陶瓷过滤器本申请要求于2013年3月15日提交的标题为“陶瓷过滤器（CeramicFilters）”的美国临时申请号61/800,065的优先权，其内容以引用的方式并入本文。
背景技术
存在由网状聚氨酯泡沫形成的陶瓷泡沫过滤器（CFF）。这些CFF通过如下步骤而形成：用陶瓷泥浆浸渍网状聚氨酯泡沫；通过挤压泡沫移除多余的泥浆；然后，干燥并且烧制本体，从而形成CFF。
然而，在生产CFF和应用CFF中，这些CFF产生了众多问题。在生产CFF时，因为CFF是经由网状聚氨酯泡沫形成的，所以网状聚氨酯泡沫的精确孔大小和形状难以控制。一个难点是控制一批网状聚氨酯泡沫的孔大小和形状到另一批网状聚氨酯泡沫的孔大小和形状。另外，网状聚氨酯泡沫在CFF的截面上仅仅提供一种孔大小和形状。例如，网状聚氨酯泡沫相对于CFF的深度提供单种孔大小和形状。换言之，网状聚氨酯泡沫在沿着流经CFF的液体的流动方向上提供单种孔大小和形状。
在生产CFF中的难点的另一示例中，因为烧蚀或者烧尽了位于下面的网状聚氨酯泡沫，所以CFF是脆弱的或者易碎的，并且聚氨酯泡沫流失到环境中是有害的。例如，从包围位于下面的网状聚氨酯泡沫的陶瓷排出烧蚀的网状聚氨酯泡沫，这产生了不期望的陶瓷晶须。不期望的晶须脱离CFF，产生碎屑。在另一示例中，烧蚀的网状聚氨酯泡沫产生陶瓷的中空芯部。例如，烧蚀的网状聚氨酯泡沫在陶瓷中留下空隙。陶瓷的中空芯部减弱了由此产生的CFF。
在生产CFF的难点的另一示例中，因为用陶瓷泥浆浸渍了聚氨酯泡沫，所以聚氨酯泡沫局限于最大高度或者厚度（例如，约50毫米的最大高度）。例如，聚氨酯泡沫局限于最大高度，这是因为陶瓷泥浆必须能够分散遍及聚氨酯泡沫的整个本体，并且，通过挤压聚氨酯泡沫，随后能够从聚氨酯泡沫的整个本体移除。
由多层聚氨酯泡沫形成的CFF是可能的，但是在每个层之间具有不同的界面。例如，具有第一孔大小和形状的第一层可以固定至并且通过界面连接具有第二孔大小和形状的第二层。然而，在所述两个不同层之间的界面产生不规则性，该不规则性降低了多层式CFF的性能。除了界面不规则性之外，多层式CFF也难以生产并且很昂贵。
在CFF的应用中，因为CFF是脆弱的或者易碎的，所以CFF难以更换。例如，在使用CFF的熔融铝铸件中，新的或者未使用过的CFF安装在过滤盒中，通过CFF过滤一滴或者一剂熔融铝，并且随后，移除所述一滴熔融铝所使用的或者耗费的CFF。因为CFF是脆弱的或者易碎的，所以，在一滴熔融铝之后，使用者难以将CFF从过滤盒移除。例如，使用者可能试图用工具（例如，夹子、钳子、叉等）抓取耗费的CFF来移除CFF，但是，因为CFF是脆弱的，所以CFF可能会由于工具施加到CFF上的力而断裂成多个碎片，使得CFF的移除难以进行。
在应用CFF的难点的另一示例中，因为CFF具有单种孔大小，所以对使用了CFF的熔融铝的铸造过程严格控制，以优化过滤效率。例如，由于熔融铝铸造行业所需的精细孔过滤（例如，达到80级）和高金属流动速率（例如，达到19毫米/秒），对过滤系统的操作参数（例如，过滤系统预热、过滤系统碗（bowl）设计、过滤系统碗大小设计等）严格控制，以确保实现最佳过滤效率。另外，对正确的CFF大小和等级严格控制，以确保实现最佳过滤效率。
除了CFF之外，存在其它陶瓷过滤器。然而，其它陶瓷过滤器具有缺陷。例如，存在深床或者填充床过滤器，其提供了中到高的效率，但是与CFF相比，其非常大并且维护费用高。在另一示例中，存在颗粒结合管过滤器，其提供了非常高的过滤效率，但是其非常大，具有非常昂贵的过滤介质，并且需要长预热时间。相比之下，CFF系统提供了中到高等过滤效率，其紧凑，使用低成本过滤介质（即，低成本CFF），并且具有快速预热时间。随后，在铸造厂中利用CFF过滤铝已经成为贯穿熔融铝铸造行业的标准，以满足对半成品锻铝产品的不断增加的质量需求。
由此，仍然需要研发不由网状聚氨酯泡沫形成的新的陶瓷过滤器。
发明内容
本发明内容的提供是为了介绍与制造包括优化孔的陶瓷过滤器（诸如熔融金属过滤器）的技术有关的简化构思，下面将在具体实施方式中对其进行进一步描述。本发明内容并不旨在识别所要求的主题的本质特征，也不旨在用于确定所要求的主题的范围。
本公开设计增材制造型过滤器和用于制造这种过滤器的技术。在一些实施例中，这种增材制造型过滤器可以由陶瓷形成，并且可以构造为过滤熔融金属（例如，熔融铝）。
在一些实施例中，增材制造型陶瓷过滤器可以包括设置在单个陶瓷单元的进口表面与出口表面之间的多个孔或者开口。例如，多个孔可以设置在进口表面与出口表面之间，使得多个孔从进口表面到出口表面均匀地改变大小。此外，可以对孔的大小、形状和/或取向进行选择以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。例如，可以对孔的大小、形状和/或取向进行选择以提供水动力特征（例如，层流、湍流、涡流、漩涡等），该水动力特征针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。深度过滤是与滤饼过滤相比捕获的动力更适合移除过滤器内具有低夹杂物负载的较小夹杂物，而滤饼过滤指在过滤器的表面处移除较大夹杂物的高夹杂物负载。
在一些实施例中，多个孔可以互连。例如，设置在进口表面与出口表面之间的多个孔可以分别互连。此外，可以对孔的互连进行选择，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。
在一些实施例中，设置在进口表面与出口表面之间的多个孔可以按照孔的大小顺序设置。例如，设置在进口表面与出口表面之间的多个孔可以按照从进口（例如，前表面或者进入口）到出口（例如，后表面或者退出口）的孔的直径的大小顺序设置。此外，可以对孔的大小的顺序进行选择，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。
