金屬光固化3D打印研究現狀
時間：2024-04-09 14:48 來源：工程科學學報 作者：嚴程銘, 薛程鵬 閱讀：次
作者：嚴程銘, 薛程鵬, 田光元, 楊智皓, 劉曉光, 王俊升.
來源：工程科學學報, 2023, 45(12): 2037
鏈接：http://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.25.004
通過對金屬光固化3D打印的研究結果和工藝流程進行總結，劃分了四種主要的實現途徑，即固化燒結法、固化鍍膜法、混合固化法和固化模具法，其中固化燒結法是制備金屬零件的主要方法，固化鍍膜法常用于制備精密電磁設備元件，而混合固化法通常直接固化漿料而無需經過燒結使零件一步成型；歸納了金屬光固化3D打印所使用的光敏樹脂成分和所制備零件的性能；指出了該技術目前發展還存在漿料中金屬與聚合物性質差異、工藝參數研究不足、光敏樹脂配方較少等亟待解決的關鍵科學問題；從研究工藝參數對零件性能的影響、開發新型光敏樹脂配方和發明更適用于金屬光固化3D打印的設備方面展望了其未來的發展方向.
“增材制造”一詞在2009年的美國材料實驗協會(ASTM)標準中被確切定義[1]，原材料在打印過程中通常是層層堆積成型，這有別于減材制造[2]. 增材制造又稱為3D打印(3DP)，是一種通過3D模型數據制造復雜外形物體的快速成型技術. 計算機技術的出現與結合使材料的快速成型成為可能，其中在CAD軟件中繪制的圖形，由打印物的信息切片層來近似組成[3]. 與傳統技術相比，3D打印具有可制造復雜幾何形狀、節約材料、設計靈活和個性化定制等多個優點.
從20世紀80年代至今[4]，3D打印具有多種工藝形式，其制造物體的方式、工作原理和使用的材料存在差異[5]. 3D打印技術主要包括熔融沉積成型(Fused deposition modeling , FDM)[6]、激光選區燒結(Selective laser sintering, SLS)[7]、激光選區熔化(Selective laser melting, SLM)[8]、立體光固化(Stereolithography, SLA)[9]和黏結劑噴射(Binder jetting, BJ)等[10]. 該技術通常通過熔化固體材料來堆積物體或將液體材料固化成層. FDM使用熱塑性聚合物連續長絲制造物體[6]，長絲在噴嘴處受熱熔化，凝固成層并堆疊成型，通過可移動擠出頭和支撐層可實現自由形狀打印. SLS是一種基于粉末的層狀增材制造工藝[7]，粉末被鋪設在已成型的層上，通過高能激光束燒結成型. SLM利用激光逐層熔化、熔合選定區域粉末[8]，原理與SLS類似[11]. SLA基于光固化反應打印物體[9]，通過紫外光選擇性照射液面，配合升降臺的移動使樹脂逐層固化成型. BJ是一種成型率較高的粉末增材制造技術[10]，通過反向旋轉的輥鋪粉，再由噴頭將黏結劑噴涂到粉層上，最后完成固化過程.
1金屬3D打印
金屬材料由于具有良好的機械強度、導熱導電性、耐久性和可加工性等優點，在航空航天[12]、汽車[13]、船舶[14]、軍工[15]、電子[16]、醫療[17]、機械[18]、建筑[19]和首飾[20]等領域得到了廣泛應用. 傳統的金屬材料加工成型方法都是基于模具和減材制造，往往無法制造出形狀復雜、結構精密的零件，而3D打印技術為解決該問題提供了新思路.
金屬3D打印的原材料通常是金屬粉末、絲材等，受外部熱源影響熔化并逐層成型完成打印. 根據熱源的不同[21]，金屬3D打印技術可分為激光增材制造、電子束增材制造和電弧增材制造等[22]，其共同優點是成型速度快. 然而，不同金屬的熔點差異較大，引入熱源不可避免地帶來凝固過程中溶質再分配，從而導致最終化學成分偏析.
