Nowy atrament otwiera drzwi do radaru drukowanego w 3D

Możemy teraz dodać technologię radarową do rosnącej listy dziwnych, ale użytecznych rzeczy, które można wykonać za pomocą drukowania 3D.

Zaawansowana drukarka 3D dozuje przewodzący atrament, aby zbudować urządzenie elektroniczne, które może filtrować promieniowanie elektromagnetyczne. Pozioma rurka wykorzystuje próżnię do usuwania niechcianego atramentu.

Drukowanie elektroniki w zaawansowanych systemach radarowych na arkuszach plastiku uczyniłoby te systemy zarówno tańszymi, jak i bardziej wszechstronnymi. Przyniosłoby to oczywiste korzyści wojskowe, ale także wiele potencjalnych zastosowań cywilnych, takich jak radary monitorujące pogodę i autonomiczne pojazdy. Jednym z głównych wyzwań w druku elektroniki zdolnej do radzenia sobie z falami radiowymi o wysokiej częstotliwości jest opracowanie nowych atramentów o odpowiednich właściwościach elektrycznych.

Od góry do dołu: nadrukowany przesuwnik fazowy, nadrukowana powierzchnia selektywna częstotliwości (FSS) i zbliżenie FSS. W zbliżeniu waraktory to podłużne obiekty pomiędzy kwadratami srebrnego przewodzącego atramentu. Zawierają zarówno srebrny atrament (faliste linie), jak i nowo powstały atrament (brązowawe owale).

Naukowcy z laboratorium sponsorowanego przez firmę Raytheon na Uniwersytecie Massachusetts w Lowell twierdzą, że mają rozwiązanie: nowy funkcjonalny atrament, którego używali do drukowania urządzeń, które można dostroić do generowania lub wykrywania fal radiowych o określonych częstotliwościach, co jest podstawową funkcją radaru . Systemy radarowe działają poprzez przesyłanie fal radiowych, a następnie wykrywanie sygnałów powracających po uderzeniu fal w obiekt na ich drodze.

Nowy atrament jest kluczem do drukowania konkretnego typu kondensatora zwanego kondensatorem o zmiennym napięciu lub varactorem. Naukowcy uważają, że jest to pierwszy całkowicie wydrukowany varactor, niezbędny element elektryczny niektórych przestrajalnych urządzeń elektronicznych wykorzystywanych w wojskowych systemach radarowych, a także w samochodowych systemach unikania kolizji i wieżach telefonii komórkowej.

Jedno z tych urządzeń, zwane przesuwnikiem fazowym, jest potrzebne do elektronicznego sterowania wiązką tak zwanego systemu radarowego z układem fazowym. Innym urządzeniem, które można teraz wydrukować dzięki nowemu atramentowi, jest powierzchnia selektywna względem częstotliwości — zasadniczo filtr, który może blokować określone częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego lub przepuszczać je. Takie filtry zapobiegają zakłócaniu działania systemu radarowego przez niepożądane promieniowanie. Mogą być również używane do robienia rzeczy, takich jak ochrona określonego środowiska, takiego jak szpital.

Możliwość drukowania tych systemów może ostatecznie doprowadzić do znacznie tańszych i szybszych procesów produkcyjnych niż te stosowane obecnie, mówi Christopher McCarroll , który współkieruje Raytheon UMass-Lowell Research Institute . Wąskim gardłem jest to, że wysokowydajne urządzenia elektroniczne generalnie opierają się na materiałach wymagających wysokiej temperatury produkcji, które nie są kompatybilne z plastikiem.

Naukowcy opracowali już atramenty przewodzące, często zawierające nanocząsteczki metalu, które można przetwarzać w stosunkowo niskich temperaturach (patrz Baterie do drukowania ). Atramenty, które dawałyby przestrajalne urządzenia radarowe, muszą zawierać materiały o określonych właściwościach elektrycznych, które można regulować przez przyłożenie napięcia.

Atrament, który opracowali naukowcy z Raytheon i UMass-Lowell, składa się z maleńkich cząstek takiego materiału zawieszonych w termoplastycznym polimerze. Nowy atrament może być drukowany i utwardzany w wystarczająco niskich temperaturach, aby był kompatybilny z niektórymi tworzywami sztucznymi.

Do wykonania tych dwóch urządzeń grupa wykorzystuje obecnie drukarkę aerozolową, która wykorzystuje strumienie gazu do precyzyjnego nanoszenia przewodzącego atramentu wykonanego ze srebra, oraz inną drukarkę, która do dozowania nowego atramentu wykorzystuje niewielkie wibracje.

Drukarka buduje powierzchnię selektywną częstotliwościowo, dozując warstwy atramentów funkcjonalnych.

Naukowcy wciąż eksperymentują z materiałami i projektami urządzeń. Badają również sposoby łączenia urządzeń drukowanych z chipami komputerowymi o dużej mocy, które są niezbędne w systemach radarowych. McCarroll mówi, że marzeniem jest wydrukowanie całego systemu radarowego, ale krótkoterminowym celem jest opracowanie wydajnych procesów budowy systemów zarówno z komponentów drukowanych, jak i tych wykonanych konwencjonalnymi środkami.

ukryć