附图说明
参照附图阐述具体实施方式。在附图中，附图标记的最左边的数字表示附图标记首次出现的附图。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或者相同的物体。
图1是在过滤系统的过滤盒中用于例如过滤给定液体（例如，熔融铝）的增材制造型陶瓷过滤器的侧视图。
图2示出了图1的增材制造型陶瓷过滤器的透视前视图。
图3示出了沿着剖面线A-A截取的在图1中示出的示意性增材制造型陶瓷过滤器的详细剖面图。
图4示出了多个孔的设置的实施例。
图5示出了可以被选择且可以被数字建模以在给定液体和污染物中产生期望漩涡和/或涡流的孔的实施例。
图6是示出了制造在图1中示出的示意性增材制造型陶瓷过滤器的示例过程的流程图。
图7是示出了制造在图1中示出的示意性增材制造型陶瓷过滤器的示例过程的流程图。
图8是示出了制造在图1中示出的示意性增材制造型陶瓷过滤器的示例过程的流程图。
图9示出了可以被选择且可以被数字建模以在给定液体和污染物中产生期望漩涡和/或涡流的孔的实施例。
具体实施方式
概述
如上所述，即使存在现有的由网状聚氨酯泡沫形成的陶瓷泡沫过滤器（CFF），CFF也在孔大小和/或形状方面无法提供足够的精确度，从而在生产CFF和应用CFF中产生很多问题。另外地，因为现有的CFF是通过烧蚀或者烧尽位于下面的网状聚氨酯泡沫而形成的，所以CFF是脆弱的和/或易碎的。此外，因为现有的CFF是通过烧尽位于下面的网状聚氨酯泡沫而形成的，所以生产CFF成本很高并且对环境有害。本申请描述了由具有优化的孔大小、形状、取向和互连的陶瓷形成的增材制造型过滤器，这些特点在孔大小变化方面共同展现出了更高的精确度。而且，在本申请中描述的增材制造型过滤器展现出了比CFF更高效的过滤效率和更高的强度。本申请还描述了用于在制造设施处增材制造此陶瓷过滤器的各种技术。举例说明，但非限制性的，本申请描述了在铸造领域中使用的增材制造型陶瓷过滤器。例如，本申请描述了在半成品锻铝产品铸造领域中使用的增材制造型陶瓷过滤器。然而，增材制造型陶瓷过滤器也可以用在其它领域中。例如，增材制造型陶瓷过滤器可以用在水过滤、油过滤、燃料过滤等领域中。
通常，如在本申请中描述的增材制造型陶瓷过滤器包括单个陶瓷单元，其具有进口表面和出口表面；以及设置在进口表面和出口表面之间的多个孔，使得多个孔从进口表面到出口表面均匀地改变大小。多个孔从进口表面到出口表面是连续的，使得多个孔没有层和干扰表面。例如，多个孔可以设置在进口表面与出口表面之间，使得多个孔没有产生降低深度过滤性能的不规则性的层和干扰表面。可以对孔进行选择，以针对给定液体和污染物提供有效深度过滤。在一个示例中，孔可以包括均匀几何结构，该几何结构包括多面体形状的几何结构。取决于具体的应用（例如，期望的增材制造型陶瓷过滤器的渗透性），均匀几何结构可以是十二面体、立方体、球、人字形体、锥体、角锥体、曲线管等。例如，可以对均匀几何结构进行选择，以提供用于产生水动力特征（例如，层流、湍流、涡流、漩涡等），这些水动力特征为增材制造型陶瓷过滤器的深度过滤截面赋予了提高的深度过滤。在www.Pyrotek.info上由Pyrotek?发表的标题为“ImprovingPerformanceInTheFiltrationProcess（过滤过程中改进的性能）”的论文中描述了深度过滤，其全部内容以引用的方式并入本文。
可以对均匀几何结构进行选择，以在层流和/或湍流中产生边界层，该层流和/或湍流在均匀几何结构中的期望位置（例如，捕获点）处的流动中产生涡流、漩涡和/或死点。对涡流和/或期望位置进行选择，以通过增材制造型陶瓷过滤器针对具有所选速度的给定液体和污染物产生有效的过滤。例如，孔可以具有被选择成在位于接近孔的流体进入口（例如，窗、开口、孔口等）处提供涡流、漩涡和/或死点的均匀几何结构。即，可以对均匀几何结构进行选择，以在接近流体进入口处具有一个结构（例如，障碍物、壁、屏障），该结构相对于在孔内部产生期望漩涡或者涡流的流体进入口具有一定的角度和/或半径。因为孔在给定液体和污染物中在期望位置处产生了期望的涡流、漩涡和/或死点，所以孔捕获了更多污染物，从而，与由网状聚氨酯泡沫形成的CFF的孔相比，增加了增材制造型陶瓷过滤器的深度过滤效率。而且，因为孔具有三维数字建模且随后增材制造的所选的均匀几何结构，所以，与由网状聚氨酯泡沫形成的CFF的孔大小的精确度相比，孔在孔大小变化方面提供更高的精确度。这是因为，与经由测量和规格对形成待烧蚀的网状聚氨酯泡沫实行严格控制相比，三维（3D）建模的孔恰好按照所选特征3D来建模。例如，与在严格质量控制下形成网状聚氨酯泡沫来产生CFF相比，可以将所选的均匀几何结构三维数字建模为确切的规格，并且随后用更高的精确度进行增材制造。
在均匀几何结构为十二面体的示例中，孔可以包括中空的、基本上十二面体形状的陶瓷单元，所述陶瓷单元选择成设置在邻近区域中。可以对孔的均匀几何结构和/或布置进行选择，以提供用于产生“迂回路径（tortuouspath）”。例如，可以对孔的均匀几何结构和孔进行选择和设置，以迫使流体多次改变方向。孔可以包括由陶瓷形成的柱和面。例如，孔可以包括具有所选大小、形状和取向的柱和面，其形成孔的均匀几何结构。形成均匀几何结构的所选柱和面将在具有流经均匀几何结构的所选速度的给定液体和污染物中产生期望的涡流、漩涡和/或死点。
如本文所使用的，基本上十二面体形状的单元包括在三维空间中基本上十二面体形状的单元。例如，一系列中空陶瓷十二面体可以设置为彼此接触，以形成孔区域。在一些示例中，可以将十二面体形状的陶瓷单元增材制造为具有约50微米的直径。在其它示例中，可以将十二面体形状的陶瓷单元增材制造为具有至少约200微米到至多约5,000微米的直径。直径可以根据具体应用而改变。
