01 Johdanto
Keramiikan additiivinen valmistus (AM) mullistaa mikroaaltoelektroniikkakomponenttien suunnittelun ja tuotannon avaruusviestintäjärjestelmissä. Keramiikka on korvaamaton tällaisissa laitteissa niiden erinomaisten sähkömagneettisten ominaisuuksien, korkean lämpöstabiilisuuden ja erinomaisen mekaanisen lujuuden vuoksi. AM:n avulla keraamisten materiaalien muotoa ja mittoja voidaan ohjata tarkasti, jolloin ne täyttävät mikroaaltoelektroniikan tarkkuutta ja suorituskykyä koskevat tiukat vaatimukset. Lisäksi sähkömagneettisilla suojakomponenteilla on ratkaiseva rooli sähkömagneettisten häiriöiden vähentämisessä ja vakaan signaalinsiirron varmistamisessa. Lisäaineella valmistetun keramiikan käyttö tarjoaa uuden menetelmän optimoida eristyksen suorituskykyä ja parantaa suojauksen tehokkuutta.
Laser- ja elektronisädekäsittely
02 Additiivisesti valmistetut suodattimet
Keraamisilla materiaaleilla on erittäin korkea kemiallinen stabiilius ja korroosionkestävyys, minkä vuoksi ne sopivat pitkäaikaiseen{0}}käyttöön ankarissa ympäristöissä suodattimina. Lisäksi dielektristen materiaalien integrointi AM:n kanssa edistää monenlaisia dielektrisyysvakioita (εr). Sama dielektrinen materiaali voi saavuttaa erilaisia εr-arvoja muuttamalla parametreja, kuten aukon kokoa, geometriaa ja hierarkkista rakennetta. Tämä mahdollistaa keraamisten suodattimien räätälöinnin vastaamaan erityisvaatimuksia ja optimoi suodatuksen tehokkuuden ja tarkkuuden.
Yksi esimerkki on monoliittinen dielektrinen aaltoputkisuodatin, joka on valmistettu litografiaan{0}} perustuvalla keramiikkavalmistustekniikalla (LCM). Suodatin on suunniteltu toimimaan 11,5 GHz:n taajuudella 850 MHz:n kaistanleveydellä, ja se on valmistettu yksiosaisesta-dielektrisestä levystä, joka on hopeoitu-jäljittelemään perinteisen metallikotelon toimintoja. LCM-tekniikka tarjoaa suunnittelun joustavuutta ilman mukautettuja muotteja ja mahdollistaa tarkemman valmistuksen. Keraamisten rakenteiden metallointi hyödyntää keramiikan kestävyyttä korkeita lämpötiloja vastaan, korroosionkestävyyttä ja eristäviä ominaisuuksia yhdistäen ne metallien lujuuteen ja johtavuuteen suorituskyvyn optimoimiseksi.
Kuva 1.(a) Neljännen kertaluvun-dielektrinen aaltoputkisuodatin, (b) BPF, joka perustuu neljännen -kertaluvun puolipalloresonaattoriin, (c) C--kaistainen triplekserisuodatin.
Laser- ja elektronisädekäsittely
03 Additively Manufactured Resonators
Resonaattorit ovat elektronisia laitteita, jotka pystyvät värähtelemään vakaasti tietyillä taajuuksilla ja joita käytetään laajalti taajuuden generoinnissa ja signaalinkäsittelyssä. Mikroaalto- ja korkeataajuisia{1}}signaaleja käytetään yleisesti satelliittiviestinnässä ja tutkajärjestelmissä. Dielektristen resonaattorien korkea stabiilisuus ja korkea Q{3}}kerroin tekevät niistä ihanteellisia tällaisiin sovelluksiin.
