Nyt blæk åbner døren til 3-D-printet radar

Vi kan nu tilføje radarteknologi til den voksende liste over mærkelige, men nyttige ting, der kan laves med 3-D-print.

En avanceret 3D-printer dispenserer ledende blæk for at bygge en elektronisk enhed, der kan filtrere elektromagnetisk stråling. Det vandrette rør bruger et vakuum til at fjerne uønsket blæk.

At printe elektronikken i sofistikerede radarsystemer på plastplader ville gøre systemerne både billigere og mere alsidige. Dette ville have åbenlyse militære fordele, men også mange potentielle civile anvendelser, såsom vejrovervågningsradar og selvkørende køretøjer. En stor udfordring inden for printelektronik, der er i stand til at håndtere højfrekvente radiobølger, er at udvikle nye blæk med de rigtige elektriske egenskaber.

Fra top til bund: En printet faseskifter, en printet frekvensselektiv overflade (FSS) og et nærbillede af FSS. På nærbilledet er varaktorerne de aflange genstande mellem firkanter af sølvledende blæk. De indeholder både sølvblæk (squiggly linjer) og nyudviklet blæk (brunlige ovaler).

Forskere ved et Raytheon-sponsoreret laboratorium ved University of Massachusetts, Lowell, siger, at de har en løsning: et nyt funktionelt blæk, de har brugt til at udskrive enheder, der kan indstilles til at generere eller detektere radiobølger med specifikke frekvenser, en vigtig egenskab ved radar. . Radarsystemer fungerer ved at sende radiobølger og derefter detektere de signaler, der vender tilbage, efter at bølgerne har ramt et objekt på deres vej.

Det nye blæk er nøglen til udskrivning af en bestemt type kondensator kaldet en spændingsvariabel kondensator eller varactor. Forskerne mener, at deres varactor er den første helt trykte varaktor, en væsentlig elektrisk komponent i visse justerbare elektroniske enheder, der bruges i militære radarsystemer såvel som systemer til undgåelse af kollisioner i biler og mobiltelefontårne.

En af disse enheder, kaldet en faseskifter, er nødvendig for elektronisk at styre strålen fra et såkaldt phased-array-radarsystem. En anden enhed, der nu kan udskrives takket være det nye blæk, er en frekvens-selektiv overflade - i det væsentlige et filter, der kan blokere specifikke frekvenser af elektromagnetisk stråling eller tillade dem at passere igennem. Sådanne filtre forhindrer uønsket stråling i at forstyrre et radarsystem. De kan også bruges til at gøre ting som at beskytte et bestemt miljø, såsom et hospital.

Evnen til at printe disse systemer kan i sidste ende føre til meget billigere og hurtigere fremstillingsprocesser end dem, der bruges i dag, siger Christopher McCarroll , der medleder Raytheon UMass-Lowell Research Institute . Flaskehalsen har været, at højtydende elektroniske enheder generelt er afhængige af materialer, der kræver højtemperaturfremstilling, som ikke er kompatibel med plastik.

Forskere har allerede udviklet ledende blæk, der ofte indeholder metalnanopartikler, som kan behandles ved relativt lave temperaturer (se Udskrivning af batterier). Blæk, der ville give afstembare enheder til radar, skal indeholde materialer med visse elektriske egenskaber, som kan justeres ved at påføre spænding.

Det blæk, som Raytheon og UMass-Lowell-forskerne fandt på, er lavet af bittesmå partikler af sådant materiale suspenderet i en termoplastisk polymer. Det nye blæk kan printes og hærdes ved temperaturer, der er lave nok til at være kompatibel med visse plasttyper.

Til at fremstille de to enheder bruger gruppen i øjeblikket en aerosol-jet-printer, som anvender gasstrømme til præcist at afsætte ledende blæk lavet af sølv, og en anden printer, der er afhængig af små vibrationer til at dispensere det nye blæk.

En printer bygger en frekvens-selektiv overflade ved at dispensere lag af funktionelt blæk.

Forskerne eksperimenterer stadig med deres materialer og enhedsdesign. De udforsker også måder at kombinere printede enheder med de kraftige computerchips, der er afgørende for radarsystemer. McCarroll siger, at drømmen er at printe hele radarsystemet, men det nærliggende mål er at udvikle effektive processer til at bygge systemer ud af både printede komponenter og dem, der er lavet med konventionelle midler.

skjule