
Anteny produkowane za pomocą druku 3D
Anteny są istotną częścią wielu urządzeń elektronicznych, umożliwiając komunikację i przesyłanie danych w niezliczonych zastosowaniach.
Świat obrasta z każdej strony w technologie, takie jak sieci 5G oraz powoli wprowadzane również 6G, urządzenia do noszenia i innowacje lotnicze, takie jak CubeSats, przez co wzrosło zapotrzebowanie na mniejsze, lżejsze i bardziej wszechstronne anteny. Jednak tradycyjne metody produkcji mają trudności ze spełnieniem tych wymagań ze względu na ich ograniczenia w zakresie złożoności strukturalnej i integracji materiałów.
Przełomowe odkrycie prowadzone przez Xiaoyu (Rayne) Zhenga, profesora nadzwyczajnego na UC Berkeley, może potencjalnie zmienić ten krajobraz. Zheng i jego zespół opracowali przełomową platformę druku 3D, znaną jako „programowany ładunkowo wielomateriałowy druk 3D”. Jak szczegółowo opisano w „Nature Communications”, nowa metoda umożliwia szybką produkcję skomplikowanych struktur anten 3D, otwierając nowe granice w projektowaniu i funkcjonalności.
W przeciwieństwie do tradycyjnego druku 3D z metalu, który opiera się na drogich proszkach i wysokoenergetycznych laserach, CPD łączy biurkową cyfrową drukarkę świetlną z technologią katalityczną. Proces modeluje różne polimery w określonych miejscach, umożliwiając im selektywną absorpcję jonów metali. Dzięki integracji metali przewodzących i materiałów dielektrycznych w jednym procesie, CPD tworzy złożone struktury anten 3D z niezrównaną precyzją.
Zheng wyjaśnił: „Platforma umożliwia jednoczesną syntezę materiałów przewodzących i dielektrycznych, co wcześniej było nieosiągalne. Jest ona wyjątkowo odpowiednia dla anten, ponieważ oba komponenty mają kluczowe znaczenie dla ich działania”.
Metoda CPD jest wszechstronna, wspierając materiały takie jak miedź, substancje magnetyczne, półprzewodniki i wysokowydajne polimery, takie jak Kapton, które są kluczowe dla ekstremalnych środowisk, takich jak przestrzeń kosmiczna. Zdolność sprawia, że dana technologia jest idealna do zastosowań lotniczych, gdzie anteny muszą wytrzymywać ekstremalne temperatury i ograniczenia wagowe.
Platforma CPD wyznacza punkt zwrotny w rozwoju anten. Umożliwiając projektowanie 3D bez nieporęcznych podłoży, anteny mogą osiągnąć znaczne oszczędności masy przy zachowaniu lub poprawie wydajności. Współautor Yahya Rahmat-Samii, profesor na UCLA, podkreślił transformacyjny potencjał tej technologii: „Umożliwia ona nieszablonowe projekty dostosowane do różnych zastosowań, od urządzeń medycznych po eksplorację kosmosu”.
Jednym z natychmiastowych przypadków użycia są przestrajalne anteny, które mogą dynamicznie dostosowywać się do różnych częstotliwości i warunków środowiskowych. Projekty mogłyby zrewolucjonizować sposób kształtowania i kontrolowania fal elektromagnetycznych, podobnie jak artysta manipulujący płótnem.
Zespół bada już elastyczne czujniki medyczne, które dopasowują się do ludzkiego ciała, na przykład dłoni. Czujniki te, możliwe dzięki CPD, mogą prowadzić do urządzeń do noszenia z ulepszoną łącznością i funkcjonalnością. innowacji
Prace Zhenga nad CPD rozpoczęły się w 2019 r., a wcześniejsze zastosowania obejmowały mikroroboty i wytwarzanie wielu materiałów. Najnowsze badania koncentrują się na antenach, ale opierają się na latach iteracyjnego rozwoju. W badaniu z 2022 r. opublikowanym w *Science* jego zespół wykazał potencjał CPD do tworzenia skomplikowanych, wielofunkcyjnych urządzeń, torując drogę do szerszych zastosowań w robotyce i elektronice.
Podejście wpisuje się w rosnący trend w produkcji, w którym priorytetem jest integracja wielu materiałów i zaawansowane funkcje. Podobne innowacje obejmują wykorzystanie druku 3D do produkcji komponentów lotniczych i implantów medycznych, podkreślając szerszy potencjał produkcji addytywnej w celu sprostania złożonym wyzwaniom projektowym.
Patrząc w przyszłość, Zheng i jego koledzy zamierzają przesunąć granice złożoności anten, badając nowe sposoby kształtowania fal elektromagnetycznych do specjalistycznych zastosowań. Ostatecznym celem jest wykorzystanie technologii CPD w branżach od telekomunikacji po opiekę zdrowotną, gdzie konfigurowalne, wysokowydajne anteny mogą napędzać innowacje.
Łącząc przystępną cenę, wszechstronność i precyzję, CPD stanowi zmianę paradygmatu w sposobie produkcji anten i innych komponentów elektronicznych. Dzięki możliwości tworzenia lekkich, wydajnych konstrukcji do pracy w ekstremalnych warunkach, technologia ta ma szansę na nowo zdefiniować przyszłość łączności i nie tylko.
Zheng trafnie podsumowuje obietnicę CPD: „Możemy osiągnąć przestrajalną antenę. Pytanie brzmi, gdzie ta technologia może nam najlepiej pomóc?”. Ponieważ branże zmagają się z wyzwaniami nowoczesnej komunikacji, CPD oferuje przekonującą odpowiedź: wszędzie tam, gdzie pomysłowość spotyka się z koniecznością.
Szymon Ślubowski