在一些示例中，可以将十二面体形状的陶瓷单元增材制造为具有柱，这些柱具有至少约20微米到至多约50微米的直径。柱直径可以根据具体应用而改变。在一些示例中，可以将十二面体形状的陶瓷单元增材制造为具有面，这些面具有至少约10微米到至多约50微米的厚度。面厚度可以根据具体应用而改变。
在一些示例中，十二面体形状的陶瓷单元可以被增材制造为具有至少约100微米到至多约2000微米的流体进入口。流体进入口可以根据具体应用而改变。在一些示例中，可以将十二面体形状的陶瓷单元增材制造为具有至少约100微米到至多约2000微米的流体退出口。流体退出口可以根据具体应用而改变。流体进入口和流体退出口可以根据具体应用而相对于彼此改变。此外，十二面体形状的陶瓷单元可以被增材制造为具有多个流体进入口和退出口。例如，十二面体形状的单元的每一个面可以具体流体进入口或者流体退出口。另外地，一个或者多个附加的十二面体形状的单元可以被增材制造为中心十二面体形状的单元。例如，每个附加的十二面体形状的单元可以在每个流体进入口和/或流体退出口处与中心十二面体形状的单元通过界面连接。
可以将基本十二面体形状的单元增材制造为在基本十二面体形状的单元的面的部分上包括凹进、凸块和/或脊等。例如，可以将基本十二面体形状的单元增材制造为在小于面的表面的20%上包括凹进、凸块和/或脊等。
在一些实施例中，一个或者多个孔区域可以按照重叠的方式增材制造。例如，可以将顶部孔区域设置在底部孔区域上方，使得最小化在邻近孔之间的任何间隙空间。例如，设置在顶部区域中的孔可以覆盖在底部区域中的设置在顶部区域中的所述孔下方的两个孔之间的间隙空间。另外地，可以将孔区域按照直径大小的顺序设置。例如，设置在顶部区域中的孔可以具有比设置在底部区域中的孔的直径更大的直径。此外，设置在顶部区域中的孔可以与设置在底部区域中的孔互连。例如，设置在顶部区域中的孔可以与在底部区域中的设置在顶部区域中的所述孔下方的两个孔中的一个和/或两个互连。
因为与CFF中的孔大小变化相比，增材制造型陶瓷过滤器在孔大小变化方面具有更高的精确度，所以，增材制造型陶瓷过滤器比CFF具有更高的质量和一致性。此外，因为与CFF中的孔大小变化相比，增材制造型陶瓷过滤器在孔大小变化方面具有更高的精确度，所以，增材制造型陶瓷过滤器比CFF具有更高效的过滤效率。
另外，因为将增材制造型陶瓷过滤器增材制造为具有形成孔的固体结构部件（例如，柱和/或面），所以，与在CFF中的烧蚀或者烧尽位于下面的网状聚氨酯泡沫留下带壳的部件（例如，中空芯部）相比，这增加了增材制造型陶瓷过滤器的强度。此外，因为增材制造型陶瓷过滤器是增材制造的，所以，与烧蚀或者烧尽位于下面的成本较高的网状聚氨酯相比，生产增材制造型陶瓷过滤器比生产CFF成本更低并且对环境危害更小。
下面将参照多个示例性实施例对增材制造型陶瓷过滤器的这些方面和其它方面进行更加详细地描述。
示例增材制造型陶瓷过滤器
本节描述了由陶瓷材料增材制造的示例性过滤器。
在一些实施方式中，增材制造型陶瓷过滤器包括设置在单个陶瓷单元中进口表面和出口表面之间的多个孔，使得多个孔改变从进口表面到出口表面的大小。在一些实施方式中，可以对孔进行选择，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。在一些实施方式中，可以对孔进行增材制造，以提供与陶瓷泡沫过滤器（CFF）相比在孔大小变化方面更高的精确度。在本节中描述了这些以及许多其它增材制造型陶瓷过滤器。
图1是在过滤系统106的过滤盒104中用于例如过滤给定液体（例如，熔融铝）的增材制造型陶瓷过滤器102的侧视图。过滤系统106可以提供用于连续的或者批量的铸造。过滤系统106可以提供预热系统来确保穿过增材制造型陶瓷过滤器102的整个表面对增材制造型陶瓷过滤器102进行有效地并且有效率地预热。过滤系统106可以构造为容置具有任何形状的增材制造型陶瓷过滤器102。例如，过滤系统106可以根据具体的应用构造为多种大小。在一个示例中，过滤系统106可以具有约228毫米的过滤盒，并且可以构造为容置单个陶瓷过滤器。在另一示例中，过滤系统106可以具有约228毫米的过滤盒，并且可以构造为内置两个陶瓷过滤器。此外，过滤系统106可以具有约584毫米的过滤盒，并且可以构造为容置单个陶瓷过滤器。另外地，过滤系统106可以具有约584毫米的过滤盒，并且可以构造为容置两个陶瓷过滤器。另外地，过滤系统106可以构造为容置具有基本矩形形状、基本球形形状、基本凹形和/或凸形形状、基本圆柱形形状、基本锥形形状和/或基本棱锥形状等的增材制造型陶瓷过滤器102。例如，过滤系统106可以构造为容置具有的长度为约178毫米、宽度为约178毫米以及高度为约50毫米的增材制造型陶瓷过滤器102。在另一示例中，过滤系统106可以构造为容置具有的长度为约660毫米、宽度为约660毫米以及高度为约50毫米的增材制造型陶瓷过滤器102。
如图1所示，增材制造型陶瓷过滤器102包括多个孔108（例如，开口、空隙、囊、空腔、端口、通道等）。图1示出了设置在单个陶瓷单元112中的第一孔110（A）、在第一孔110（A）下方的第二孔110（B）、以及在第二孔110（B）下方的第三孔110（C）。对设置在单个陶瓷单元112中的孔108进行选择，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。如侧视图所示，单个陶瓷单元112可以具有进口表面114和出口表面116。在此实施例中，进口表面114基本上与出口表面116平行。然而，在其它实施例中，进口表面114和出口表面116不需要平行，并且可以相对于彼此倾斜或者弯曲。
