膜分离技术因分离效率高、能耗低、过程无相变等特点，已广泛应用于石油化工、生物医药、海水淡化、污废水处理等领域[1,2,3].分离膜是膜分离技术的核心，其物理结构与化学组成决定了膜分离过程的分离选择性与效率[4].为了提升分离效率、拓展应用领域、优化分离膜制备过程，实现分离膜物理结构与化学组成的精确调控，甚至分离膜的定制化加工是关键.

传统的有机分离膜制备方法主要包括制备超滤、微滤等多孔分离膜的相转化法[5,6]与制备纳滤、反渗透等薄层复合分离膜的界面聚合法[7,8,9]等.制备无机膜传统方法包括固态粒子烧结法[10,11]与溶胶凝胶法[12,13]等.通过材料的优选与工艺的优化，研究者们已在一定程度上实现对分离膜结构与组成的调控[14,15,16].然而，分离膜的成型过程受到如相转化过程中溶剂与非溶剂的交换、界面聚合过程中水油两相单体的扩散与反应、固态粒子烧结过程中粒子堆叠状态及溶胶凝胶过程中的凝胶生成等因素影响，对分离膜物理结构与化学组成更精确的调控仍存在难度.

增材制造技术(AM)又称数字制造技术或3D打印技术，不同于传统的减材制造，可通过数字模型的设计与原料的累加，实现复杂结构产品的直接成型.该技术具有设计灵活、无需模具、成型快速、原料利用率高等特点，在精密零件、分离膜、医疗器械等精细结构产品的定制化加工方面具有广阔的应用前景.本文通过对增材制造技术的介绍及对增材制造技术在膜结构精细调控方面研究进展的综述，为分离膜结构的精细调控以及具有特殊结构分离膜的定制化生产提供参考.

增材制造技术采用计算机辅助设计定制产品数字化模型，结合原料的累加固化，实现具有复杂结构产品的加工与制造(如表1、图1).加工过程可分为：(1)计算机辅助的产品数字化模型建立；(2)数字化模型切片成可加工命令；(3)依照切片文件在X-Y平面完成原料添加与固化，实现X-Y平面的产品切片加工；(4)在Z轴重复步骤(3),逐层累积原料，直至获得成品[17].

光聚合成型(Vat photopolymerization, VP)是指以激光、紫外线或自然光等引发一定区域内液态单体或低聚物固化成型为特定结构的成型策略[18].操作方式包括立体光刻[Stereolithography, SLA, 图1(a)]、双光子聚合[Two-photon polymerization, TPP, 图1(a)]及数字光处理[Digital light processing, DLP, 图1(b)]等.

粉末床融合(Powder bed fusion, PBF)是指利用激光或粘合剂连续逐层固定粉末为特定结构的成型策略.操作方式包括选择性激光烧结[Selective laser sintering, SLS, 图1(c)]、选择性激光熔融[Selective laser melting, SLM, 图1(c)]、电子束熔融[Electron beam melting, EBM, 图1(c)]及粘接剂喷射[Binder jetting, BJ, 图1(d)]等.粉末床融合成型被认为是增材制造领域最具增长潜力的制造策略[19,20].

墨水直写[Direct ink writing, DIW, 图1(e)]是指原料墨水在受控流速下连续从针头挤出，按一定程序逐层累积固化成型为特定结构的成型策略[21,22].DIW成型过程无需光辐射，常温下便可进行，可加工原料范围广，已在精细制造领域显示出巨大潜力.

喷墨打印[Ink jet printing, IJP, 图1(f)]是指将含有原材料的墨水直接喷出，沉积成型为特定结构的成型策略.静电喷涂技术[Electrospray, ES, 图1(g)]是一类特殊的喷墨打印增材制造技术.其原理是利用电晕放电原理雾化原料溶液，并在高压直流电场作用下涂覆于基底X-Y平面，通过对喷涂工艺调节实现对X-Y平面结构的调控.