依據2012年的ASTM標準[23]，金屬3D打印技術包括粉末床熔融(Powder bed fusion, PBF)[24]、直接能量沉積(Direct energy deposition, DED)[25−26]、薄片層疊(Sheet lamination, SHL)[27]和黏結劑噴射[28]，表1簡述了相關特點. 金屬3D打印在近些年受到了研究者的廣泛關注，在新型零部件的設計和制造方面取得了重大進展. 然而，由于打印質量、后處理、材料利用率、幾何精度、零件尺寸等方面的不足，金屬3D打印的應用一直受限制[29].
2光固化3D打印
光固化3D打印技術以光聚合反應為基礎，利用數字信號控制紫外光(UV light)選擇性地固化光敏樹脂，逐層堆積成型，其優勢在于打印精度高、表面質量好、原料利用率高和能耗小[30]. 由于紫外光在空間上可控，而光敏樹脂僅在紫外光照射的區域固化，未照射的區域仍保持液態，因此可以簡單地完成固液分離，保證高精度打印. 光聚合反應的原理是光敏樹脂受到特定波長的紫外光照射，發生交聯、聚合，最終轉變為固態. 光敏樹脂包含多種成分，如低聚物(Oligomer)、光引發劑(Photoinitiator)和分散劑(Dispersant)等[31]，表2簡述了其作用.
在目前的3D打印技術中，光固化3D打印使用最成熟，也最早實現商業應用. 1986年，Hull博士首先發表光固化成型專利[32]. 1988年，光固化3D打印機問世并被投入商用[33]. 經過30多年的發展，光固化3D打印技術不斷豐富，如立體光固化（SLA）、數字光處理(Digital light processing, DLP)、液晶顯示(Liquid crystal display, LCD)、連續液面制造(Continuous liquid interface production , CLIP)和雙光子聚合(Two-Photon polymerization, TPP)等[34]. 其中，SLA和DLP已經應用成熟. SLA技術誕生于1986年[32]，打印過程中紫外光通過點掃描的方式照射光敏樹脂，根據層切片的圖案使其固化并堆疊成形. 經過多年的發展，SLA所使用的材料從聚合物擴展到復合材料[35]、陶瓷[36]以及金屬[37]. 該技術發展成熟、工藝流程穩定、設備廠商眾多，是目前唯一允許制造大尺寸物體的光固化工藝[34]. 然而，光束的移速決定固化速度，導致打印速率低下；同時，光束的大小決定分辨率，限制打印物精度. 盡管如此，其分辨率也能夠支持復雜精密結構的打印[38]. 1996年，DLP技術在3D打印得到應用[38]. 數字微鏡裝置(Digital micro-mirror device, DMD)是工藝中的核心部件[39−40]，起動態掩模的作用，可以與圖像處理、光源等器件等相結合，快速投影高質量的彩色圖像[41]. 區別于SLA的點掃描，DLP以面掃描的方式照射樹脂. 如圖1（d）～（f）所示，樹脂通過投影層層固化，逐層堆疊完成打印. 該技術的最大優勢是高精度[42]，這也限制了投影大小，因此只能打印小尺寸的物體. 2015年出現了CLIP技術[43]. 如圖1（g）～（i）所示，這項技術的關鍵之處是使用了一種透氣膜作槽底，由于丙烯酸酯單體的氧阻聚效應使得與氧接觸的槽底樹脂無法固化，避免打印界面與槽底黏連，打印過程中無需剝離，從而實現連續打印. CLIP的突出優點在于超快的打印速度，相比DLP要快幾十倍. 顯然，作為一項新誕生的技術，其缺點在于透氣膜價格昂貴.
金屬光固化3D打印是一種新型的金屬3D打印方法，與目前的主流方法相比，不僅打印過程中的能耗更低，而且成型零件也具有更好的表面精度，不需要進行打磨等后加工步驟，可以實現真正意義上的增材制造.
