在全球范圍內(nèi)，水源壓力逐漸增高。人口增加只會(huì)加速這一問題的緊迫性。目前，技術(shù)創(chuàng)新正在致力于解決此問題。海水淡化是一個(gè)解決方案，但迄今為止，這個(gè)過程已經(jīng)被證明是非常昂貴和耗能的，所以它只適用于水資源最嚴(yán)重短缺的時(shí)候。
水凈化，包括海水淡化，使用反滲透或通過包含薄膜復(fù)合聚酰胺膜的濾芯來處理海水。這些膜捕獲鹽和其他雜質(zhì)，使淡水流過。放入墨盒中的膜會(huì)產(chǎn)生壓力以迫使水流過，膜的過程效率會(huì)更高。膜的設(shè)計(jì)和制造進(jìn)展有助于降低海水淡化所涉及的復(fù)雜性和成本。
一些研究人員正在尋求通過添加劑制造創(chuàng)造任何幾何復(fù)雜形狀或特征的膜。巴斯大學(xué)（英國）高級分離工程中心（CASE）的研究人員專注于使用添加劑制造開發(fā)分離膜工程的潛力，希望創(chuàng)造出比目前制造方法更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)。
目前，膜主要通過稱為“界面聚合”的方法生產(chǎn)，其將聚合物的薄致密層涂覆在支撐膜的表面上（其通常通過相轉(zhuǎn)化形成）。膜結(jié)構(gòu)控制的局限性意味著研究人員不能嚴(yán)格控制膜的設(shè)計(jì)，但是由于該方法已被廣泛研究并被很好地理解，所以仍然是制造膜的首選工藝。
用于反滲透的3D打印膜的研究剛剛開始。以前的研究已經(jīng)證明了添加劑制造技術(shù)在制備具有復(fù)雜3D幾何體強(qiáng)度的膜應(yīng)用的內(nèi)部特征。關(guān)鍵是在設(shè)計(jì)過程中完全自由。
巴斯大學(xué)高級分離工程中心（CASE）主任Darrell Patterson博士告訴小編，3D打印膜具有傳統(tǒng)制造的膜沒有的許多優(yōu)點(diǎn)。
他說：“新的3D打印設(shè)計(jì)可以通過印刷圖案或自然靈感設(shè)計(jì)來減少膜污染，以減少結(jié)垢/濃縮極化，并增加透過膜的滲透。”
CASE團(tuán)隊(duì)著手從文獻(xiàn)中回顧了使用目前所有添加劑制造方法生產(chǎn)的膜的優(yōu)缺點(diǎn)，包括基于分辨率、精度、構(gòu)造尺寸、速度、光聚合打印材料、粉末、材料擠出、層壓、機(jī)械性能，支持和成本。
研究人員指出，3D打印技術(shù)尚未達(dá)到能夠生產(chǎn)與現(xiàn)有產(chǎn)品具有成本競爭力的大型膜的能力，但他們的工作突出了技術(shù)的潛力。
展望未來，添加劑制造可用于制造通過選擇性地將進(jìn)料引導(dǎo)到分離子分子組的膜和減少結(jié)垢的特定部分的膜材料。其他部分可以用具有不同性質(zhì)的不同材料打印，將不同的分子子集分開在同一張紙上。容納膜的表面變形也可以更容易，當(dāng)前的制造方法可以參與制造不太容易堵塞的膜。
添加劑制造也可以解決與反滲透中使用的高壓相關(guān)的問題，特別是當(dāng)需要脫鹽水時(shí)，取決于要去除的鹽濃度，達(dá)到50-80巴。
“目前的膜能夠適應(yīng)這些[壓力]，”Patterson告訴小編。“我可以想象，未來的3D打印材料更加機(jī)械堅(jiān)固，因此與現(xiàn)有材料相比，變形較小或受壓力影響較小。”
與傳統(tǒng)原型相比，快速原型設(shè)計(jì)在速度、效率和定制方面也可能是一個(gè)優(yōu)勢。CASE團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，3D打印不僅可以生產(chǎn)膜，而且可以生產(chǎn)間隔物和整個(gè)膜組件，這可能會(huì)降低總體生產(chǎn)時(shí)間。
此外，用于生產(chǎn)膜的AM工藝可以使得在制造期間控制表面和界面上的兩種或更多種材料的組成，從而允許物理性質(zhì)和特性的位置變化，例如材料的多個(gè)交替層或選擇性分布另一種材料提高膜的性能。
研究人員于2017年2月將標(biāo)題為“3D打印分離膜與相關(guān)非常規(guī)制作技術(shù)的比較”的論文發(fā)表在“膜科學(xué)”雜志上。
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