熔融沉积成型[Fused deposition modeling, FDM, 图1(h)]是指将低熔点热塑性材料通过挤压头加热熔化成液体挤出，在X-Y平面沉积固化，最终形成具有精密结构产品的成型策略[23].FDM技术可应用于具复杂结构精密部件的制造.

叠层实体制造[Laminated object manufacturing, LOM, 图1(i)]是指使用激光束依数字信息在单面涂有热溶胶箔材构成的X-Y平面上切割成相应结构，通过加热装置在Z轴叠加加工平面形成具有精密结构产品的成型策略.该技术相对较为成熟，已应用于汽车零件制造、工程模型加工等领域[24,25].

增材制造技术与膜分离技术的结合始于膜组件的优化设计[35].通过具有螺旋丝结构[36]、多层结构[37]、非对称结构[38]、类静态混合器结构等[39]进水隔网的设计加工，将隔网的实验验证与流体力学模拟相结合，该技术已促进并推动了膜组件优化设计方面的研究.将该技术与膜制备方法结合，初步实现了分离膜的制备与结构调控，但两者的结合仍需综合考虑增材制造技术的分辨率与加工精度、制造尺寸、加工速率、材料选择、产品机械性、支撑材料选择及加工成本等因素[40].

增材制造技术在分离膜结构调控方面的突破始于对分离膜表面结构的调节.Seo等[41]将立体光刻技术与离子交换膜的制备过程相结合，制备了一系列表面图案化的阴离子交换膜，降低了阴离子交换膜的离子电导率.该工作在不改变膜化学组成的前提下，仅通过表面图案的构筑便实现了膜离子交换性能的提升，为离子交换膜的制备与性能调节提供了优化策略.Geng等[42]和Wang等[43]将静电喷涂技术与表面涂覆技术结合，在超滤膜表面构筑聚多巴胺表面涂层，克服传统聚多巴胺浸涂式改性时间长、改性层结构与组成不易控制、产生有机废水等问题，实现了对超滤膜分离性能的调节.

选择性激光烧结技术具有微米尺度的加工精度，适合同样具有微米尺度结构多孔膜的制备.Yuan等[44]将该技术与固态粒子烧结过程相结合，采用激光直接烧结聚砜颗粒的方式，突破了传统固态粒子烧结法在膜结构调控方面的瓶颈，构筑了具有三层梯度结构的聚砜多孔膜，实现了有机分离膜结构与性能的调控.

2018年，Chowdhury等[45]与Ma等[46]各自将静电喷涂技术与界面聚合过程相结合，为薄层复合纳滤/反渗透膜分离层结构的精细调控提供了新策略与新思路.基于静电喷涂技术的界面聚合过程，利用电晕放电将水油两相雾化为微米尺度的微液滴，将传统宏观的两相反应转化为无数个微米尺度的微元反应，从而实现对聚酰胺分离层结构更精细的调控.上述两个团队通过对界面聚合反应单体浓度的控制、Z轴方向累加程度的调节等，实现了具有光滑表面结构及厚度从4 nm至几十纳米可调的聚酰胺分离层的可控构筑.此后，基于静电喷涂的界面聚合薄层复合膜制备研究得到了广泛关注.Ma等[47]将碳纳米管引入静电喷涂界面聚合反应体系，实现了碳纳米管在分离层中的均匀分布，显著提升了薄层复合膜的水渗透性能.Yang等[48]将Span 80引入界面聚合反应体系，利用静电喷涂界面聚合技术构建具有Span 80插层结构的聚酰胺复合纳滤膜，实现了对分离层厚度、表面粗糙度纳米级的精确调控.

研究者又将静电喷涂技术与表面交联发分离层制备过程结合.Geng等[49]将宏观尺度聚乙烯醇、聚多巴胺与戊二醛间的交联反应转化为微元反应，在聚醚砜超滤膜表面实现了精细结构可控的纳滤分离层的构筑.张晟宁等[50]针对聚乙烯亚胺与戊二醛的交联反应，通过调节反应液浓度、Z轴累积时间等调控了纳滤分离层表面形貌与厚度等精细结构.