3金屬光固化3D打印
3.1 實現途徑
金屬光固化3D打印技術是借助光固化技術進行金屬材料的增材制造. 2006年，有研究者通過光固化3D打印制備出金屬零件[44]，證明了將光固化技術應用于金屬3D打印的可行性. 該方案借鑒了目前陶瓷光固化3D打印技術的思路[45]，先將金屬粉末與光敏樹脂混合成漿料，經過紫外光固化為坯體后，再通過脫脂燒結的方式獲得金屬零件.
該途徑的關鍵技術參數包括：金屬粉末的尺寸、樹脂的種類、固相和液相的比例、漿料的均勻性和流變性以及光固化參數. 首先，金屬粉末尺寸較細時，燒結后的零件力學性能往往更優秀，但過細的尺寸也容易導致粉末團聚，難以均勻分散，進而影響零件性能. 選擇樹脂時需考慮與金屬粉末的適配性，比如對于活性金屬鎂、鋁等，應當排除含酸性基團的樹脂成分. 漿料應具備良好的均勻性和流變性，否則金屬粉末在漿料中分散不均勻，引起燒結過程中坯體各部位的體積收縮差異，進而導致開裂. 在漿料中，固相的體積比例應超過50%，以避免脫脂燒結步驟中劇烈的體積收縮[37]. 然而，固相比例過高則使得漿料黏度增大，不利于漿料的流變性. 金屬通常具有光澤，相比陶瓷存在更多反射光，折射行為更加復雜，固化深度與光固化效率也隨之受影響.
根據上述工藝流程，將其命名為固化燒結法. 除此之外，金屬光固化3D打印還有其他實現途徑，如固化鍍膜法、混合固化法和固化模具法等.
3.1.1 固化燒結法
固化燒結法通過混合光敏樹脂和金屬粉末組成漿料，經過光照固化成型為生坯，最后在高溫環境下脫脂、燒結而制備零件. 目前，在金屬光固化3D打印的實現途徑中，固化燒結法是用于制造金屬零件的主要方法，其工藝流程如圖2所示. 與其他金屬光固化3D打印的實現途徑相比，固化燒結法出現最早，但一直發展緩慢，直到最近幾年才出現較多新研究成果.
3D打印技術在精密結構的創建方面有著巨大優勢，為獲取高集成度電路提供了新思路，因此研究者們將固化燒結法用于制備復雜導電結構. 2006年，Lee等[44]率先研究了金屬粉末的微立體光固化技術，通過開發新型金屬−光敏樹脂漿料，利用固化燒結法將銅粉打印成三維微結構導電材料. 結果表明，燒結后導電微結構的收縮率為22%～28%，電阻率為200～300 nΩ·m，與其他金屬的導電性相接近. 該研究首次實現了利用微立體光固化技術制造導電材料. 借助金屬前驅體也能夠實現金屬電路成型，金屬前驅體在漿料組分中代替金屬粉末的位置，經過光還原、熱還原等處理而原位形成納米金屬顆粒，其中硝酸銀最為常見. Xiao等[46]設計了雙光源光固化工藝，對硝酸銀漿料進行數字光處理，并由激光的選擇性照射實現銀納米顆粒的原位生成和燒結，打印出銀電路. 該工藝克服了電子3D打印對材料的需求困難，通過改變原料配方和打印參數，將材料的電阻率降低至6.12 μΩ·m. Wang等[47]開發了一種可見光吸收能力較強的光敏金屬前驅體，在比正常打印所需光照強度低兩個數量級的情況下制備了復雜二維導電結構，如圖3(f)所示. 結果表明，光敏金屬前驅體可在45～290 mW·cm−2的低強度激光照射下被有效地光還原為銀納米顆粒，所打印的導電結構呈現出5 μm寬的細小尺寸和優秀的導電能力.
