美海军利用3D打印制造天线阵列

时间:2021-03-11 20:22       来源: 中关村在线
  作为一种全新的制造能力,美国海军一直在关注3D打印的潜力,并投入大量资金来研究3D打印技术以及零件应用。近期,美国海军研究实验室(NRL)的工程师已经部署了3D打印机来制造优化的天线组件,这可能是提高美国海军雷达监视能力的关键。
 
美海军利用3D打印制造天线阵列
3D打印的优化圆柱阵列
 
  在海上航行时,海军舰船严重依赖雷达,不仅作为海上航行的一种手段,而且还监视远距离潜在侵略者的行动。这些关键系统由互连天线组成的阵列提供动力,但是它们经常会损坏,因此需要对其进行快速更换。
 
  目前,此类权宜之计的零件是从金属订购或复杂加工的,整个过程可能需要数周的时间才能完成。另一方面,Stumme和她的NRL同事使用3D打印机发现,由于减少了加工和组装时间,因此像圆柱阵列这样的组件现在可以在数小时内完成制造。
 
  但是,尽管荷兰海军等外国国防军已采用INTAMSYS 3D打印按需制造备件,但NRL认为这还不切实际。实际上,工程师们认为,该技术在快速迭代新设计中具有更大的潜力,他们已经将其新颖的天线阵列很好地利用了这一点。
 
美海军利用3D打印制造天线阵列
3D打印的圆柱阵列
 
  NRL团队在2019年天线应用研讨会上获得了初步研究奖,因此选择研究如何使用3D打印来优化相关零件的重量。首先,工程师在实验室的自主系统研究设施进行电镀之前,制造了一组尼龙原型。
 
  在此过程中,研究人员能够在每个零件上添加一个薄金属层,从而为它们提供中继应用所需的导电表面。准备就绪后,原型将进行表面粗糙度表征测试,这有效地使团队能够评估外观质量对其性能的影响。
 
  “表面粗糙度对波导和天线很重要,因为它会引起散射损耗并导致天线效率降低,”应用材料和系统部负责人Nick Charipar解释说。天线辐射并接收波。因此,如果波浪沿着粗糙的表面传播,它就会失真,并且能量可能不会传到您想要传播的地方。”
 
  在初始测试之后,NRL的Radar Division安装了这些组件,以查看它们如何影响雷达功能,并发现每台3D打印机的特性都会影响设备的性能。结果,该团队得出结论,如果可以确定优化的参数集,那么可以在世界任何地方快速生产备用阵列。
 
  今年晚些时候,Stumme和NRL小组打算通过对原型圆柱阵列孔径的现场测试结束他们的研究,并将其集成到X波段监视雷达中。这些阵列可为小型船舶提供360 o可视性,将使用轻型光纤进行3D打印,从而有可能提高其热性能。
Top