Nytt bläck öppnar dörren till 3-D-tryckt radar

Vi kan nu lägga till radarteknik till den växande listan över udda men användbara saker som kan göras med 3-D-utskrift.

En avancerad 3D-skrivare dispenserar ledande bläck för att bygga en elektronisk enhet som kan filtrera elektromagnetisk strålning. Det horisontella röret använder ett vakuum för att ta bort oönskat bläck.

Att skriva ut elektroniken i sofistikerade radarsystem på plastskivor skulle göra systemen både billigare och mer mångsidiga. Detta skulle ha uppenbara militära fördelar men också många potentiella civila tillämpningar, såsom väderövervakningsradar och självkörande fordon. En stor utmaning inom utskriftselektronik som kan hantera högfrekventa radiovågor är att utveckla nya bläck med rätt elektriska egenskaper.

Uppifrån och ned: En tryckt fasskiftare, en tryckt frekvensselektiv yta (FSS) och en närbild av FSS. På närbilden är varaktorerna de avlånga föremålen mellan fyrkanter av silverledande bläck. De innehåller både silverbläcket (squiggly linjer) och det nyutvecklade bläcket (brunaktiga ovaler).

Forskare vid ett Raytheon-sponsrat labb vid University of Massachusetts, Lowell, säger att de har en lösning: ett nytt funktionellt bläck som de har använt för att skriva ut enheter som kan ställas in för att generera eller upptäcka radiovågor med specifika frekvenser, en viktig funktion hos radar. . Radarsystem fungerar genom att sända radiovågor och sedan detektera signalerna som återkommer efter att vågorna träffat ett föremål i deras väg.

Det nya bläcket är nyckeln till att skriva ut en specifik typ av kondensator som kallas en spänningsvariabel kondensator eller varaktor. Forskarna tror att deras varaktor är den första helt tryckta varaktorn, en viktig elektrisk komponent i vissa avstämbara elektroniska enheter som används i militära radarsystem såväl som system för att undvika kollisioner i bilar och mobiltelefontorn.

En av dessa enheter, som kallas en fasskiftare, behövs för att elektroniskt styra strålen från ett så kallat phased-array-radarsystem. En annan enhet som nu går att skriva ut tack vare det nya bläcket är en frekvensselektiv yta – i huvudsak ett filter som kan blockera specifika frekvenser av elektromagnetisk strålning eller låta dem passera igenom. Sådana filter förhindrar oönskad strålning från att störa ett radarsystem. De kan också användas för att göra saker som att skydda en viss miljö, till exempel ett sjukhus.

Möjligheten att skriva ut dessa system kan så småningom leda till mycket billigare och snabbare tillverkningsprocesser än de som används idag, säger Christopher McCarroll , som medregisserar Raytheon UMass-Lowell Research Institute . Flaskhalsen har varit att högpresterande elektroniska enheter i allmänhet är beroende av material som kräver högtemperaturtillverkning, vilket inte är kompatibelt med plast.

Forskare har redan utvecklat ledande bläck, ofta innehållande metallnanopartiklar, som kan bearbetas vid relativt låga temperaturer (se Utskrift av batterier ). Bläck som skulle ge avstämbara enheter för radar måste innehålla material med vissa elektriska egenskaper som kan justeras genom att applicera spänning.

Bläcket som forskarna från Raytheon och UMass-Lowell kom fram till är gjort av små partiklar av sådant material suspenderade i en termoplastisk polymer. Det nya bläcket kan tryckas och härdas vid temperaturer som är tillräckligt låga för att vara kompatibel med vissa plaster.

För att göra de två enheterna använder gruppen för närvarande en aerosol-jet-skrivare, som använder gasströmmar för att exakt avsätta ledande bläck gjord av silver, och en annan skrivare som förlitar sig på små vibrationer för att dispensera det nya bläcket.

En skrivare bygger en frekvensselektiv yta genom att dispensera lager av funktionellt bläck.

Forskarna experimenterar fortfarande med sina material och enhetsdesigner. De undersöker också sätt att kombinera tryckta enheter med de kraftfulla datorchips som är nödvändiga för radarsystem. McCarroll säger att drömmen är att skriva ut hela radarsystemet, men det kortsiktiga målet är att utveckla effektiva processer för att bygga system av både tryckta komponenter och de som är gjorda med konventionella medel.

Dölj