基于光固化3D打印在成型自由度上的優勢，研究人員也將固化燒結法用于鋼、鈷、鋁合金等高強度部件的一步成型. 如圖3(a～c)所示，Wang等[48]將墨水直寫技術與光固化技術相結合，制備了具有齒輪、雪花等外形復雜且表面質量良好的高速鋼零件，通過優化漿料配比和打印參數，使坯體在燒結過程中發生均勻的體積收縮，燒結后的高速鋼致密度高達98.2%. 碳化鎢−鈷硬質合金具有比鋼更優秀的機械性能而成為切割應用刀具的主材料，但常規加工方法存在外形限制，而激光增材制造會引入缺陷. 由此，Bartolo和Gaspar[37]借助高強度樹脂對金屬鈷的光固化3D打印進行探索，結果表明提高光照強度和光引發劑濃度會加快固化反應速率，固含量的增加會使漿料黏度變大，打印件性能較差. Rieger等[49]開發了一種適用于固化燒結法的碳化鎢−鈷漿料，發現漿料具有良好的流變性與穩定性，但碳化鎢和鈷顆粒的強吸收效應導致打印件存在缺陷（圖3(e)）. 該團隊的后續研究表明，合金的特定性能必須通過精確控制的熱處理工藝獲取，漿料的低固含量導致了缺陷，由此降低了合金的維氏硬度和斷裂韌性[50]. 輕質高強鋁合金在航空和汽車等工業領域有關鍵應用，其復雜部件的增材制造技術主要依靠激光和電子束，這帶來了大量孔隙、裂紋和粗糙表面等缺陷. Zhang等[51]探索了輕質高強鋁合金部件的光固化3D打印，通過聚苯乙烯(PS)對超細鋁合金(AlSi10Mg)粉末表面改性，使漿料能夠支持蜂窩形坯體的光固化成型，并在燒結后表現出表面質量高且層間結合緊密的優點（圖3(d)）.
來源：工程科學學報, 2023, 45(12): 2037
鏈接：http://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.25.004
通過對金屬光固化3D打印的研究結果和工藝流程進行總結，劃分了四種主要的實現途徑，即固化燒結法、固化鍍膜法、混合固化法和固化模具法，其中固化燒結法是制備金屬零件的主要方法，固化鍍膜法常用于制備精密電磁設備元件，而混合固化法通常直接固化漿料而無需經過燒結使零件一步成型；歸納了金屬光固化3D打印所使用的光敏樹脂成分和所制備零件的性能；指出了該技術目前發展還存在漿料中金屬與聚合物性質差異、工藝參數研究不足、光敏樹脂配方較少等亟待解決的關鍵科學問題；從研究工藝參數對零件性能的影響、開發新型光敏樹脂配方和發明更適用于金屬光固化3D打印的設備方面展望了其未來的發展方向.
“增材制造”一詞在2009年的美國材料實驗協會(ASTM)標準中被確切定義[1]，原材料在打印過程中通常是層層堆積成型，這有別于減材制造[2]. 增材制造又稱為3D打印(3DP)，是一種通過3D模型數據制造復雜外形物體的快速成型技術. 計算機技術的出現與結合使材料的快速成型成為可能，其中在CAD軟件中繪制的圖形，由打印物的信息切片層來近似組成[3]. 與傳統技術相比，3D打印具有可制造復雜幾何形狀、節約材料、設計靈活和個性化定制等多個優點.
