01 Úvod
Aditívna výroba (AM) keramiky prináša revolúciu v dizajne a výrobe mikrovlnných elektronických komponentov vo vesmírnych komunikačných systémoch. Keramika je v takýchto zariadeniach nenahraditeľná vďaka svojim vynikajúcim elektromagnetickým vlastnostiam, vysokej tepelnej stabilite a vynikajúcej mechanickej pevnosti. Prostredníctvom AM je možné presne kontrolovať tvar a rozmery keramických materiálov, čo im umožňuje spĺňať prísne požiadavky na presnosť a výkon v mikrovlnnej elektronike. Okrem toho komponenty elektromagnetického tienenia zohrávajú kľúčovú úlohu pri znižovaní elektromagnetického rušenia a zabezpečení stabilného prenosu signálu. Použitie aditívne vyrábanej keramiky ponúka novú metódu na optimalizáciu izolačného výkonu a zvýšenie účinnosti tienenia.
Spracovanie laserom a elektrónovým lúčom
02 Aditívne vyrábané filtre
Keramické materiály vykazujú extrémne vysokú chemickú stabilitu a odolnosť proti korózii, vďaka čomu sú vhodné na dlhodobé{0}}používanie v drsnom prostredí ako filtre. Okrem toho integrácia dielektrických materiálov s AM podporuje široký rozsah dielektrických konštánt (εr). Ten istý dielektrický materiál môže dosiahnuť rôzne hodnoty εr úpravou parametrov, ako je veľkosť otvoru, geometria a hierarchická štruktúra. To umožňuje prispôsobenie keramických filtrov špecifickým požiadavkám a optimalizáciu účinnosti a presnosti filtrovania.
Jedným príkladom je monolitický dielektrický vlnovodový filter vyrobený pomocou technológie litografickej{0}}keramiky (LCM). Filter je navrhnutý tak, aby pracoval na frekvencii 11,5 GHz so šírkou pásma 850 MHz a je vyrobený z jedného-dielektrického disku, ktorý je postriebrený-, aby napodobňoval funkčnosť bežného kovového krytu. Technológia LCM poskytuje flexibilitu dizajnu bez potreby vlastných foriem a umožňuje presnejšiu výrobu. Metalizácia keramických štruktúr využíva odolnosť keramiky voči vysokým teplotám, odolnosť proti korózii a izolačné vlastnosti, pričom ich kombinuje s pevnosťou a vodivosťou kovov na optimalizáciu výkonu.
Obrázok 1(a) Dielektrický vlnovodný filter štvrtého -rádu, (b) BPF založený na hemisférickom rezonátore štvrtého-rádu, (c) C-pásmový triplexorový filter.
Spracovanie laserom a elektrónovým lúčom
03 Aditívne vyrábané rezonátory
Rezonátory sú elektronické zariadenia schopné stabilnej oscilácie pri špecifických frekvenciách a sú široko používané pri generovaní frekvencie a spracovaní signálu. Mikrovlnné a vysokofrekvenčné{1}}signály sa bežne používajú v satelitných komunikáciách a radarových systémoch. Vysoká stabilita a vysoký Q-faktor dielektrických rezonátorov ich robí ideálnymi pre takéto aplikácie.
Funkčnosť dielektrických rezonátorov je založená na odozve dielektrických materiálov na elektromagnetické vlny. Rýchlosť šírenia týchto vĺn je určená εr materiálu, zatiaľ čo veľkosť, tvar a vlastnosti dielektrického materiálu použitého v rezonátore ovplyvňujú jeho rezonančnú frekvenciu. Pomocou AM môžu byť dielektrické rezonátory navrhnuté a vyrobené tak, aby boli miniaturizované a s vysokým-výkonom, prispôsobené rôznym požiadavkám. Tým sa optimalizuje šírenie radarového signálu a charakteristiky odrazu. Takýto prístup umožňuje prispôsobenejšiu, presnejšiu a nákladovo{5}}efektívnejšiu výrobu dielektrických rezonátorov.
Obrázok 2(a) Schéma štruktúry antény, (b) tri{0}}módový rezonátor, (c) jednoosová anizotropná dielektrická rezonátorová anténa.
Spracovanie laserom a elektrónovým lúčom
04 Aditívne vyrábané snímače
AM senzory ťažia z prispôsobiteľných a zložitých geometrií a architektúr. V kombinácii s piezoelektrickými, termoelektrickými a piezorezistívnymi vlastnosťami keramických materiálov umožňujú vysoko-presné a vysoko{2}}výkonné snímacie aplikácie.
Piezoelektrické keramické senzory, charakteristické svojim jedinečným elektromechanickým väzbovým správaním, sú čoraz dôležitejšie v leteckom priemysle. Poskytujú presné monitorovanie tlaku, teploty a vibrácií a sú široko používané na hodnotenie prevádzkových podmienok motorov, trupov a iných kritických leteckých komponentov.
Vzhľadom na prirodzenú krehkosť keramiky sa vývoj ohybnej keramiky stal kľúčovým výskumným zameraním. Na vyriešenie tohto problému bol vyvinutý flexibilný keramický kompozitný tlakový senzor s použitím DLP AM, ktorý kombinuje BaTiO3 s MWCNT vo fotocitlivej živici, aby sa optimalizoval dielektrický výkon a mechanická flexibilita. Ako je znázornené na obrázku, štruktúra koncentrácie stresu-v tvare presýpacích hodín- bola navrhnutá na zvýšenie citlivosti. Analýza konečných prvkov a experimenty potvrdili zlepšenú lineárnu citlivosť v širokom rozsahu tlaku, čo demonštruje uskutočniteľnosť DLP vo vysoko-výkonných flexibilných senzoroch.
Obrázok 3.(a) Flexibilný kapacitný snímač tlaku, (b) flexibilné piezoelektrické kompozity a schéma malého robota.
Spracovanie laserom a elektrónovým lúčom
05 Záver
Aditívna výroba keramiky umožňuje prispôsobenie vlastností keramiky, ako je vysoká tepelná odolnosť, nízka tepelná vodivosť a vynikajúce elektromagnetické tienenie, vďaka čomu sú ideálne pre letecké aplikácie vrátane komunikačných systémov, radarov a tepelnej ochrany. V porovnaní s tradičnou výrobou ponúka AM významné výhody pre zložité keramické komponenty, čím poskytuje väčšiu flexibilitu dizajnu na vytváranie zložitých geometrií a ľahkých štruktúr. To je obzvlášť cenné v leteckom a kozmickom priemysle, kde zníženie hmotnosti môže výrazne zlepšiť palivovú účinnosť a výkon.
AM tiež podporuje integráciu komponentov, pričom kombinuje viacero funkcií-ako štrukturálna integrita, tepelná odolnosť a elektromagnetické tienenie-do jedného dielu, čím sa znižuje počet komponentov a zjednodušuje sa montáž. Okrem toho tieto technológie umožňujú rýchle vytváranie prototypov a úpravy dizajnu na základe spätnej väzby výkonu.