Dielektristen resonaattorien toiminnallisuus perustuu dielektristen materiaalien vasteeseen sähkömagneettisiin aaltoihin. Näiden aaltojen etenemisnopeus määräytyy materiaalin εr:n mukaan, kun taas resonaattorissa käytetyn dielektrisen materiaalin koko, muoto ja ominaisuudet vaikuttavat sen resonanssitaajuuteen. AM:n avulla dielektriset resonaattorit voidaan suunnitella ja valmistaa pienikokoisiksi ja tehokkaiksi-erilaisten vaatimusten mukaan räätälöityiksi. Tämä optimoi tutkasignaalin etenemis- ja heijastusominaisuudet. Tällainen lähestymistapa mahdollistaa räätälöidyn, tarkemman ja kustannustehokkaamman{5}}dielektristen resonaattorien tuotannon.
Kuva 2.(a) Antennirakennekaavio, (b) tri-moodiresonaattori, (c) uniaksiaalinen anisotrooppinen dielektrinen resonaattoriantenni.
Laser- ja elektronisädekäsittely
04 Lisävarusteena valmistetut anturit
AM-anturit hyötyvät muokattavissa olevista ja monimutkaisista geometrioista ja arkkitehtuureista. Yhdistettynä keraamisten materiaalien pietsosähköisiin, lämpösähköisiin ja pietsoresistiivisiin ominaisuuksiin ne mahdollistavat korkean-tarkkuuden ja suuren{2}}suorituskyvyn anturisovellukset.
Pietsosähköiset keraamiset anturit, joille on tunnusomaista niiden ainutlaatuinen sähkömekaaninen kytkentäkäyttäytyminen, ovat yhä tärkeämpiä ilmailualalla. Ne tarjoavat tarkan paineen, lämpötilan ja tärinän valvonnan, ja niitä käytetään laajalti moottoreiden, runkojen ja muiden kriittisten ilmailukomponenttien käyttöolosuhteiden arvioimiseen.
Keramiikan luontaisen haurauden vuoksi joustavan keramiikan kehittämisestä on tullut keskeinen tutkimuksen painopiste. Tämän korjaamiseksi kehitettiin joustava keraaminen komposiittipaineanturi käyttämällä DLP AM:ää, jossa BaTiO3 yhdistettiin MWCNT:n kanssa valoherkässä hartsissa dielektrisen suorituskyvyn ja mekaanisen joustavuuden optimoimiseksi. Kuten kuvasta näkyy, tiimalasin-muotoinen jännitys-keskittymisrakenne on suunniteltu parantamaan herkkyyttä. Elementtianalyysit ja kokeet vahvistivat parantuneen lineaarisen herkkyyden laajalla painealueella, mikä osoittaa DLP:n toteutettavuuden korkean suorituskyvyn{6}}joustavissa antureissa.
Kuva 3.(a) Joustava kapasitiivinen paineanturi, (b) joustavat pietsosähköiset komposiitit ja kaavio pienestä robotista.
Laser- ja elektronisädekäsittely
05 Johtopäätös
Keramiikan lisävalmistus mahdollistaa keraamisten ominaisuuksien, kuten korkean lämmönkestävyyden, alhaisen lämmönjohtavuuden ja erinomaisen sähkömagneettisen suojauksen, mukauttamisen, mikä tekee niistä ihanteellisia ilmailu- ja avaruussovelluksiin, mukaan lukien viestintäjärjestelmät, tutka ja lämpösuojaus. Perinteiseen valmistukseen verrattuna AM tarjoaa merkittäviä etuja monimutkaisille keraamisille komponenteille, mikä tarjoaa enemmän suunnittelun joustavuutta monimutkaisten geometrioiden ja kevyiden rakenteiden luomiseen. Tämä on erityisen arvokasta ilmailualalla, jossa painonpudotus voi parantaa merkittävästi polttoainetehokkuutta ja suorituskykyä.
AM tukee myös komponenttien integrointia yhdistämällä useita toimintoja-kuten rakenteellisen eheyden, lämpövastuksen ja sähkömagneettisen suojauksen-yhdeksi osaksi, mikä vähentää komponenttien määrää ja yksinkertaistaa kokoamista. Lisäksi nämä tekniikat mahdollistavat nopean prototyyppien valmistuksen ja suunnittelun säädöt suorituskyvyn palautteen perusteella.