在一个示例中，俯视图118示出了每个孔108可以具有流体进入口120，该流体进入口120具有五边形的周长。然而，在其它示例中，流体进入口120可以具有任何类型形状的周长。例如，流体进入口120的周长可以具有三或者更多的任何数量的边，流体进入口120的周长可以具有曲线边，流体进入口120的周长可以为圆形等等。流体进入口120可以基本上是平面的并且限定孔108的顶表面122。孔108的顶表面122可以限定单个陶瓷单元112的进口表面114。
图1示出了每个孔108可以具有设置在每个孔108的其它面中的流体进入口120。例如，孔108可以是十二面体形状的单元，该单元具有设置在十二面体的孔的各个面中的流体进口和/流体出口。此外，虽然在图1中未示出，但是附加孔可以与设置在每个孔108的其它面中的每个流体进入口120通过界面连接。例如，每个孔108可以是中心孔，并且每个附加孔可以与在其它面中的每个流体进入口102处的中心孔通过界面连接。
相似地，仰视图124示出了每个孔108可以具有流体退出口126，该流体退出口126具有五边形的周长。然而，在其它示例中，流体退出口126可以具有任何类型形状的周长。例如，流体退出口126的周长可以具有三或者更多的任何数量的边，流体退出口126的周长可以具有曲线边，流体退出口126的周长可以为圆形等等。流体退出口126可以基本上是平面的并且限定孔108的出口表面128。孔108的出口表面128可以限定单个陶瓷单元112的出口表面116。
给定液体（例如，熔融铝）可以在方向130上流入进口表面114并且流出出口表面116中。例如，给定流体可以在方向130上流入孔108的流体进入口120，流经设置在下方的孔108，并且从孔108的流体退出口126流出。给定流体可以按照至少约9毫米/秒到至多约19毫米/秒的速度在方向130上流经增材制造型陶瓷过滤器102。多个孔或者开口可以包括增材制造型陶瓷单元的总体积的至少约60%到至少约90%。图2示出了图1的增材制造型陶瓷过滤器102的透视前视图。虽然图2示出了增材制造型过滤器，其具有基本矩形的形状，但是增材制造型陶瓷过滤器102可以具有任何形状。例如，增材制造型陶瓷过滤器102可以具有基本球形形状、基本凹形和/或凸形形状、基本圆柱形形状、基本锥形形状和/或基本棱锥形状等。另外地，增材制造型陶瓷过滤器102根据具体的应用可以具有多种大小。在一个示例中，增材制造型陶瓷过滤器102可以具有的长度202为约178毫米、宽度204为约178毫米以及高度206为约50毫米。在另一示例中，长度202可以为约660毫米，宽度204可以为约660毫米，以及高度206可以为约50毫米。此外，因为增材制造型陶瓷过滤器102是增材制造的，所以，与由烧蚀的网状聚氨酯泡沫形成的CFF相比，增材制造型陶瓷过滤器102的高度206不受最大高度约束或者不局限于最大高度。例如，增材制造型陶瓷过滤器102的高度206可以大于约50毫米的CFF的最大高度。在一个示例中，增材制造型陶瓷过滤器102的高度206可以为约76毫米。在另一示例中，增材制造型陶瓷过滤器102的高度206可以为约100毫米。
图2示出了增材制造型陶瓷过滤器102可以包括单个陶瓷单元112的一个或者多个侧表面208（A）、208（B）、208（C）和/或208（D）。在一个示例中，侧表面208（A）、208（B）、208（C）和/或208（D）可以具有机械密封特征210，该机械密封特征210设置为提供用于将增材制造型陶瓷过滤器102安置于过滤系统的过滤盒104中。例如，侧表面208（A）、208（B）、208（C）和/或208（D）可以具有衬垫（例如，纤维衬垫、膨胀型衬垫等），该衬垫固定至侧表面208（A）、208（B）、208（C）和/或208（D），以提供用于将增材制造型陶瓷过滤器102安置于过滤盒104中。侧视图212示出了侧表面208（A）、208（B）、208（C）和/或208（D）可以被截去顶端并且具有角度214，以提供用于将增材制造型陶瓷过滤器102安置于过滤盒104中。例如，角度214可以提供用于挤压在侧表面208（A）、208（B）、208（C）和/或208（D）与过滤盒104之间的衬垫或者使其变形。
虽然图2示出了机械密封特征210，其包括衬垫类型的密封特征，但是机械密封特征210可以包括O型环类型的密封特征。例如，单个陶瓷单元112可以包括O型环凹槽，以抵靠过滤盒104的表面保持待压扁或者变形的O型环。
此外，因为增材制造型陶瓷过滤器102与CFF相比具有更高的强度，所以增材制造型陶瓷过滤器102可以包括（多个）紧固机构，以提供用于将增材制造型陶瓷过滤器102可移除地紧固至过滤盒104。例如，单个陶瓷单元112可以包括沿着侧表面208（A）、208（B）、208（C）和/或208（D）设置的卡口（bayonet）紧固机构216，该卡口紧固机构216构造为与沿着过滤盒104的表面设置的协同卡口紧固机构（未示出）配合。然而，虽然未在图2中示出，但是也可以使用其它紧固机构来将增材制造型陶瓷过滤器102可移除地紧固至过滤盒104。卡口紧固机构216可以与单个陶瓷单元112一体形成。例如，卡口紧固机构216可以是与单个陶瓷单元112一体形成的陶瓷特征。
增材制造型陶瓷过滤器102可以包括移除机构218，以提供用于从过滤盒104移除耗费了的增材制造型陶瓷过滤器102。例如，移除机构218可以是机构（例如，（多个）桁架、（多个）索眼、（多个）吊钩、（多个）带环、（多个）凹陷、（多个）凸起、（多个）吊环），该机构与单个陶瓷单元112一体形成来提供用于工具（例如，夹子、钳子、叉等），以从过滤盒104取出增材制造型陶瓷过滤器102。换言之，移除机构218可以是陶瓷特征（例如，（多个）吊钩、（多个）凹陷、（多个）凸起、（多个）吊环），该陶瓷特征增材制造至单个陶瓷单元112中以提供用于工具，以从过滤盒104取出增材制造型陶瓷过滤器102。此外，增材制造型陶瓷过滤器102可以包括设置有移除机构218的增强结构，以增强单个陶瓷单元112，防止增材制造型陶瓷过滤器102在移除和/或安装期间断裂或者破碎。
