国民经济可持续发展的首要目标之一是建立矿产资源可持续发展应用,矿产资源可持续利用能力关系到一系列环境,安全,资源浪费问题。矿物资源有限以及传统制造业的负面环境和社会影响也促使人们对矿产可持续应用提出了需求。传统粘土矿物行业,主要使用传统方式如砌筑法、浇铸、碾压、压力机击实或夯实机夯实方法进行分层成形。在材料设计上,传统制造环节的材料配比根据经验无法实现精准的需求性能平衡,容易造成选材区域广而满足要求的材料区域小。在结构设计上,此类传统方法很难控制材料内部的孔状结构（孔隙率和孔径大小等）。矿物复合材料多孔结构和几何结构设计可以有效的实现传输并控制能量,还具备可控物理特性的优势。因此矿物材料和结构的多结构设计可以减少材料消耗和实现高性能可控,对可持续应用环节中的设计与制造至关重要。增材制造能有效地利用材料成形具有复杂结构的高性能物体,其中微滴喷射增材成形技术成为提高矿物价值和拓宽其应用领域的关键工艺之一。矿物材料中高岭土基复合材料最早开始使用微滴喷射增材制造技术有效地控制其微孔隙结构并增强其物理化学性能。然而,微滴喷射单喷头成形高岭土基复合材料并未解决多矿物材料成形和结构优化设计的问题,明显缺乏材料和孔隙组合的多结构设计方法。研究主要针对面向高岭土基复合材料可持续应用中的关键的多结构设计与制造问题展开研究。目前,高岭土基复合材料还未拓展增材制造成形高复杂微观结构和高性能材料方面的创新应用,实现物理模型成形的一体化多结构控制与设计。作为博士课题研究,提出了基于微滴单喷头及双料混合双喷头喷射增材成形高岭土基复合材料,特别是其结合多材料和孔隙设计的多结构设计新方法,从而在创新应用的可持续设计与制造领域展现出巨大的前景。具体研究内容主要有以下四部分:（1）研究实现高岭土基复合材料的成形机械平台的机械装置、控制系统和打印流程,搭建了完整的机械控制平台。形成了高岭土基材料和参数共同调控的方法,以0.5 mm的层厚度和150 mml/s的流速0.4 mm喷嘴的尺寸进行打印,获得了最佳梯度打印效果,且发现成形质量与移动速度的变化无相关性。喷嘴相关参数距离平台高度2 mm和回抽距离0.6 mm是最佳参数。建立了多因素影响的成形规律模型,形成了高岭土基复合材料特性兼容打印参数调控方法。（2）喷射成形高岭土基相似软土材料,揭示了高岭土成分和蜡基添加剂材料配比对土力学性能得影响,其中压缩系数都大于0.4 MPa,内摩擦角范围在1°-44°,粘聚力范围为3-34 KPa,符合典型土的要求。优化设计了孔道基元的参数以及分布实现不同密度分布的梯度多孔结构,结果显示孔体积大部分孔均低于9.25 mm3,平坦度数值大多数介于0.58至0.80之间,孔角度分布具有一定的对称性并且沿给定的对称线孔的数量相似。通过设计后的模型形成仿生梯度孔和材料的双梯度变化,揭示了成形的梯度多孔结构与微纳孔隙的仿生特性。（3）喷射成形金刚石增强高岭土基复合材料,成形发现加入15 wt.%多晶金刚石对复合材料混合熔化过程中有效延缓固化时间,提高打印效率。逐层打印方法使堆叠的层之间存在间隙,喉道半径的分布集中在小于0.16 mm的位置,其中25μm是最多分布的峰值。其次,层状形状的XYZ轴正向分布孔隙提供了横向热传导的有效方法。此外,阐明了金刚石含量增加的仿生自修复特性,结果显示发射状莫来石相的聚集和生长是由于金刚石的保温和降低了结晶温度,显著增强了机械性能。金刚石还具有良好的导热性能,不仅可以在聚合物水热反应的早期避免裂纹的产生,甚至可以在1200℃以上的高温条件下避免裂纹的产生。（4）对梯度高岭土基相似软土材料的结构验证与模拟采用Rhino等三维建模软件结合Simpleware自主研发的软件重构孔隙结构,与工程模型稳定性有关的与可控渗透有关的参数c（粘聚力）,φ（摩擦角）,α（孔隙局部角度）和Ψ（Z,t）（渗透速率）与打印样品的孔结构高度相关,可以通过孔的连通性和形状对其进行精确控制和设计。对金刚石增强高岭土基复合材料的结构验证与模拟发现具有连通孔的3D结构（Schwarz w 3D）所带来的机械和隔热性能的平衡会更好,并有效减少内部随机孔对剪切应力的影响。结合梯度成形多结构高岭土基相似软土材料和金刚石增强高岭土基复合材料,拓展了矿物材料在生命安全、工业创新与基础以及按需生产与消费的应用拓展,为增材制造矿物材料的可持续应用的探究提供了新的思路。