從20世紀80年代至今[4]，3D打印具有多種工藝形式，其制造物體的方式、工作原理和使用的材料存在差異[5]. 3D打印技術主要包括熔融沉積成型(Fused deposition modeling , FDM)[6]、激光選區燒結(Selective laser sintering, SLS)[7]、激光選區熔化(Selective laser melting, SLM)[8]、立體光固化(Stereolithography, SLA)[9]和黏結劑噴射(Binder jetting, BJ)等[10]. 該技術通常通過熔化固體材料來堆積物體或將液體材料固化成層. FDM使用熱塑性聚合物連續長絲制造物體[6]，長絲在噴嘴處受熱熔化，凝固成層并堆疊成型，通過可移動擠出頭和支撐層可實現自由形狀打印. SLS是一種基于粉末的層狀增材制造工藝[7]，粉末被鋪設在已成型的層上，通過高能激光束燒結成型. SLM利用激光逐層熔化、熔合選定區域粉末[8]，原理與SLS類似[11]. SLA基于光固化反應打印物體[9]，通過紫外光選擇性照射液面，配合升降臺的移動使樹脂逐層固化成型. BJ是一種成型率較高的粉末增材制造技術[10]，通過反向旋轉的輥鋪粉，再由噴頭將黏結劑噴涂到粉層上，最后完成固化過程.
1金屬3D打印
金屬材料由于具有良好的機械強度、導熱導電性、耐久性和可加工性等優點，在航空航天[12]、汽車[13]、船舶[14]、軍工[15]、電子[16]、醫療[17]、機械[18]、建筑[19]和首飾[20]等領域得到了廣泛應用. 傳統的金屬材料加工成型方法都是基于模具和減材制造，往往無法制造出形狀復雜、結構精密的零件，而3D打印技術為解決該問題提供了新思路.
金屬3D打印的原材料通常是金屬粉末、絲材等，受外部熱源影響熔化并逐層成型完成打印. 根據熱源的不同[21]，金屬3D打印技術可分為激光增材制造、電子束增材制造和電弧增材制造等[22]，其共同優點是成型速度快. 然而，不同金屬的熔點差異較大，引入熱源不可避免地帶來凝固過程中溶質再分配，從而導致最終化學成分偏析.
依據2012年的ASTM標準[23]，金屬3D打印技術包括粉末床熔融(Powder bed fusion, PBF)[24]、直接能量沉積(Direct energy deposition, DED)[25−26]、薄片層疊(Sheet lamination, SHL)[27]和黏結劑噴射[28]，表1簡述了相關特點. 金屬3D打印在近些年受到了研究者的廣泛關注，在新型零部件的設計和制造方面取得了重大進展. 然而，由于打印質量、后處理、材料利用率、幾何精度、零件尺寸等方面的不足，金屬3D打印的應用一直受限制[29].
表 1 金屬3D打印技術
2光固化3D打印
光固化3D打印技術以光聚合反應為基礎，利用數字信號控制紫外光(UV light)選擇性地固化光敏樹脂，逐層堆積成型，其優勢在于打印精度高、表面質量好、原料利用率高和能耗小[30]. 由于紫外光在空間上可控，而光敏樹脂僅在紫外光照射的區域固化，未照射的區域仍保持液態，因此可以簡單地完成固液分離，保證高精度打印. 光聚合反應的原理是光敏樹脂受到特定波長的紫外光照射，發生交聯、聚合，最終轉變為固態. 光敏樹脂包含多種成分，如低聚物(Oligomer)、光引發劑(Photoinitiator)和分散劑(Dispersant)等[31]，表2簡述了其作用.
