3D打印金屬天線陣列，可用于軍事及航空航天領(lǐng)域

天線被廣泛應(yīng)用在商用飛機、軍用飛機、衛(wèi)星，無人機以及地面上的電子終端中。然而，目前的天線，特別是航空航天中使用的RF天線，在重量方面還需要進(jìn)一步減輕，天線的設(shè)計也有繼續(xù)優(yōu)化的空間。美國的創(chuàng)業(yè)型企業(yè)Optisys公司，通過仿真技術(shù)和金屬3D打印設(shè)備對天線進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化與制造，在實現(xiàn)天線輕量化方面取得了進(jìn)展。

輕量化與功能集成
制造天線系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式包括多種工藝，例如釬焊和浸入式電火花加工，天線的平均開發(fā)周期為8個月。Optisys公司采用的天線制造方式是通過選擇性激光熔化金屬3D打印機進(jìn)行天線的直接制造。


為了驗證3D打印工藝，Optisys公司制造了一個天線陣列。在設(shè)計3D打印天線時，Optisys將曾經(jīng)由上百個組件組成的天線設(shè)計優(yōu)化為單一的功能集成式的天線。

Optisys公司表示，這種功能集成式的3D打印天線，相比傳統(tǒng)工藝制造的天線重量降低了95%以上，交貨期由11個月減少為2個月，生產(chǎn)成本減少了20%-25%。

Optisys 公司的核心競爭力來自于設(shè)計和增材制造工藝兩個方面。在產(chǎn)品的設(shè)計和性能方面，Optisys獲得了提升的空間，通過金屬3D打印設(shè)備，Optisys可以制造出以往難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，包括天線中的晶格結(jié)構(gòu)。

根據(jù)市場研究晶格結(jié)構(gòu)是一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不僅僅起到輕量化的作用，還可以使結(jié)構(gòu)獲得材料最低填充量的同時滿足結(jié)構(gòu)剛性的需求，并且還可以吸收沖擊能量以減緩振動或者達(dá)到噪聲絕緣的目的。晶格結(jié)構(gòu)的超輕型結(jié)構(gòu)適合用在抗沖擊/爆炸系統(tǒng)、或者充當(dāng)散熱介質(zhì)、聲振、微波吸收結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)。

Optisys 公司在進(jìn)行天線仿真設(shè)計時使用了ANSYS工具。據(jù)了解，傳統(tǒng)的RF工程設(shè)計是一個漫長的過程，主要步驟包括：
1）手工計算
2）原型設(shè)計
3）測試
4）手動調(diào)諧。
然后回到步驟1并迭代直到設(shè)計符合要求。這個過程可能需要一年或更長時間來處理可以在系統(tǒng)中使用的最終設(shè)計。而仿真工具的使用使產(chǎn)品設(shè)計周期減少到幾個月，并且最后的產(chǎn)品通過RF測試無需額外的調(diào)整。

在增材制造設(shè)備方面，Optisys 已安裝了Concept Laser 的Mlab 金屬3D打印設(shè)備, 并在今年2月安裝了EOS 的M 280 金屬3D打印設(shè)備， 該設(shè)備能夠滿足Optisys大多數(shù)型號微波天線的生產(chǎn)需求。在EOS 設(shè)備的鋁和不銹鋼打印參數(shù)的基礎(chǔ)上，Optisys 進(jìn)一步開發(fā)了微波天線的定制參數(shù)。

來源：3D科學(xué)谷