目前增材制造与有机分离膜制备的结合更多集中于喷墨打印类技术在膜表面超薄分离层/功能层的构筑方面.提升喷墨打印类技术的加工精度，开发更多可与膜制备过程结合的增材制造技术，将有助于进一步增强对分离膜结构与组成的调控.

通过陶瓷材料的增材制造可实现无机分离膜的表面图案化与表面改性.Lyu等[51]采用墨水直写技术，以氧化铝颗粒、F127的混合水溶液为“墨水”,在梯度结构氧化铝陶瓷膜表面构筑结构可控的条纹状流道(图2),显著提升了膜的水渗透通量稳定性与耐污染性.Dong等[52]采用双光子聚合技术在陶瓷膜表面构筑了具有特殊微纳复合结构的微柱阵列，提升了陶瓷材料在耐污染、抗污染粘附、防冻等方面的性能.Ye等[53]采用数字光处理技术在多孔氧化铝陶瓷膜表面构筑了波浪线、半圆柱线、三角形线等一系列微细图案，改善了多孔陶瓷膜的分离性能与抗污能力.

无机材料通常具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点，其产品加工成型过程可耐受更极端条件.Liu 等[54]将光聚合成型技术与固态粒子烧结过程结合，以氧化铝颗粒、光敏树脂等的混合物为浆料，采用光聚合成型技术得到胚体膜，再经高温烧结得到氧化铝多孔膜.光聚合技术可快速固化胚体膜，提升胚体膜的机械强度，避免干燥过程中缺陷的产生，在显著减少多孔膜缺陷的同时缩短了干燥时间，提升了无机膜的制备效率.该团队还采用类似喷墨打印技术的方法，在多孔氧化铝膜表面喷涂含α-Al2O3颗粒的浆料构建胚体，并烧结制备得到氧化铝微滤膜[55].喷墨打印技术的引入可在无中间层保护的情况下有效控制α-Al2O3颗粒对多孔氧化铝基膜的渗透堵孔，显著提升所制备氧化铝微滤膜的渗透性.Chen等[56]则采用数字光处理技术制备具有复杂结构的氧化铝膜，并与原位生长法结合进一步在表面生长超亲水硼酸铝晶须，得到具有优异油水分离性能的无机膜.

增材制造技术与无机膜制备过程的结合更多集中在基于固态粒子烧结过程的多孔无机分离膜的制备方面，提高该技术的加工精度将有助于提升对所制备多孔无机分离膜孔结构的精确调控.

将增材制造技术应用于膜分离技术领域，通过将增材制造与膜表面改性相结合，可实现膜表面精细结构的构筑，显著提升改性膜的分离性能；通过将增材制造与界面聚合、表面交联等方法相结合，可一定程度上克服传统分离层制备过程中结构与组成难以精准调控的问题，为高性能纳滤/反渗透膜的制备提供新策略；通过将增材制造与固态粒子烧结法相结合，可减少多孔膜制备过程中缺陷的产生，实现对孔结构的调节.

然而，增材制造技术与分离膜精细结构调控过程的结合仍处于起步阶段，通过两者结合方式的改进与优化，有望进一步突破传统制膜方法的限制，解决分离膜制备领域的难题，实现对膜结构更精细化的调控：(1)选择合适的增材制造技术与相转化过程相结合，突破孔径分布窄有机多孔膜制备难题；(2)通过对静电喷涂技术的深入研究与工艺优化，进一步提升其对界面聚合过程调控的精确度；(3)开发具有纳米尺度加工精度的增材制造技术与纳滤/反渗透膜的制备过程相结合，在纳米尺度调节分离层结构与组成；(4)将增材制造技术与溶胶凝胶法相结合，调控凝胶生成反应过程，实现对无机膜的可控制备；(5)将光聚合成型过程与材料聚合、有机分离膜成型相结合，实现从聚合物单体到分离膜的一次加工成型，并通过对聚合过程等的调节，实现分离膜精细结构的调控.