表 2 光敏樹脂各組分作用
在目前的3D打印技術中，光固化3D打印使用最成熟，也最早實現商業應用. 1986年，Hull博士首先發表光固化成型專利[32]. 1988年，光固化3D打印機問世并被投入商用[33]. 經過30多年的發展，光固化3D打印技術不斷豐富，如立體光固化（SLA）、數字光處理(Digital light processing, DLP)、液晶顯示(Liquid crystal display, LCD)、連續液面制造(Continuous liquid interface production , CLIP)和雙光子聚合(Two-Photon polymerization, TPP)等[34]. 其中，SLA和DLP已經應用成熟. SLA技術誕生于1986年[32]，打印過程中紫外光通過點掃描的方式照射光敏樹脂，根據層切片的圖案使其固化并堆疊成形. 經過多年的發展，SLA所使用的材料從聚合物擴展到復合材料[35]、陶瓷[36]以及金屬[37]. 該技術發展成熟、工藝流程穩定、設備廠商眾多，是目前唯一允許制造大尺寸物體的光固化工藝[34]. 然而，光束的移速決定固化速度，導致打印速率低下；同時，光束的大小決定分辨率，限制打印物精度. 盡管如此，其分辨率也能夠支持復雜精密結構的打印[38]. 1996年，DLP技術在3D打印得到應用[38]. 數字微鏡裝置(Digital micro-mirror device, DMD)是工藝中的核心部件[39−40]，起動態掩模的作用，可以與圖像處理、光源等器件等相結合，快速投影高質量的彩色圖像[41]. 區別于SLA的點掃描，DLP以面掃描的方式照射樹脂. 如圖1（d）～（f）所示，樹脂通過投影層層固化，逐層堆疊完成打印. 該技術的最大優勢是高精度[42]，這也限制了投影大小，因此只能打印小尺寸的物體. 2015年出現了CLIP技術[43]. 如圖1（g）～（i）所示，這項技術的關鍵之處是使用了一種透氣膜作槽底，由于丙烯酸酯單體的氧阻聚效應使得與氧接觸的槽底樹脂無法固化，避免打印界面與槽底黏連，打印過程中無需剝離，從而實現連續打印. CLIP的突出優點在于超快的打印速度，相比DLP要快幾十倍. 顯然，作為一項新誕生的技術，其缺點在于透氣膜價格昂貴.
圖 1 光固化3D打印工藝流程
(a～c) 立體光固化; (d～f) 數字光處理; (g～i) 連續液面制造
金屬光固化3D打印是一種新型的金屬3D打印方法，與目前的主流方法相比，不僅打印過程中的能耗更低，而且成型零件也具有更好的表面精度，不需要進行打磨等后加工步驟，可以實現真正意義上的增材制造.
3金屬光固化3D打印
3.1 實現途徑
金屬光固化3D打印技術是借助光固化技術進行金屬材料的增材制造. 2006年，有研究者通過光固化3D打印制備出金屬零件[44]，證明了將光固化技術應用于金屬3D打印的可行性. 該方案借鑒了目前陶瓷光固化3D打印技術的思路[45]，先將金屬粉末與光敏樹脂混合成漿料，經過紫外光固化為坯體后，再通過脫脂燒結的方式獲得金屬零件.
該途徑的關鍵技術參數包括：金屬粉末的尺寸、樹脂的種類、固相和液相的比例、漿料的均勻性和流變性以及光固化參數. 首先，金屬粉末尺寸較細時，燒結后的零件力學性能往往更優秀，但過細的尺寸也容易導致粉末團聚，難以均勻分散，進而影響零件性能. 選擇樹脂時需考慮與金屬粉末的適配性，比如對于活性金屬鎂、鋁等，應當排除含酸性基團的樹脂成分. 漿料應具備良好的均勻性和流變性，否則金屬粉末在漿料中分散不均勻，引起燒結過程中坯體各部位的體積收縮差異，進而導致開裂. 在漿料中，固相的體積比例應超過50%，以避免脫脂燒結步驟中劇烈的體積收縮[37]. 然而，固相比例過高則使得漿料黏度增大，不利于漿料的流變性. 金屬通常具有光澤，相比陶瓷存在更多反射光，折射行為更加復雜，固化深度與光固化效率也隨之受影響.
根據上述工藝流程，將其命名為固化燒結法. 除此之外，金屬光固化3D打印還有其他實現途徑，如固化鍍膜法、混合固化法和固化模具法等.
3.1.1 固化燒結法
固化燒結法通過混合光敏樹脂和金屬粉末組成漿料，經過光照固化成型為生坯，最后在高溫環境下脫脂、燒結而制備零件. 目前，在金屬光固化3D打印的實現途徑中，固化燒結法是用于制造金屬零件的主要方法，其工藝流程如圖2所示. 與其他金屬光固化3D打印的實現途徑相比，固化燒結法出現最早，但一直發展緩慢，直到最近幾年才出現較多新研究成果.
