3D打印技術(shù)參考注意到，來自田納西大學(xué)機(jī)械、航空航天和生物醫(yī)學(xué)工程系以及滑鐵盧大學(xué)機(jī)械與機(jī)電工程系的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，使用激光粉末熔融（LPBF）3D打印工藝分別制造了具有高度疏水結(jié)構(gòu)的AlSi10Mg鋁合金，以及全疏水的4340鋼。

什么是疏水結(jié)構(gòu)，有什么價值。

疏水性結(jié)構(gòu)是指材料表面上的微觀結(jié)構(gòu)使其具有不易吸附水分子的特性。這些結(jié)構(gòu)通常是由表面上微小的顆?；虬纪共黄降慕Y(jié)構(gòu)組成，在水接觸其表面時，能夠減少水分子在表面上產(chǎn)生的接觸面積，從而使其快速滑落。

疏水性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括潤滑、防水、防油、抗菌等。在未來，這些結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用于柔性電子、醫(yī)療器械等新興領(lǐng)域。例如，利用疏水性結(jié)構(gòu)可以制備出具有超級防水性能的技術(shù)，使電子設(shè)備更加耐用可靠。

材料選擇

研究人員使用金屬3D打印技術(shù)制造了具有疏水結(jié)構(gòu)的表面，分別使用了氣霧化的 AlSi10Mg（直徑20–63 μm，中位粒徑約44 μm）和水霧化的4340鋼（尺寸范圍27–63μm，中位粒徑約46μm）。兩種粉末的球形度很明顯有很多大區(qū)別。

表面紋理結(jié)構(gòu)設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面， 使用CAD軟件設(shè)計了不同柱尺寸和柱間距的微柱陣列。使用切片軟件仔細(xì)配置了激光掃描路徑，確保每個柱的截面處只發(fā)生兩點(diǎn)曝光，從而形成相鄰的熔池，進(jìn)而形成微柱。

表面形貌處理

3D打印的金屬表面通過在乙醇和去離子水中依次進(jìn)行超聲清洗來清理。然后用去離子水沖洗表面并用壓縮空氣干燥。隨后，將清理后的樣品暴露于氧氣等離子體中10分鐘。等離子處理后的樣品通過在110°C下用進(jìn)行氣相硅烷化處理1小時，賦予低固體表面能。

3D打印金屬表面的形態(tài)學(xué)

使用L-PBF技術(shù)制造了具有不同柱尺寸和柱間距的鋁和鋼的微支柱陣列。

3D打印的鋁合金表面紋理微支柱相對光滑；而鋼表面紋理微支柱表面具有小顆粒狀特征，換句話說，就是具有分層結(jié)構(gòu)。

a-d，鋁合金微支柱；e-h，鋼合金微支柱

液體排斥性測試

經(jīng)過氟化硅烷處理后，鋁合金表面對水滴顯示出高接觸角，從約138°增加到約151°，表明表面具有很強(qiáng)的疏水性。

水滴與鋁合金表面之間存在空氣腔，進(jìn)一步增強(qiáng)了表面的疏水性。這種狀態(tài)的形成是因?yàn)槲⒅Y(jié)構(gòu)和低表面能材料的協(xié)同作用。而且，水滴可以在鋁合金紋理表面進(jìn)行滾動，而不會停留不動。不過，十六烷液滴與鋁合金紋理存在一定的潤濕性。而鋼合金表面因?yàn)榇嬖趯蛹壗Y(jié)構(gòu)，無論對水還是油，均表現(xiàn)出全疏性。另一方面，微柱的尺寸比也會影響液體的潤濕性。

研究人員還通過膠帶剝離測試、超聲清洗測試以及砂紙磨損等多種手段處理金屬表面紋理，發(fā)現(xiàn)對材料的疏水性幾乎不會造成影響（更粗的砂紙磨損可能會帶來改變），證明了金屬3D打印的紋理結(jié)構(gòu)在耐久性應(yīng)用方面很有潛力。

采用3D打印技術(shù)制造具有功能性表面的金屬結(jié)構(gòu)還是首次看到學(xué)術(shù)研究，證明了這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)，未來或能在相關(guān)領(lǐng)域取得應(yīng)用進(jìn)展。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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