研究微激光燒結增材制造技術在金屬3D打印喇叭天線結構中的應用潛力

來源： 長三角G60激光聯(lián)盟

利用增材制造技術生產(chǎn)的天線結構應用廣泛，前景廣闊。本研究明確側重于利用微激光燒結（MLS）三維（3D）打印技術制造兩個與標準 Pasternack® 喇叭天線相同的矩形喇叭天線，使制造過程簡單明了。目的是研究表面粗糙度如何影響 18 - 26.5 GHz 頻率范圍內(nèi)的天線性能。使用輪廓儀測量，一根天線經(jīng)過拋光，另一根未作任何處理，表面粗糙度分別為 4 微米和 6 微米。然后，使用矢量網(wǎng)絡分析儀評估其反射系數(shù)、傳輸特性和輻射模式，并確定拋光和未拋光天線的增益分別為 8.83 和 9.14 dBi。研究發(fā)現(xiàn)，拋光和未拋光天線的性能相似，其特性與模擬天線和標準天線非常接近。最后，將 MLS 打印金屬天線的性能與使用其他3D打印技術制作的喇叭天線進行了比較。結果表明，MLS 打印的金屬結構具有更好的性能，表明MLS技術在打印三維金屬電磁設計方面具有巨大潛力。

喇叭天線的幾何形狀（CAD 模型）；（a）等距視圖和（b）底視圖。

(a) 3D microprint GmbH DMP50GP 和打印的喇叭天線表面 (b) 未拋光 (c) 已拋光。

ANSYS HFSS 上模擬的喇叭天線（a）幾何形狀（b）二維增益和（c）輻射特性。

(a) 利用 3D MLS 打印技術制作喇叭天線的過程。(b) 最終原型。

未經(jīng)拋光和拋光的 3D 打印喇叭天線照片（a）剖面圖、（b）孔徑視圖和（c）法蘭視圖。

利用3D打印技術制作了兩個 K 波段喇叭天線，以測試表面粗糙度對天線性能的影響。MLS 3D打印技術和 17-4 PH 不銹鋼粉末制造天線。一根天線經(jīng)過拋光，另一根則未拋光，以確定表面粗糙度對性能的影響。測量結果表明，表面粗糙度對 MLS 印刷天線的性能沒有顯著影響。然而，由于 MLS 印刷系統(tǒng)的最大高度限制，導致尺寸略有不同，因此與模擬喇叭天線和標準喇叭天線相比，性能略有差異。因此，今后我們將重點改進建模和制造工藝，以實現(xiàn)與標準和模擬天線的性能趨同。此外，研究人員還將 MLS 打印天線的性能與使用其他 3D 打印技術制作的類似天線進行了比較，從而證實了 MLS 打印技術在金屬 3D 打印組件方面的潛力。

論文鏈接：https://doi.org/10.1049/tje2.12398