圖 2 固化燒結法工藝流程
3D打印技術在精密結構的創建方面有著巨大優勢，為獲取高集成度電路提供了新思路，因此研究者們將固化燒結法用于制備復雜導電結構. 2006年，Lee等[44]率先研究了金屬粉末的微立體光固化技術，通過開發新型金屬−光敏樹脂漿料，利用固化燒結法將銅粉打印成三維微結構導電材料. 結果表明，燒結后導電微結構的收縮率為22%～28%，電阻率為200～300 nΩ·m，與其他金屬的導電性相接近. 該研究首次實現了利用微立體光固化技術制造導電材料. 借助金屬前驅體也能夠實現金屬電路成型，金屬前驅體在漿料組分中代替金屬粉末的位置，經過光還原、熱還原等處理而原位形成納米金屬顆粒，其中硝酸銀最為常見. Xiao等[46]設計了雙光源光固化工藝，對硝酸銀漿料進行數字光處理，并由激光的選擇性照射實現銀納米顆粒的原位生成和燒結，打印出銀電路. 該工藝克服了電子3D打印對材料的需求困難，通過改變原料配方和打印參數，將材料的電阻率降低至6.12 μΩ·m. Wang等[47]開發了一種可見光吸收能力較強的光敏金屬前驅體，在比正常打印所需光照強度低兩個數量級的情況下制備了復雜二維導電結構，如圖3(f)所示. 結果表明，光敏金屬前驅體可在45～290 mW·cm−2的低強度激光照射下被有效地光還原為銀納米顆粒，所打印的導電結構呈現出5 μm寬的細小尺寸和優秀的導電能力.
圖 3 固化燒結法制備的金屬零件
(a～c) 雪花形, 齒輪形和磁鐵形的高速鋼; (d) 蜂窩形的AlSi10Mg; (e) 復雜形狀的WC−Co; (f) 銀圖案
基于光固化3D打印在成型自由度上的優勢，研究人員也將固化燒結法用于鋼、鈷、鋁合金等高強度部件的一步成型. 如圖3(a～c)所示，Wang等[48]將墨水直寫技術與光固化技術相結合，制備了具有齒輪、雪花等外形復雜且表面質量良好的高速鋼零件，通過優化漿料配比和打印參數，使坯體在燒結過程中發生均勻的體積收縮，燒結后的高速鋼致密度高達98.2%. 碳化鎢−鈷硬質合金具有比鋼更優秀的機械性能而成為切割應用刀具的主材料，但常規加工方法存在外形限制，而激光增材制造會引入缺陷. 由此，Bartolo和Gaspar[37]借助高強度樹脂對金屬鈷的光固化3D打印進行探索，結果表明提高光照強度和光引發劑濃度會加快固化反應速率，固含量的增加會使漿料黏度變大，打印件性能較差. Rieger等[49]開發了一種適用于固化燒結法的碳化鎢−鈷漿料，發現漿料具有良好的流變性與穩定性，但碳化鎢和鈷顆粒的強吸收效應導致打印件存在缺陷（圖3(e)）. 該團隊的后續研究表明，合金的特定性能必須通過精確控制的熱處理工藝獲取，漿料的低固含量導致了缺陷，由此降低了合金的維氏硬度和斷裂韌性[50]. 輕質高強鋁合金在航空和汽車等工業領域有關鍵應用，其復雜部件的增材制造技術主要依靠激光和電子束，這帶來了大量孔隙、裂紋和粗糙表面等缺陷. Zhang等[51]探索了輕質高強鋁合金部件的光固化3D打印，通過聚苯乙烯(PS)對超細鋁合金(AlSi10Mg)粉末表面改性，使漿料能夠支持蜂窩形坯體的光固化成型，并在燒結后表現出表面質量高且層間結合緊密的優點（圖3(d)）.
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