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(jī)、軍用飛機(jī)、衛(wèi)星，無(wú)人機(jī)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(jì)也有繼續(xù)優(yōu)化的空間。美國(guó)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(duì)天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化與制造，在實(shí)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(gè)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(jī)進(jìn)行天線的直接制造。


為了驗(yàn)證3D打印工藝，Optisys公司制造了一個(gè)天線陣列。在設(shè)計(jì)3D打印天線時(shí)，Optisys將曾經(jīng)由上百個(gè)組件組成的天線設(shè)計(jì)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(gè)月減少為2個(gè)月，生產(chǎn)成本減少了20%-25%。

Optisys 公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力來自于設(shè)計(jì)和增材制造工藝兩個(gè)方面。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(chǎng)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(shí)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。

Optisys 公司在進(jìn)行天線仿真設(shè)計(jì)時(shí)使用了ANSYS工具。據(jù)了解，傳統(tǒng)的RF工程設(shè)計(jì)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，主要步驟包括：
1）手工計(jì)算
2）原型設(shè)計(jì)
3）測(cè)試
4）手動(dòng)調(diào)諧。
然后回到步驟1并迭代直到設(shè)計(jì)符合要求。這個(gè)過程可能需要一年或更長(zhǎng)時(shí)間來處理可以在系統(tǒng)中使用的最終設(shè)計(jì)。而仿真工具的使用使產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期減少到幾個(gè)月，并且最后的產(chǎn)品通過RF測(cè)試無(wú)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(hào)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