介质组件上打印第二三维结构以形成第二介质组件。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括在打印所述第二三维结构之后，在所述第一介质组件上沉积第二细纤维层，以形成第二介质组件。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一三维结构被打印在基材上。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述基材被卷起以形成过滤器单元。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括形成所述第一介质组件的多个片材以及堆叠所述多个片材以形成过滤器单元。
7.如权利要求6所述的方法，其中，每个片材包括多个第一介质子组件。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一三维结构包括：
a.定向成彼此平行的多个第一翅片；
b.定向成彼此平行且垂直于所述第一翅片的多个第二翅片，其中，所述第二翅片被堆叠在所述第一翅片上。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一三维结构进一步包括形成在所述第二翅片的第一表面上的多个柱状物。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述柱状物中的至少一些柱状物形成在所述第一翅片和所述第二翅片相交的相交位置处。
11.如权利要求9所述的方法，其中：
a.在所述第一三维结构上形成所述柱状物之后沉积所述第一细纤维层；
b.所述第一细纤维层的至少一些细纤维与所述柱状物的离所述第二翅片最远的顶表面接触；以及
c.在所述第一细纤维层与所述第二翅片的第一表面之间存在间隙。
12.如权利要求9所述的方法，其中，在所述第一三维结构上形成所述柱状物之后沉积所述第一细纤维层，并且其中，所述细纤维层位于所述柱状物之间，并且所述细纤维层中的至少一些细纤维与所述第二翅片的所述第一表面接触。
13.一种用于制造过滤介质的方法，包括：
a.使用增材制造工艺打印第一三维结构，包括：
i.打印定向成彼此平行的多个第一翅片，
ii.打印定向成彼此平行且垂直于所述第一翅片的多个第二翅片，其中，所述第二翅片被堆叠在所述第一翅片上，以及
iii.打印第一多个柱状物，所述第一多个柱状物形成在所述第二翅片的第一表面上形成的第一柱状物层；
b.使用静电纺丝工艺在所述第一三维结构上沉积第一细纤维层以形成第一介质组件。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括使用所述增材制造工艺在所述第一介质组件上打印第二三维结构以形成第二介质组件，其中，所述第二三维结构包括形成第二柱状物层的第二多个柱状物，其中，所述第二多个柱状物中的柱状物各自形成在所述第一多个柱状物中的柱状物之一顶上，从而形成第二介质子组件。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括在打印所述第二柱状物层之后，使用所述静电纺丝工艺在所述第二介质子组件上沉积第二细纤维层以形成第一介质组件。
16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，形成所述第一三维结构的材料包括颗粒、纳米颗粒、纤维、纳米纤维、添加剂和化学处理物。
17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，形成所述第一三维结构的材料包括化学处理物，与不具有所述化学处理物的材料相比，所述化学处理物实现了改变接触角、改变表面粗糙度、改变细纤维粘附力、以及减小灰尘粘附力中的一者或多者。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一三维结构限定从所述第一三维结构的第一侧到第二侧的直接的、非曲折的开放通道。
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