01 Wprowadzenie
Produkcja przyrostowa (AM) ceramiki rewolucjonizuje projektowanie i produkcję mikrofalowych komponentów elektronicznych w systemach komunikacji kosmicznej. Ceramika jest niezastąpiona w tego typu urządzeniach ze względu na doskonałe właściwości elektromagnetyczne, wysoką stabilność termiczną i wyjątkową wytrzymałość mechaniczną. Dzięki AM można precyzyjnie kontrolować kształt i wymiary materiałów ceramicznych, dzięki czemu spełniają one rygorystyczne wymagania dotyczące dokładności i wydajności w elektronice mikrofalowej. Ponadto elementy ekranowania elektromagnetycznego odgrywają kluczową rolę w ograniczaniu zakłóceń elektromagnetycznych i zapewnieniu stabilnej transmisji sygnału. Zastosowanie ceramiki wytwarzanej addytywnie oferuje nową metodę optymalizacji wydajności izolacji i zwiększenia skuteczności ekranowania.
Przetwarzanie laserowe i wiązką elektronów
02 Filtry wytwarzane metodą addytywną
Materiały ceramiczne wykazują wyjątkowo wysoką stabilność chemiczną i odporność na korozję, dzięki czemu nadają się do długotrwałego-stosowania w trudnych warunkach jako filtry. Ponadto integracja materiałów dielektrycznych z AM sprzyja szerokiemu zakresowi stałych dielektrycznych (εr). Ten sam materiał dielektryczny może osiągnąć różne wartości εr poprzez modyfikację parametrów, takich jak rozmiar apertury, geometria i struktura hierarchiczna. Umożliwia to dostosowanie filtrów ceramicznych do konkretnych wymagań oraz optymalizację wydajności i precyzji filtrowania.
Jednym z przykładów jest monolityczny dielektryczny filtr falowodowy wykonany przy użyciu technologii wytwarzania ceramiki (LCM) opartej na litografii. Filtr jest przeznaczony do pracy przy częstotliwości 11,5 GHz i szerokości pasma 850 MHz i jest wykonany z jedno-częściowego dysku dielektrycznego, który jest posrebrzany-, aby naśladować funkcjonalność konwencjonalnej metalowej obudowy. Technologia LCM zapewnia elastyczność projektowania bez konieczności stosowania niestandardowych form i pozwala na bardziej precyzyjną produkcję. Metalizacja struktur ceramicznych wykorzystuje odporność ceramiki na wysokie temperatury, odporność na korozję i właściwości izolacyjne, łącząc je jednocześnie z wytrzymałością i przewodnością metali w celu optymalizacji wydajności.
Rysunek 1.(a) Dielektryczny filtr falowodowy-czwartego rzędu, (b) BPF oparty na rezonatorze półkuli-czwartego rzędu, (c) Filtr potrójny pasma C-.
Przetwarzanie laserowe i wiązką elektronów
03 Rezonatory wytwarzane metodą addytywną
Rezonatory to urządzenia elektroniczne zdolne do stabilnych oscylacji przy określonych częstotliwościach i są szeroko stosowane w generowaniu częstotliwości i przetwarzaniu sygnałów. Sygnały mikrofalowe i sygnały o-wysokiej częstotliwości są powszechnie stosowane w komunikacji satelitarnej i systemach radarowych. Wysoka stabilność i wysoki współczynnik Q-rezonatorów dielektrycznych czynią je idealnymi do takich zastosowań.
Funkcjonalność rezonatorów dielektrycznych opiera się na reakcji materiałów dielektrycznych na fale elektromagnetyczne. Prędkość propagacji tych fal jest określona przez εr materiału, natomiast wielkość, kształt i właściwości materiału dielektrycznego użytego w rezonatorze wpływają na jego częstotliwość rezonansową. Dzięki AM można projektować i produkować rezonatory dielektryczne tak, aby były zminiaturyzowane i zapewniały wysoką-wydajność, dostosowaną do różnych wymagań. Optymalizuje to propagację sygnału radarowego i charakterystykę odbicia. Takie podejście umożliwia bardziej zindywidualizowaną, precyzyjną i-ekonomiczną produkcję rezonatorów dielektrycznych.
Rysunek 2.(a) Schemat budowy anteny, (b) rezonator trój-modowy, (c) antena z jednoosiowym anizotropowym rezonatorem dielektrycznym.
Przetwarzanie laserowe i wiązką elektronów
04 Czujniki produkowane metodą addytywną
Czujniki AM korzystają z dostosowywalnych i złożonych geometrii i architektur. W połączeniu z właściwościami piezoelektrycznymi, termoelektrycznymi i piezorezystancyjnymi materiałów ceramicznych umożliwiają one zastosowanie czujników o wysokiej-precyzji i{2}}wydajności.
Piezoelektryczne czujniki ceramiczne, charakteryzujące się unikalnym zachowaniem sprzężenia elektromechanicznego, zyskują coraz większe znaczenie w przemyśle lotniczym. Zapewniają dokładne monitorowanie ciśnienia, temperatury i wibracji oraz są szeroko stosowane do oceny warunków pracy silników, kadłubów i innych krytycznych podzespołów lotniczych.
Ze względu na wrodzoną kruchość ceramiki, głównym przedmiotem badań stał się rozwój elastycznej ceramiki. Aby rozwiązać ten problem, opracowano elastyczny czujnik ciśnienia z kompozytu ceramicznego, wykorzystujący DLP AM, łączący BaTiO3 z MWCNT w żywicy światłoczułej, aby zoptymalizować wydajność dielektryczną i elastyczność mechaniczną. Jak pokazano na rysunku, struktura koncentracji naprężeń w kształcie klepsydry-{4}}zaprojektowano w celu zwiększenia czułości. Analiza i eksperymenty metodą elementów skończonych potwierdziły lepszą czułość liniową w szerokim zakresie ciśnień, wykazując wykonalność DLP w-elastycznych czujnikach o wysokiej wydajności.
Rysunek 3.(a) Elastyczny pojemnościowy czujnik ciśnienia, (b) Elastyczne kompozyty piezoelektryczne i schemat małego robota.
Przetwarzanie laserowe i wiązką elektronów
05 Wniosek
Produkcja przyrostowa ceramiki umożliwia dostosowywanie jej właściwości, takich jak wysoka odporność na ciepło, niska przewodność cieplna i doskonałe ekranowanie elektromagnetyczne, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań w przemyśle lotniczym, w tym w systemach komunikacyjnych, radarach i zabezpieczeniach termicznych. W porównaniu z tradycyjną produkcją, AM oferuje znaczące korzyści w przypadku złożonych komponentów ceramicznych, zapewniając większą elastyczność projektowania w celu tworzenia skomplikowanych geometrii i lekkich konstrukcji. Jest to szczególnie cenne w przemyśle lotniczym, gdzie redukcja masy może znacznie poprawić efektywność paliwową i osiągi.
AM obsługuje także integrację komponentów, łącząc wiele funkcji,-takich jak integralność strukturalna, odporność termiczna i ekranowanie elektromagnetyczne-w jedną część, zmniejszając w ten sposób liczbę komponentów i upraszczając montaż. Co więcej, technologie te umożliwiają szybkie tworzenie prototypów i dostosowywanie projektów w oparciu o informacje zwrotne dotyczące wydajności.
