Student rzuca okiem na kilka metalowych wydrukowanych anten 3D dla pracy dyplomowej

W pracy zatytułowanej "Projektowanie komponentów mikrofalowych za pomocą bezpośredniego spiekania laserowego", student Deepwater Shamvedi z Waterford Institute of Technology omawia wykorzystanie drukowania 3D do wytwarzania kilku elementów mikrofalowych, w tym pierwszej w historii metalowej anteny Sierpińskiego z uszczelką 3D, z wieloma charakterystykami rezonansu. Shamvedi wybrał antenę uszczelniającą Sierpińskiego ze względu na swoją złożoność, dążąc do "przesunięcia granic druku 3D metalu".

Antena została wydrukowana w 3D przy użyciu maszyny EOSINT M280 i stopu tytanu o nazwie Ti-6Al-4V .

"Zgodnie z zasadami druku 3D, należy przyznać, że nawet jeśli fraktal Sierpińskiego może wyglądać zwyczajnie, ale jednocześnie jest złożony," stwierdza Shamvedi. "Składa się on z układu ułożonych piramid jedna na drugiej, tworząc geometrię 3D. Zastosowano prostopadłościenną, miedzianą płaszczyznę PCB płytki o wymiarach 160 mm x 100 mm o grubości 1 mm, która służyła jako skończona płaszczyzna uziemienia do nadrukowanej anteny. "

Ponieważ drukowana wersja 3D nie można było uzyskać anteny za pomocą nieskończenie małych połączeń, Shamvedi musiał ją wydrukować w orientacji do góry nogami o minimalnej średnicy podstawy 1,90 mm (0,95 mm w promieniu podstawowym). Ta wartość została wybrana do uzyskania projektu 3D bez metalowego opadającego. Średnica podstawy również musi być wystarczająco duża, aby ułatwić lutowanie w razie potrzeby. Podstawowa średnica anteny uformowała się w kształt pierścienia, dzięki czemu efekt działania anteny RF, zwiększający lub zmniejszający szerokość pierścienia, został nazwany "efektem szerokości pierścienia".

Wymagane były struktury wsparcia; aby ułatwić ich usunięcie, Shamvedi dodał małe dziury w projekcie CAD podpór. Po wydrukowaniu anteny 3D, została ona poddana rygorystycznej procedurze przetwarzania końcowego w celu usunięcia podpór i zmniejszenia chropowatości powierzchni elementu. Antena została następnie zamontowana na obwodzie zasilającym w celu pomiaru RF, które zostały przeprowadzone po każdym etapie obróbki końcowej, w tym na mokro i polerowania, w celu oceny wpływu chropowatości powierzchni na działanie anteny.

"Z uzyskanych wyników zwiększona chropowatość powierzchni zwiększa losowe rozproszenie fal elektromagnetycznych; w związku z tym zwiększenie rezystancji RF, co dodatkowo zmniejsza wzmocnienie anteny "wyjaśnia Shamvedi. "Wydajność anteny RF została zmierzona i stwierdzono, że jest w dobrej zgodności z wynikami symulacji, pod względemcharakterystyka przepustowości i promieniowania. "

Shamvedi także wydrukował 3D antenę monokonalną i zintegrował z nią nadajnik N, tworząc monolityczną strukturę. Wydaje się, że drukowanie w 3D powoduje powstawanie drobnych detali i wytrzymałych komponentów o niskiej chropowatości powierzchni. Monolityczna struktura może również zapewniać lepsze właściwości mechaniczne niż klej lub lut. Pomimo pewnych wyzwań, Shamvedi był w stanie wyprodukować działający prototyp anteny wydrukowanej w 3D, a zmierzone wyniki RF dla anteny okazały się zgodne z wynikami symulacji CST.

Shamvedi następnie porównał wydajność trzech metalowych anten drukowanych w 3D do anten polimerowych. Metalowa antena sieciowa z nadrukiem 3D ma wyższy stosunek wytrzymałości do masy niż metalowa antena polimerowa. Zbadał również wpływ chropowatości powierzchni na trójwymiarową metalową antenę tubową i zbadał drukowanie 3D jako środek poprawiający działanie anteny tubowej w paśmie X, przy czym głównym celem była redukcja bocznych płatków. Wreszcie, 3D wydrukował sztuczny soczewkę dielektryczną do zastosowań, w tym 5G CD3D .