在一个示例中，移除机构218可以包括桁架结构，该桁架结构与单个陶瓷单元112一体形成以提供用于工具，以从过滤盒104勾住或取出增材制造型陶瓷过滤器102。在另一示例中，移除机构218可以包括一个或者多个凹陷，该凹陷构造为接纳扳手（例如，双销扳手）的一个或者多个销来提供用于该扳手，以将增材制造型陶瓷过滤器102从过滤盒104松开并且/或者将增材制造型陶瓷过滤器102拧紧到过滤盒104中。例如，增材制造型陶瓷过滤器102可以是基本圆盘的形状，其具有沿着增材制造型过滤器102的侧面设置的卡口紧固机构216，并且，一个或者多个凹陷可以提供用于销式扳手，以使增材制造型陶瓷过滤器102扭转而将增材制造型陶瓷过滤器102从过滤盒104松开并且/或者将增材制造型陶瓷过滤器102拧紧到过滤盒104中。
详细视图220示出了孔108的每个流体进入口120根据应用可以具有至少约100微米到至多约2000微米的直径222。相似地，孔108的每个流体退出口126根据应用可以具有至少约100微米到至多约2000微米的直径222。详细视图220还示出了每个孔108根据应用可以具有至少约500微米到至多约5100微米的外径224。例如，增材制造型陶瓷过滤器102可以构造成用于要求80级过滤器的应用，以捕获来自液态铝的夹杂物。孔大小（即，孔直径）涉及过滤器等级，并且在www.Pyrotek.info上由Pyrotek?发表的标题为“RecentImprovementsInTheMeasurementAndControlofCeramicFoamFilterQuality（近来对陶瓷泡沫过滤器质量的测量和控制的改进）”的论文中进行了描述，其全部内容以引用的方式并入本文。
具有80级过滤器的增材制造型陶瓷过滤器102可以具有孔108，每个孔108具有至少约600微米的外径224。此外，因为孔108是增材制造的，所以，与控制CFF的孔的直径的精确度相比，按照大得多的精确度来控制每个均匀孔108的外径224。这是因为，与在严格质量控制下形成具有多种外径（例如，可允许的最小和最大外径）的网状聚氨酯泡沫相比，恰好可以按照所选外径224对外径224进行数字建模，并且随后按照更大的精确度进行增材制造。例如，对于要求80级过滤器类型的应用，与来自CFF的约600微米的最小外径和约700微米的最大外径相比，增材制造型陶瓷过滤器102的每个孔108的平均外径224可以具有约640微米的最小外径224和约660微米的最大外径224。
图2还示出了剖面线A-A。剖面线A-A是接近增材制造型陶瓷过滤器102的中心截取的。
图3示出了沿着剖面线A-A截取的在图1中示出的示意性增材制造型陶瓷过滤器102的详细剖面图302。图3示出了在单个陶瓷单元112中的孔108从进口表面114到出口表面116是连续的，使得多个孔从进口表面到出口表面均匀地改变大小。此外，图3示出了孔108可以设置在没有干扰表面的区域中。因为孔108是增材制造的，所以孔从进口表面114到出口表面116是连续的。因为孔108是增材制造的，所以孔108是连续的，使得孔108彼此一体形成。换言之，因为孔是增材制造的，所以区域是连续的，使得区域在彼此之间没有离散表面。因为在单个陶瓷单元112中的孔108从进口表面114到出口表面116是连续的使得区域无离散表面，所以，增材制造型陶瓷过滤器102与CFF相比具有提高的深度过滤性能。即，这是因为与在各个层之间具有干扰表面的多层式CFF相比，区域没有干扰表面。
图3示出了孔108可以按照多个孔108的外径224的大小顺序设置。另外地，孔108可以按照从进口表面114到出口表面116的多个孔108的外径224的大小顺序来设置。例如，孔108可以设置成从接近进口表面的多个孔108的最大外径224到接近出口表面116的多个孔108的最小外径224。由此，因为孔108设置成从接近进口表面的多个孔108的最大外径224到接近出口表面116的多个孔108的最小外径224，并且因为孔108是连续的，所以孔108从进口表面114到出口表面116连续变化。因为孔108从进口表面114到出口表面116连续变化，所以增材制造型陶瓷过滤器102提供了比CFF更有效的深度过滤。
虽然图3示出了孔108可以设置成从接近进口表面114的多个孔108的最大外径224到接近出口表面116的多个孔108的最小外径224，但是孔108可以按照任何大小顺序设置以提供水动力特征（例如，层流、湍流、涡流、漩涡等），这些水动力特征针对给定液体和污染物提供有效的过滤。例如，孔108可以设置成从接近进口表面114的区域中的多个孔108的最大外径224到接近单个陶瓷单元112的中部的区域中的多个孔108的最小外径224，再到接近出口表面116的区域中的多个孔108的最大外径224。此外，孔108可以根据从进口表面114到出口表面116的多个孔108的外径224的大小按照随机顺序设置。
虽然图3示出了多个孔108的顶表面122是基本共面的，但是顶表面122可以相对彼此具有任何角度。例如，多个孔108的每个顶表面122可以相对于进口表面114具有任何钝角。此外，多个孔108的每个顶表面122可以相对于每个孔108的中心轴线旋转任何角度。例如，每个孔108可以相对于每个孔108的中心轴线旋转一角度。
相似地，虽然图3示出了多个孔108的出口表面128是基本共面的，但是多个孔108的出口表面128可以相对彼此具有任何角度。例如，多个孔108的每个出口表面128可以相对于单个陶瓷单元112的出口表面116具有任何钝角。此外，多个孔108的每个出口表面128可以相对于每个孔108的中心轴线旋转任何角度。
