01 Úvod
Aditivní výroba (AM) keramiky přináší revoluci v navrhování a výrobě mikrovlnných elektronických součástek ve vesmírných komunikačních systémech. Keramika je v takových zařízeních nepostradatelná díky jejich vynikajícím elektromagnetickým vlastnostem, vysoké tepelné stabilitě a vynikající mechanické pevnosti. Prostřednictvím AM lze přesně řídit tvar a rozměry keramických materiálů, což jim umožňuje splnit přísné požadavky na přesnost a výkon v mikrovlnné elektronice. Komponenty elektromagnetického stínění navíc hrají klíčovou roli při snižování elektromagnetického rušení a zajišťování stabilního přenosu signálu. Použití aditivně vyrobené keramiky nabízí novou metodu optimalizace izolačního výkonu a zvýšení účinnosti stínění.
Zpracování laserem a elektronovým paprskem
02 Aditivně vyráběné filtry
Keramické materiály vykazují extrémně vysokou chemickou stabilitu a odolnost proti korozi, díky čemuž jsou vhodné pro dlouhodobé-použití v drsných prostředích jako filtry. Kromě toho integrace dielektrických materiálů s AM podporuje širokou škálu dielektrických konstant (εr). Stejný dielektrický materiál může dosáhnout různých hodnot εr úpravou parametrů, jako je velikost otvoru, geometrie a hierarchická struktura. To umožňuje přizpůsobení keramických filtrů specifickým požadavkům a optimalizaci účinnosti a přesnosti filtrace.
Jedním příkladem je monolitický dielektrický vlnovodový filtr vyrobený pomocí technologie litografie{0}} Ceramic Manufacturing (LCM). Filtr je navržen pro provoz na frekvenci 11,5 GHz se šířkou pásma 850 MHz a je vyroben z jednoho-dielektrického disku, který je postříbřený-, aby napodoboval funkce běžného kovového pouzdra. Technologie LCM poskytuje flexibilitu designu bez potřeby vlastních forem a umožňuje přesnější výrobu. Metalizace keramických struktur využívá odolnost keramiky vůči vysokým teplotám, odolnost proti korozi a izolační vlastnosti, přičemž je kombinuje s pevností a vodivostí kovů pro optimalizaci výkonu.
Obrázek 1(a) Dielektrický vlnovodný filtr čtvrtého -řádu, (b) BPF založený na hemisférickém rezonátoru -řádu čtvrtého řádu, (c) C-pásmový triplexní filtr.
Zpracování laserem a elektronovým paprskem
03 Aditivně vyráběné rezonátory
Rezonátory jsou elektronická zařízení schopná stabilní oscilace na konkrétních frekvencích a jsou široce používána při generování frekvence a zpracování signálu. Mikrovlnné a vysokofrekvenční-signály se běžně používají v satelitní komunikaci a radarových systémech. Vysoká stabilita a vysoký Q-faktor dielektrických rezonátorů je činí ideálními pro takové aplikace.
Funkčnost dielektrických rezonátorů je založena na reakci dielektrických materiálů na elektromagnetické vlny. Rychlost šíření těchto vln je určena εr materiálu, zatímco velikost, tvar a vlastnosti dielektrického materiálu použitého v rezonátoru ovlivňují jeho rezonanční frekvenci. Pomocí AM lze dielektrické rezonátory navrhovat a vyrábět tak, aby byly miniaturizované a vysoce výkonné-, přizpůsobené různým požadavkům. Tím se optimalizuje šíření radarového signálu a charakteristiky odrazu. Takový přístup umožňuje přizpůsobenější, přesnější a nákladově{5}}efektivnější výrobu dielektrických rezonátorů.
Obrázek 2(a) Schéma struktury antény, (b) tri{0}}vidový rezonátor, (c) jednoosá anizotropní dielektrická rezonátorová anténa.
Zpracování laserem a elektronovým paprskem
04 Aditivně vyráběné senzory
AM senzory těží z přizpůsobitelných a složitých geometrií a architektur. V kombinaci s piezoelektrickými, termoelektrickými a piezorezistivními vlastnostmi keramických materiálů umožňují vysoce-přesné a vysoce{2}}výkonné aplikace snímání.
Piezoelektrické keramické senzory, charakteristické svým jedinečným elektromechanickým vazebným chováním, jsou v letectví stále důležitější. Poskytují přesné monitorování tlaku, teploty a vibrací a jsou široce používány pro hodnocení provozních podmínek motorů, trupů a dalších kritických leteckých součástí.
Vzhledem k přirozené křehkosti keramiky se vývoj flexibilní keramiky stal klíčovým výzkumným střediskem. K vyřešení tohoto problému byl vyvinut flexibilní keramický kompozitní tlakový senzor pomocí DLP AM, který kombinuje BaTiO3 s MWCNTs ve fotocitlivé pryskyřici pro optimalizaci dielektrického výkonu a mechanické flexibility. Jak je znázorněno na obrázku, struktura koncentrace stresu-ve tvaru přesýpacích hodin byla navržena pro zvýšení citlivosti. Analýza konečných prvků a experimenty potvrdily zlepšenou lineární citlivost v širokém rozsahu tlaků, což prokázalo proveditelnost DLP ve vysoce-výkonných flexibilních senzorech.
Obrázek 3(a) Flexibilní kapacitní snímač tlaku, (b) flexibilní piezoelektrické kompozity a schéma malého robota.
Zpracování laserem a elektronovým paprskem
05 Závěr
Aditivní výroba keramiky umožňuje přizpůsobení vlastností keramiky, jako je vysoká tepelná odolnost, nízká tepelná vodivost a vynikající elektromagnetické stínění, díky čemuž jsou ideální pro letecké aplikace včetně komunikačních systémů, radarů a tepelné ochrany. Ve srovnání s tradiční výrobou nabízí AM významné výhody pro složité keramické komponenty, poskytuje větší flexibilitu designu pro vytváření složitých geometrií a lehkých struktur. To je zvláště cenné v letectví, kde snížení hmotnosti může podstatně zlepšit účinnost paliva a výkon.
AM také podporuje integraci komponent, spojuje několik funkcí,{0}}jako je strukturální integrita, tepelná odolnost a elektromagnetické stínění,-do jediné součásti, čímž se snižuje počet komponent a zjednodušuje se montáž. Tyto technologie navíc umožňují rychlé vytváření prototypů a úpravy návrhu na základě zpětné vazby výkonu.
