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Neue Tinte öffnet die Tür zum 3-D-gedruckten Radar
Wir können jetzt die Radartechnologie zu der wachsenden Liste seltsamer, aber nützlicher Dinge hinzufügen, die mit 3-D-Druck hergestellt werden können.
Ein fortschrittlicher 3-D-Drucker gibt leitfähige Tinte ab, um ein elektronisches Gerät zu bauen, das elektromagnetische Strahlung filtern kann. Das horizontale Rohr verwendet ein Vakuum, um unerwünschte Tinte zu entfernen.
Das Drucken der Elektronik in ausgeklügelten Radarsystemen auf Kunststoffplatten würde die Systeme sowohl billiger als auch vielseitiger machen. Dies hätte offensichtliche militärische Vorteile, aber auch viele potenzielle zivile Anwendungen, wie z. B. Wetterüberwachungsradar und selbstfahrende Fahrzeuge. Eine große Herausforderung bei der Druckelektronik, die mit hochfrequenten Funkwellen umgehen kann, ist die Entwicklung neuartiger Tinten mit den richtigen elektrischen Eigenschaften.
Von oben nach unten: Ein gedruckter Phasenschieber, eine gedruckte frequenzselektive Oberfläche (FSS) und eine Nahaufnahme des FSS. In der Nahaufnahme sind die Varaktoren die länglichen Objekte zwischen Quadraten aus silberner leitfähiger Tinte. Sie enthalten sowohl die silberne Tinte (verschnürte Linien) als auch die neu entwickelte Tinte (bräunliche Ovale).
Forscher eines von Raytheon gesponserten Labors an der University of Massachusetts, Lowell, sagen, sie hätten eine Lösung: eine neue funktionelle Tinte, die sie zum Drucken von Geräten verwendet haben, die so eingestellt werden können, dass sie Funkwellen bestimmter Frequenzen erzeugen oder erkennen, eine wesentliche Fähigkeit des Radars . Radarsysteme funktionieren, indem sie Funkwellen aussenden und dann die Signale erkennen, die zurückkehren, nachdem die Wellen ein Objekt auf ihrem Weg getroffen haben.
Die neue Tinte ist der Schlüssel zum Drucken eines bestimmten Kondensatortyps, der als spannungsvariabler Kondensator oder Varaktor bezeichnet wird. Die Forscher glauben, dass es sich um den ersten vollständig gedruckten Varaktor handelt, eine wesentliche elektrische Komponente bestimmter abstimmbarer elektronischer Geräte, die in militärischen Radarsystemen sowie in Kollisionsvermeidungssystemen für Autos und Mobilfunkmasten verwendet werden.
Eines dieser Geräte, Phasenschieber genannt, wird benötigt, um den Strahl eines sogenannten Phased-Array-Radarsystems elektronisch zu lenken. Ein weiteres Gerät, das jetzt dank der neuen Tinte gedruckt werden kann, ist eine frequenzselektive Oberfläche – im Wesentlichen ein Filter, der bestimmte Frequenzen elektromagnetischer Strahlung blockieren oder durchlassen kann. Solche Filter verhindern, dass unerwünschte Strahlung ein Radarsystem stört. Sie können auch verwendet werden, um beispielsweise eine bestimmte Umgebung wie ein Krankenhaus abzuschirmen.
Die Fähigkeit, diese Systeme zu drucken, könnte letztendlich zu viel billigeren und schnelleren Herstellungsprozessen als den heute verwendeten führen, sagt er Christopher McCarroll , der Co-Direktoren der Raytheon UMass-Lowell-Forschungsinstitut . Der Engpass besteht darin, dass leistungsstarke elektronische Geräte im Allgemeinen auf Materialien angewiesen sind, die eine Hochtemperaturherstellung erfordern, die nicht mit Kunststoff kompatibel ist.
Forscher haben bereits leitfähige Tinten entwickelt, die oft Metallnanopartikel enthalten und bei relativ niedrigen Temperaturen verarbeitet werden können (siehe Drucken von Batterien ). Tinten, die abstimmbare Vorrichtungen für Radar ergeben würden, müssen Materialien mit bestimmten elektrischen Eigenschaften enthalten, die durch Anlegen einer Spannung eingestellt werden können.
Die Tinte, die die Forscher von Raytheon und UMass-Lowell entwickelt haben, besteht aus winzigen Partikeln eines solchen Materials, die in einem thermoplastischen Polymer suspendiert sind. Die neue Tinte kann bei Temperaturen gedruckt und ausgehärtet werden, die niedrig genug sind, um mit bestimmten Kunststoffen kompatibel zu sein.
Um die beiden Geräte herzustellen, verwendet die Gruppe derzeit einen Aerosol-Jet-Drucker, der Gasströme verwendet, um leitfähige Tinte aus Silber präzise aufzubringen, und einen anderen Drucker, der auf winzige Vibrationen angewiesen ist, um die neue Tinte zu verteilen.
Ein Drucker baut eine frequenzselektive Oberfläche auf, indem er Schichten funktionaler Tinten aufträgt.
Die Forscher experimentieren noch mit ihren Materialien und Gerätedesigns. Sie erforschen auch Möglichkeiten, gedruckte Geräte mit den für Radarsysteme wesentlichen Hochleistungs-Computerchips zu kombinieren. McCarroll sagt, der Traum sei es, das gesamte Radarsystem zu drucken, aber das kurzfristige Ziel sei es, effiziente Prozesse für den Bau von Systemen sowohl aus gedruckten als auch aus konventionell hergestellten Komponenten zu entwickeln.