211service.com
Nieuwe inkt opent de deur naar 3D-geprinte radar
We kunnen nu radartechnologie toevoegen aan de groeiende lijst van vreemde maar nuttige dingen die kunnen worden gemaakt met 3D-printen.
Een geavanceerde 3D-printer verdeelt geleidende inkt om een elektronisch apparaat te bouwen dat elektromagnetische straling kan filteren. De horizontale buis gebruikt een vacuüm om ongewenste inkt te verwijderen.
Het printen van de elektronica in geavanceerde radarsystemen op plastic vellen zou de systemen zowel goedkoper als veelzijdiger maken. Dit zou duidelijke militaire voordelen hebben, maar ook veel potentiële civiele toepassingen, zoals radar voor het bewaken van het weer en zelfrijdende voertuigen. Een grote uitdaging bij het printen van elektronica die in staat is om met hoogfrequente radiogolven om te gaan, is het ontwikkelen van nieuwe inkten met de juiste elektrische eigenschappen.
Van boven naar beneden: een gedrukte faseverschuiver, een gedrukt frequentieselectief oppervlak (FSS) en een close-up van de FSS. In de close-up zijn de varactors de langwerpige objecten tussen vierkanten van zilveren geleidende inkt. Ze bevatten zowel de zilveren inkt (kronkelende lijnen) als de nieuw ontwikkelde inkt (bruinachtige ovalen).
Onderzoekers van een door Raytheon gesponsord laboratorium aan de Universiteit van Massachusetts, Lowell, zeggen dat ze een oplossing hebben: een nieuwe functionele inkt die ze hebben gebruikt om apparaten af te drukken die kunnen worden afgestemd om radiogolven van specifieke frequenties te genereren of te detecteren, een essentieel vermogen van radar . Radarsystemen werken door radiogolven uit te zenden en vervolgens de signalen te detecteren die terugkeren nadat de golven een object op hun pad raken.
De nieuwe inkt is de sleutel tot het printen van een specifiek type condensator, een spanningsvariabele condensator of varactor genoemd. De onderzoekers denken dat het de eerste volledig bedrukte varactor is, een essentieel elektrisch onderdeel van bepaalde afstembare elektronische apparaten die worden gebruikt in militaire radarsystemen, systemen om botsingen te voorkomen en mobiele telefoontorens.
Een van die apparaten, een zogenaamde phase shifter, is nodig om de straal van een zogenaamd phased-array radarsysteem elektronisch te sturen. Een ander apparaat dat nu kan worden bedrukt dankzij de nieuwe inkt, is een frequentieselectief oppervlak - in wezen een filter dat specifieke frequenties van elektromagnetische straling kan blokkeren of doorlaten. Dergelijke filters voorkomen dat ongewenste straling een radarsysteem verstoort. Ze kunnen ook worden gebruikt om dingen te doen zoals het afschermen van een bepaalde omgeving, zoals een ziekenhuis.
De mogelijkheid om deze systemen te printen zou uiteindelijk kunnen leiden tot veel goedkopere en snellere productieprocessen dan de huidige, zegt Christopher McCarroll , die mede de regisseert Raytheon UMass-Lowell Research Institute . Het knelpunt was dat hoogwaardige elektronische apparaten over het algemeen afhankelijk zijn van materialen die bij hoge temperatuur moeten worden vervaardigd, wat niet compatibel is met plastic.
Onderzoekers hebben al geleidende inkten ontwikkeld, vaak met metalen nanodeeltjes, die bij relatief lage temperaturen kunnen worden verwerkt (zie Printbatterijen). Inkten die afstembare apparaten voor radar zouden opleveren, moeten materialen bevatten met bepaalde elektrische eigenschappen die kunnen worden aangepast door spanning toe te passen.
De inkt die de onderzoekers van Raytheon en UMass-Lowell bedachten, is gemaakt van minuscule deeltjes van dergelijk materiaal, gesuspendeerd in een thermoplastisch polymeer. De nieuwe inkt kan worden bedrukt en uitgehard bij temperaturen die laag genoeg zijn om compatibel te zijn met bepaalde kunststoffen.
Om de twee apparaten te maken, gebruikt de groep momenteel een aerosol-jetprinter, die gasstromen gebruikt om geleidende inkt gemaakt van zilver nauwkeurig af te zetten, en een andere printer die vertrouwt op kleine trillingen om de nieuwe inkt af te geven.
Een printer bouwt een frequentieselectief oppervlak door lagen functionele inkten af te geven.
De onderzoekers experimenteren nog steeds met hun materialen en apparaatontwerpen. Ze onderzoeken ook manieren om geprinte apparaten te combineren met de krachtige computerchips die essentieel zijn voor radarsystemen. McCarroll zegt dat het de droom is om het hele radarsysteem te printen, maar het doel op korte termijn is om efficiënte processen te ontwikkelen voor het bouwen van systemen uit zowel geprinte componenten als die welke met conventionele middelen zijn gemaakt.