3D打印技术参考注意到，来自田纳西大学机械、航空航天和生物医学工程系以及滑铁卢大学机械与机电工程系的联合团队，使用激光粉末熔融（LPBF）3D打印工艺分别制造了具有高度疏水结构的AlSi10Mg铝合金，以及全疏水的4340钢。

什么是疏水结构，有什么价值

疏水性结构是指材料表面上的微观结构使其具有不易吸附水分子的特性。这些结构通常是由表面上微小的颗粒或凹凸不平的结构组成，在水接触其表面时，能够减少水分子在表面上产生的接触面积，从而使其快速滑落。

疏水性结构的应用领域广泛，包括润滑、防水、防油、抗菌等。在未来，这些结构还可以应用于柔性电子、医疗器械等新兴领域。例如，利用疏水性结构可以制备出具有超级防水性能的技术，使电子设备更加耐用可靠。

材料选择

研究人员使用金属3D打印技术制造了具有疏水结构的表面，分别使用了气雾化的AlSi10Mg（直径20–63 µm，中位粒径约44 µm）和水雾化的4340钢（尺寸范围27–63µm，中位粒径约46µm）。两种粉末的球形度很明显有很多大区别。

表面纹理结构设计

在结构设计方面，使用CAD软件设计了不同柱尺寸和柱间距的微柱阵列。使用切片软件仔细配置了激光扫描路径，确保每个柱的截面处只发生两点曝光，从而形成相邻的熔池，进而形成微柱。

表面形貌处理

3D打印的金属表面通过在乙醇和去离子水中依次进行超声清洗来清理。然后用去离子水冲洗表面并用压缩空气干燥。随后，将清理后的样品暴露于氧气等离子体中10分钟。等离子处理后的样品通过在110°C下用进行气相硅烷化处理1小时，赋予低固体表面能。

3D打印金属表面的形态学

使用L-PBF技术制造了具有不同柱尺寸和柱间距的铝和钢的微支柱阵列。

3D打印的铝合金表面纹理微支柱相对光滑；而钢表面纹理微支柱表面具有小颗粒状特征，换句话说，就是具有分层结构。

a-d，铝合金微支柱；e-h，钢合金微支柱

液体排斥性测试

经过氟化硅烷处理后，铝合金表面对水滴显示出高接触角，从约138°增加到约151°，表明表面具有很强的疏水性。

水滴与铝合金表面之间存在空气腔，进一步增强了表面的疏水性。这种状态的形成是因为微柱结构和低表面能材料的协同作用。而且，水滴可以在铝合金纹理表面进行滚动，而不会停留不动。不过，十六烷液滴与铝合金纹理存在一定的润湿性。而钢合金表面因为存在层级结构，无论对水还是油，均表现出全疏性。另一方面，微柱的尺寸比也会影响液体的润湿性。

研究人员还通过胶带剥离测试、超声清洗测试以及砂纸磨损等多种手段处理金属表面纹理，发现对材料的疏水性几乎不会造成影响（更粗的砂纸磨损可能会带来改变），证明了金属3D打印的纹理结构在耐久性应用方面很有潜力。

采用3D打印技术制造具有功能性表面的金属结构还是首次看到学术研究，证明了这项技术确实能够实现，未来或能在相关领域取得应用进展。#增材制造 #3D打印