基于激光的金属增材制造（AM），特别是激光粉末床熔融（L-PBF）和定向能量沉积（DED），使得生产出具有复杂几何形状和定制微观结构的金属部件成为可能，而这些结构用传统方法难以实现。这些3D打印金属现已广泛应用于航空航天[1]、海洋[2]和能源[3]领域，在这些环境中，它们需要应对结冰、腐蚀和生物污损等严苛条件。在这些情况下，飞机部件[4]、海上平台[5]和风力涡轮机叶片上的冰层积聚会降低性能、增加阻力并危及安全。
传统的除冰方法，如热加热、机械去除或化学涂层[6]、[7]，往往能耗高、维护繁琐或对环境有害。这些限制促使人们越来越关注被动表面工程方法，尤其是超疏水表面（SHS）和具有润滑性能的多孔表面（SLIPS），这些方法旨在以最小的能量输入实现低粘附性、自清洁和防冰性能。
SHS受到荷叶的启发，依靠分层的粗糙度和低表面能来在液滴下方形成空气囊，从而减少冰的粘附并延缓冻结[8]、[9]、[10]。Huang等人利用激光纹理处理和化学处理在3D打印的AlSi10Mg和Ti6Al4V合金上实现了SHS效果，同时获得了荷叶和玫瑰花瓣的润湿特性[11]。然而，SHS涂层在机械磨损或长时间暴露下往往会失去功能，因为被捕获的空气层在受潮或污染时会塌陷[12]、[13]。
SLIPS受到猪笼草的启发，通过在具有低表面能的纹理表面上注入润滑剂，形成稳定的、自修复的液体界面，能够排斥水和污染物[14]。与SHS不同，SLIPS在动态条件下仍能保持性能，并表现出较强的抗冰、抗腐蚀和抗生物污损能力[15]、[16]、[17]。许多研究已经在经过常规处理的金属基材上验证了SLIPS的效果，这些基材具有可控的表面形态。
例如，Zhang等人在经过机械抛光以获得光滑表面的传统加工不锈钢基材上制备了SLIPS，然后通过飞秒贝塞尔激光烧蚀生成微孔结构，用氟烷基硅烷进行表面改性，并注入润滑剂以实现防冰性能[18]。Sakuraba等人在传统加工的铝材上首先通过电化学阳极氧化生成纳米多孔氧化铝（AAO）层，该层作为润滑剂储存库并具有自修复功能，无需有机底漆[19]。在另一项实验中，他们首先通过电化学阳极氧化在商业铝合金基材上生成纳米多孔氧化铝层，然后用十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）进行表面改性，并注入硅油，创建了具有增强防冰性能的润滑剂填充多孔结构[20]。同样，他们在经过常规处理的镀锌钢基材上也制备了SLIPS，首先通过镍置换反应在锌涂层上生成分层微/纳米多孔结构，然后用氟烷基硅烷进行表面改性并注入氟化润滑剂，获得了具有耐用防冰和防腐蚀性能的表面[21]。在所有这些案例中，基材表面都来源于初始粗糙度较低的常规加工金属，并在注入润滑剂之前经过特意设计以形成可控的多孔形态。
尽管取得了这些进展，但将SLIPS与打印出的增材制造金属结合仍是当前研究中的一个关键空白。大多数现有研究使用的基材都经过机械抛光、研磨或阳极氧化处理，导致基材表面光滑，粗糙度通常低于2 μm。
L-PBF工艺生成的金属表面本身就具有较高的粗糙度。例如，打印出的L-PBF Ti6Al4V表面通常具有约8–12 μm的粗糙度（Sa），而AlSi10Mg表面的粗糙度通常更高，通常在20–25 μm之间，这是在任何表面改性或后处理之前的状态[11]、[22]。与之前SLIPS研究中使用的相对光滑或有序的多孔基材不同，这些增材制造的表面包含不规则的凸点、部分熔化的颗粒和非定向的表面特征。这种极端的表面纹理通常被视为润滑剂稳定性的挑战，因为不规则的凸点会导致液滴滞留和润滑剂快速消耗。因此，在这种不规则表面上稳定润滑剂需要工程化的毛细通道来改善润滑剂的限制和补充。
激光表面纹理处理提供了一种可扩展的、无需掩模的方法，通过在原始AM表面结构上形成明确的微通道网络来克服这些挑战。通过将不规则、非定向的表面特征转化为连续的、相互连接的毛细通道网络，激光纹理处理提高了润滑剂的限制能力和界面稳定性。虽然之前的研究利用激光诱导的微结构来调整传统金属的润湿性，但将这种方法应用于打印出的L-PBF合金的极端粗糙度，为利用其固有的孔隙率作为功能性润滑剂储存库提供了独特的机会[23]、[24]。
据我们所知，尚未有报道直接在未经抛光、研磨或化学表面改性的高度粗糙的打印L-PBF金属上制备SLIPS的方法。在本研究中，SLIPS是在未经任何基材抛光、平滑或化学蚀刻的打印Ti6Al4V和AlSi10Mg表面上直接制备的。我们系统地比较了纳秒和皮秒激光纹理处理的效果，以揭示微通道深度和连续性如何影响润滑剂的保持、耐久性和防冰性能。此外，该方法还应用于弯曲的三维AM部件，证明了其对实际几何形状的可扩展性。最终，这项工作通过解决SLIPS在极端环境中的关键耐久性和可制造性挑战，架起了金属增材制造和激光表面工程之间的桥梁。