如详细视图304所示，每个孔108可以具有基本上相同的均匀几何结构306。虽然详细视图304示出了孔108具有基本十二面体形状的几何结构，但是多个孔108可以具有任何形状的几何结构。例如，多个孔108可以具有任何多面体形状的几何结构：球形几何结构、管状几何结构、蜗杆状几何结构、人字形几何结构（例如，V形几何结构）等。此外，十二面体形状的几何结构可以是椭圆形。例如，十二面体形状的孔可以具有大于其宽度的长度。
详细视图304也示出了每个孔108包括柱308和面310。孔108的内表面可以是基本上为球形。柱308可以是孔108的基本上为杆状结构的构件。杆状柱308可以具有任何截面形状。例如，柱308可以具有基本矩形的杆状截面、基本三角形的杆状截面、基本圆形的杆状截面和/或基本卵形的杆状截面等。柱308可以具有至少20微米到至少约50微米的截面直径。可以选择柱308的大小和形状并且将其三维数字建模为确切的规格。例如，可以选择柱308的几何形状（例如，形状和/或大小）并且将其数字建模，以在给定液体和污染物中产生期望的漩涡和/或涡流。与CFF相比，可以利用大小和形状方面的精确度，来增材制造柱308的数字建模的几何形状。
面310可以是孔108的结构构件，并且可以是具有至少约10微米到至少约50微米的厚度的任何形状的表面。例如，每个面310可以具有厚度至少为约10微米到至多约50微米的基本平面的多边形（例如，五边形）形状的表面。可以选择面310并且将其三维数字建模为确切的规格。例如，可以选择面310的几何形状（例如，形状和/或大小）并且将其数字建模，以在给定液体和污染物中产生期望的漩涡和/或涡流。与CFF相比，可以利用大小和形状方面的精确度，来增材制造面310的数字建模的几何形状。
如详细视图304所示，流体进入口120和/或流体退出口126可以设置在孔108的一个或者多个面310中。例如，任何数量的流体进入口120和/或流体退出口126可以设置在面310中，以在给定液体和污染物中产生期望的漩涡、涡流和/或流体速度。可以将所选数量的流体进入口120和/或流体退出口126三维数字建模为确切的规格。此外，可以选择流体进入口120和/或流体退出口126的大小和形状并且将其三维数字建模为确切的规格。例如，可以将流体进入口120和/或流体退出口126三维数字建模为具有基本五边形形状的周长，以在给定液体和污染物中产生期望的漩涡和/或涡流。在另一示例中，可以将流体进入口120和/或流体退出口126三维数字建模为具有基本圆形形状的周长，以在给定液体和污染物中产生期望的漩涡和/或涡流。与CFF相比，可以利用大小和形状方面的精确度，来增材制造流体进入口120和/或流体退出口126的数字建模的几何形状。
虽然面310的表面被示出为具有均匀或者平滑的表面，但是面310的表面可以是非均匀的。例如，面310可以具有一个或者多个凸出或者凹陷特征，诸如，肋、脊、凹槽、通道、鳍、套管、棱锥、网孔、结、凹进等。所述特征可以垂直于相应的面310凸出或者凹陷，或者，与相应的面310成斜角。面310的非均匀表面可以提供用于增强每个孔108以在给定液体和污染物中产生期望的漩涡和/或涡流。此外，面310的非均匀表面可以提供用于增强每个孔108的捕获点。
图3示出了多个孔108可以分别互连。如详细视图312所示，设置在具有第一孔110（A）的区域中的孔108与设置在具有第二孔110（B）的区域中的孔108互连。孔108可以经由设置在孔108的组合部分316中的孔口314互连。设置在孔108的组合部分316中的孔口314可以提供用于给定液体和污染物从设置在具有第一孔110（A）的区域中的孔108通过到设置在具有第二孔110（B）的区域中的孔108。
可以将设置在具有第一孔110（A）的区域中的孔108与设置在具有第二孔110（B）的区域中的孔108增材制造为单个陶瓷单元，使得组合部分316没有干扰表面。此外，可以对孔口314和/或组合部分316的大小、形状和/或位置进行选择，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。例如，可以对孔口314和/或组合部分316的大小、形状和/或位置进行选择，以提供水动力特征（例如，层流、湍流、涡流、漩涡等），所述水动力特征针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。虽然详细视图312示出了具有基本平面的表面的孔口314，但是可以对孔口314的形状进行选择，以提供产生通过孔口314的一个或者多个漩涡的喷嘴特征。在一个示例中，可以对孔口314和/或组合部分316的形状进行选择，以提供收敛的喷嘴特征。在另一示例中，可以对孔口314和/或组合部分316的形状进行选择，以提供发散的喷嘴特征。
可以对孔口314和/或组合部分316的大小、形状和/或位置进行选择，以在通过孔口314一距离318处产生漩涡。例如，给定液体可以运送污染物通过孔口314，并且在接近在孔108上的捕获点322处的给定流体中形成空间320。在给定流体和污染物中的空间320具有小于流过孔口314的给定流体和污染物的速度的速度。因为给定流体和污染物在通过孔口314一距离318处的空间320中的速度较小，所以污染物附着至在捕获点322处的孔108，并且留在孔108中。由此，孔口314和/或组合部分316的所选大小、形状和/或位置提供了从给定液体有效地深度过滤污染物。
除了选择孔108的孔口314和/或组合部分316的大小、形状和/或位置之外，还选择给定液体和污染物的速度，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。在一个示例中，给定液体通过增材制造型陶瓷过滤器102的所选速度应该是约10毫米/秒，以在通过孔口314一距离318处产生漩涡。在另一示例中，给定液体的通过增材制造型陶瓷过滤器102的所选速度应该是至少约9毫米/秒到至多约19毫米/秒，以在通过孔口314的位置320处产生漩涡。在另一示例中，除了选择孔108的孔口314和/或组合部分316的大小、形状和/或位置之外，也可以选择增材制造型陶瓷过滤器的空隙率。例如，可以选择空隙率为至少约60%到至少约90%的空隙率。例如，多个孔或者开口可以包括增材制造型陶瓷单元的总体积的至少约60%到至少约90%。
