2026 年 10 月 24 日
在航空航天、储能、精密工具及生物医学植入物等高价值制造领域，金属粉末是核心原材料。然而，在多材料 3D 打印、物料更换或回收过程中，不同种类的金属粉末极易发生混合或交叉污染。一旦受到污染，即便含有贵金属成分，这些粉末往往因无法满足重复使用的严格标准而被废弃，造成严重的资源浪费。
针对这一痛点，缅因大学（University of Maine）的一个研究团队开发了一种名为“剪切辅助颗粒捕获”（Shear-Assisted Particle Capture, SHAPE）的新工艺。该方法旨在通过分离微观金属颗粒并将其捕获在聚合物薄膜中，实现受污染原料的高效回收。
基于转速差异的颗粒分离机制
这项最新研究成果已发表在《粉末技术》（Powder Technology）期刊上。研究人员以铝粉和铜粉的混合物为实验对象，将其悬浮于液体载体中进行测试。实验显示，通过调整离心机的旋转速度，可以显著改变被捕获颗粒的成分比例。
具体数据表明，当转速约为每分钟 200 转（rpm）时，基底上捕获的颗粒中约 87% 为铝；随着转速提升至 1,500 rpm，铜的比例逐渐占据主导，最终被截获的颗粒中约 90% 为铜。首席研究员 Bashir Khoda 指出，这种对不同粒子在相同流量条件下反应差异的发现，为物理分离提供了新的思路。
面向增材制造的供应链优化
Kroda 表示，SHAPE 方法特别适用于 3D 打印及其他基于粉末的增材制造工艺。若能在不进行完全再加工的情况下实现颗粒回收，将有助于减少材料浪费、降低能源密集型再处理的需求，并缓解对新原材料的依赖。这对于加强美国本土制造业以及应对关键矿物供应链的不确定性具有重要意义。
该项目的合作团队包括化学副教授 William Gramlich、加州大学洛杉矶分校机械工程副教授 Khalid Jawed，以及研究生 Ibrahim Khalil、Adib Alam 和 Md. Akebul Islam。Khoda 同时也是缅因大学高级结构与复合材料中心（ASCC）的副教授。
从实验室到工业规模的挑战
尽管研究证明了该机制在高选择性分离方面的潜力，但目前仍处于实验室阶段，从起始混合物中捕获的总量相对较低。Khoda 强调，当前的重点在于验证分离机制的有效性，而非直接提供工业级回收方案。
未来的研究目标是在保持高选择性的前提下，大幅提升可加工材料的数量。团队计划深入探索基板尺寸与几何形状、多基板使用、粒子载荷、聚合物浓度、加工时间以及连续或多阶段操作等变量对效率的影响。此外，研究人员还将进一步解析粒子运输和保持背后的物理机制，并测试其他材料组合，以评估回收粉末是否保留了重复使用所需的化学性质、形态、流动性及制造性能。
参考文献：
Bashir Khoda 等人，《利用截留工艺分离交叉污染的微粒》，《粉体技术》（2026）。DOI: 10.1016/j.powtec.2026.122931
