3D打印技術可成功實現軍民用雷達制造
研究人員已找到一種能制造生產雷達重要零部部件的新方法。現有一種先進的3D打印機可通過導電墨水制造出能過濾電磁輻射的電子裝置。水平管采用一臺真空吸塵器去除多余墨水。采用新型印刷工藝可以更低的成本,制造生產出各種電子裝置,同時產生更多的形態。
我們現在可以將雷達技術,加到那份可運用3D打印技術制造的奇怪但有使用價值的物件清單中。將復雜精密的雷達系統電子設備打印到塑料制品上將大大降低系統成本,增加其用途。這不僅對軍事領域大有好處,而且也可用于多種民用領域,例如天氣監測雷達和自動駕駛汽車。但打印這種能處理高頻率無線電波的電子設備面臨一項重要的挑戰:研制具備準確電氣性質的新型“墨水”。
馬薩諸塞大學——洛厄爾實驗室(由雷神公司贊助)的研究員人員稱,他們找到了一個有效解決方案:一種新型的“功能性墨水”。
他們采用這種墨水打印出的設備,在調準后,可產生或檢測特定頻率的無線電波(雷達的一種基本性能)。雷達系統的運作過程是先傳輸無線電波,然后在電波擊中標的物體后返回路徑中的信號。
新型墨水是打印特定類型的電容器(稱為變壓電容器或變容管)。研究人員相信這是首個全打印變容管。變容管是軍用雷達系統、汽車避撞系統、手機塔中使用的特定可調諧電子裝置的基本電子元器件。
移相器是這些裝置之一,能以電子方式操縱相控陣雷達系統的波束。因新型墨水的研發而得以打印制作的另一個裝置是選頻面,本質上是一種可阻斷特定頻率的電磁輻射或允許輻射通過的過濾器。此類過濾器能阻止某些不需要的輻射干擾雷達系統,也可用于在某個特定環境中架設屏障如醫院等。
雷神馬薩諸塞州大學-洛厄爾研究所(Raytheon UMass-Lowell ResearchInstitute)的主任之一克里斯托弗·麥卡羅說,通過打印技術制作這些系統可最終降低制造工藝成本,提高制造速度。存在的瓶頸是高性能的電子裝置一般采用高溫制造的材料,而這種高溫制造方式并不適用于塑料制品。
研究人員已經開發出含有金屬納米粒子的導電墨水,可在相對較低的溫度下進行處理。用于制作雷達系統使用的可調諧裝置的墨水必須含有具備特定電氣性質的材料,此等電氣性質應能通過施加電壓予以調節。
由雷神公司和馬薩諸塞州大學——洛厄爾實驗室研究人員研發的墨水由懸浮在熱塑性聚合物中的此類材料微粒構成。這種新型墨水能在兼容特定塑料的低溫下打印和硬化。
該研發團隊目前采用氣霧噴射打印機制作這兩種設備。此類打印機通過氣體流準確放置由銀制成的導電墨水,并通過另一臺依賴于微小振動的打印機配置新型墨水。
一臺打印機正通過配置一層層的功能性墨水制作選頻面
研究人員仍在對材料和設備設計進行實驗,同時正試圖找到能將打印制作而成的設備裝置與高性能電腦芯片相結合的方式。
麥卡羅說,他的“夢想”是打印出整個雷達系統,但短期目標是,開發出能采用打印方式和傳統方式制作的元件構造完整雷達系統的有效工藝。
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