图4示出了多个孔108的设置的另一实施例。图4示出了在单个陶瓷单元112中的孔108从进口表面114到出口表面116是连续的，使得孔108具有基本上相同的几何结构。图4示出了多个孔108可以设置成在一条线上（in-line）。例如，在具有第一孔110（A）的区域中的多个孔108中的孔108直接设置在具有第二孔110（B）的区域中的多个孔108中的孔108上方，并且与其中心对齐。另外地，在具有第一孔110（A）的区域中的多个孔108中的孔108的几何中心可以直接设置在具有第二孔110（B）的区域中的多个孔108中的孔108的几何中心上方，并且与其中心对齐。
图4示出了多个孔108可以具有大小基本相同的外径224。虽然图4示出了可以具有大小相同的外径224的多个孔108，但是多个孔108可以具有任何大小的外径224。
如详细视图402所示，孔108是互连的。孔108可以经由设置在孔108的组合部分316中的孔口314互连。如上面相对于图3所论述的，可以对孔口314和/或组合部分316的大小、形状和/或位置进行选择，以在通过孔口314一距离318处产生漩涡。
虽然详细视图402示出了孔108经由设置在孔108的组合部分316中的孔口314互连，但是也可以考虑其它互连。例如，详细视图404示出了孔108可以经由管406互连。
管406可以与孔108一体形成，并且具有任何大小和/或形状。例如，管406可以具有基本五边形形状的截面、基本矩形形状的截面、基本三角形形状的截面、基本圆形形状的截面和/或基本卵形形状的截面等。管406可以具有基本上与流体进入口120和/或流体退出口126的直径相同的内部截面直径。例如，管406根据应用可以具有至少约100微米到至多约2000微米的内部截面直径。此外，管406从一个孔108到另一个孔108可以具有基本直线的形状，从一个孔108到另一个孔108可以具有基本曲线的形状（例如，环形、人字形（例如，V形）、螺旋形等）。
可以选择管406的大小和形状并且将其三维数字建模为确切的规格。例如，可以选择管406的几何形状（例如，形状和/或大小）并且将其数字建模，以在给定液体和污染物中产生期望的漩涡和/或涡流。可以利用大小和形状方面的精确度，来增材制造管406的数字建模的几何形状。
图5示出了可以被选择并且可以被数字建模以在给定液体和污染物中产生期望漩涡和/或涡流的孔108的实施例502、504和506。每个实施例502至506示出了孔108的不同的均匀几何结构306。实施例502示出了作为具有流体进入口120和流体退出口126的球508的均匀几何结构306。实施例504示出了作为具有流体进入口120和流体退出口126的圆锥510的均匀几何结构306。实施例506示出了作为具有流体进入口120和流体退出口126的倒人字形512的均匀几何结构306。
根据具体应用，可以选择孔实施例502至506中的一个或者多个，并且将其数字建模，以在给定液体和污染物中产生期望漩涡和/或涡流。例如，倒人字形512可以设置在进口表面与出口表面之间，使得多个人字形512从进口表面到出口表面均匀地改变大小，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。
增材制造陶瓷过滤器的示例方法
图6、图7和图8示出了在制造设施中使用增材制造工艺形成陶瓷过滤器（例如，增材制造型陶瓷过滤器102）的示例过程600、700和800。虽然这些过程描述了形成陶瓷过滤器，但是也可以考虑其它物品。例如，这些过程可以用于形成在机械、电子设备、生物材料等应用中的物品。例如，这些过程可以用于形成医疗装置或者部件（例如，心瓣、关节、肢体等）或者电子装置或者部件（例如，印刷电路板、印刷电路组件、晶体管等）。
在示例过程600、700和/或800中，增材制造工艺可以包括挤压增材制造工艺、颗粒增材制造工艺、层压增材制造工艺或者光聚合增材制造工艺等。
而且，增材制造工艺可以包括熔融沉积成型（FDM）技术，直接金属激光烧结（DMLS）技术、电子束熔炼（EBM）技术、选择性热烧结（SHS）技术、选择性激光烧结（SLS）技术、基于粉末的三维印刷（PP）技术、层压实体制造（LOM）技术、立体光刻（SLA）技术、或者数字光处理（DLP）技术等。
过程600可以包括激光烧结陶瓷粉末（例如，基于氧化铝的陶瓷粉末），然后可对该陶瓷粉末进行烧制。过程700可以包括激光印刷聚合物衬底，然后用陶瓷泥浆（例如，磷酸盐结合的基于氧化铝的材料）涂覆该聚合物衬底，然后可对其进行烧制。过程800可以包括增材制造模具（例如，主要形状），然后可使用该模具来复制地铸造陶瓷过滤器。
在示例过程600、700和800中，3D陶瓷过滤器包括多个孔（例如，孔108），多个孔中的每一个孔具有构造为从液体过滤微粒的几何结构（例如，均匀几何结构306）。另外地，在示例过程600中，多个孔设置在3D陶瓷过滤器的进口表面（例如，进口表面114）与3D陶瓷过滤器的出口表面（例如，出口表面116）之间。孔设置在进口表面与出口表面之间，使得多个孔从进口表面到出口表面均匀地改变大小。
此外，在示例过程600、700和800中，多个孔中的每一个孔分别互连。举例说明，但非限制性的，这些过程可以在制造设施、车间、铸造厂、工厂等处执行。
图6示出了示例过程600包括操作602，该操作602表示生产陶瓷过滤器的三维（3D）数字模型。例如，可以基于给定液体和污染物来选择均匀几何结构（例如，均匀几何结构306），并且随后将其数字建模。在一个示例中，可以基于给定液体和污染物来选择柱（例如，柱308）、面（例如，面310）、流体进入口（例如，流体进入口120）、流体退出口（例如，流体退出口126）和/或孔口（例如，孔口314）的大小和形状，并且将其数字建模。
过程600包括操作604，该操作604表示将陶瓷过滤器的3D数字模型切分为多个部分。例如，增材制造工艺可以将陶瓷过滤器的3D数字模型的数字切片生成为连续的数字部分或者层。每个数字层具有至少约10微米到至多约50微米的厚度来提供用于增材制造工艺，以由陶瓷（例如，基于氧化铝的陶瓷粉末）增材地形成陶瓷过滤器。例如，具有至少约10微米到至多约50微米的厚度的第一数字层可以包括形成设置在底部均匀阵列（例如，均匀阵列110（C））中的孔的出口表面（例如，出口表面128）的面。各个附加连续数字层具有至少约10微米到至多约50微米的厚度，并且包括陶瓷过滤器的3D数字模型的附加连续特征。
操作604之后可以是操作606，该操作606表示连续地在上一个部分的顶部上形成陶瓷过滤器的3D数字模型的多个部分中的每一个部分。该形成可以包括用陶瓷材料形成陶瓷过滤器的3D数字模型的多个部分中的每一个部分以增材制造陶瓷过滤器。例如，可以形成第一数字层，该第一数字层包括形成设置在底部区域中的孔的出口表面的面。例如，第一数字层可以是激光烧结陶瓷粉末。每个附加连续数字层可以是在上一激光烧结层的顶部上连续激光烧结陶瓷粉末，以形成陶瓷过滤器“坯体”。
过程600可以在操作608处完成，该操作608表示烧制陶瓷过滤器“坯体”。
图7示出了示例过程700包括操作602，该操作602表示生产陶瓷过滤器的三维（3D）数字模型。过程700包括操作702，该操作702表示将陶瓷过滤器的3D数字模型切分为多个部分。例如，增材制造工艺可以将陶瓷过滤器的3D数字模型的数字切片生成为连续的数字部分或者层。每个数字层具有至少约10微米到至多约50微米的厚度来提供用于增材制造工艺，以由消耗性材料（例如，聚合物）增材地形成牺牲衬底（sacrificialsubstrate）。例如，具有至少约10微米到至多约50微米的厚度的第一数字层可以包括形成设置在底部均匀阵列（例如，均匀阵列110（C））中的孔的出口表面（例如，出口表面128）的面。各个附加连续数字层具有至少约10微米到至多约50微米的厚度，并且包括陶瓷过滤器的3D数字模型的附加连续特征。
操作702之后可以是操作704，该操作704表示连续地在上一个部分的顶部上形成陶瓷过滤器的3D数字模型的多个部分中的每一个部分。该形成可以包括用聚合物形成陶瓷过滤器的3D数字模型的多个部分中的每一个部分以增材制造牺牲衬底，以随后生产陶瓷过滤器。例如，可以形成第一数字层，该第一数字层包括形成设置在底部均匀阵列中的孔的出口表面的面。例如，第一数字层可以是激光印刷聚合物。每个附加连续数字层可以是在上一激光印刷层的顶部上连续激光印刷聚合物，以形成陶瓷过滤器的牺牲衬底。
过程700可以包括操作706，该操作706表示用陶瓷泥浆浸渍牺牲衬底。例如，可以用包括磷酸盐结合的基于氧化铝的材料的陶瓷泥浆来浸渍牺牲衬底。可以移除过多的陶瓷泥浆，并且可以将浸渍的衬底干燥。
过程700可以在操作708处完成，该操作708表示烧蚀或者烧尽牺牲衬底，以生产陶瓷过滤器。
图8示出了示例过程800包括操作602，该操作602表示生产陶瓷过滤器的三维（3D）数字模型。过程800包括操作802，该操作802表示将陶瓷过滤器的3D数字模型切成多个部分。例如，增材制造工艺可以将陶瓷过滤器的3D数字模型的数字切片生成为连续的数字部分或者层。每个数字层具有至少约10微米到至多约50微米的厚度提供用于增材制造工艺，以由基础材料（例如，石膏）增材地形成模具。例如，具有至少约10微米到至多约50微米的厚度的第一数字层可以包括形成设置在底部均匀阵列（例如，均匀阵列110（C））中的孔的出口表面（例如，出口表面128）的面的图像。各个附加连续数字层具有至少约10微米到至多约50微米的厚度，并且包括陶瓷过滤器的3D数字模型的附加连续图像特征。
操作802之后可以是操作804，该操作804表示连续地在上一个部分的顶部上形成陶瓷过滤器的3D数字模型的多个部分中的每一个部分。该形成可以包括用石膏形成陶瓷过滤器的3D数字模型的多个部分中的每一个部分以增材制造陶瓷过滤器的模具，以随后铸造陶瓷过滤器。例如，可以形成第一数字层，该第一数字层包括形成设置在底部均匀阵列中的孔的出口表面的面的图像。例如，第一数字层可以是激光烧结石膏。每个附加连续数字层可以是在上一激光烧结层的顶部上连续激光烧结石膏，以形成陶瓷过滤器的模具。
过程800可以在操作806处完成，该操作806表示铸造陶瓷过滤器。
示例孔设置
图9示出了可以被选择并且可以被数字建模以在给定液体和污染物中产生期望漩涡和/或涡流的孔108的实施例。例如，可以对孔108的实施例902进行选择，并且将其数字建模以产生穿过每个孔108的流体进入口（例如，窗、开口、孔口等）的曲折路径。实施例902示出了孔108（例如，中心孔），其具有设置有中心孔的孔口314的多个孔108。例如，设置在中心孔周围的每个孔108可以在孔口314处通过界面连接。孔108的孔口314可以具有基本上相同的直径。
根据具体的应用，可以选择实施例902，并且将其数字建模以在给定液体和污染物中产生期望漩涡和/或涡流。例如，多个实施例902可以设置在进口表面与出口表面之间，使得多个孔108产生用于液体从进口表面流到出口表面的曲折路径，以针对给定液体和污染物提供有效的深度过滤。
结论
虽然本公开使用了针对结构特征和/或方法动作的特定语言，但是权利要求书不限于所描述的具体特征或者动作。切确地说，具体特征和动作作为实施本发明的示例性形式而公开。例如，本文所描述的各个实施例可以重新设置、修改和/或组合。再如，方法动作中的一个或者多个动作可以按照不同的顺序执行、组合、和/或整体省去，这取决于待增材制造的陶瓷过滤器的类型。