01 مقدمه
ساخت افزودنی (AM) سرامیک، انقلابی در طراحی و تولید قطعات الکترونیکی مایکروویو در سیستمهای ارتباطی فضایی است. سرامیک ها به دلیل خواص الکترومغناطیسی عالی، پایداری حرارتی بالا و استحکام مکانیکی فوق العاده در چنین دستگاه هایی ضروری هستند. از طریق AM، شکل و ابعاد مواد سرامیکی را می توان دقیقاً کنترل کرد و آنها را قادر می سازد تا الزامات دقیق برای دقت و عملکرد در الکترونیک مایکروویو را برآورده کنند. علاوه بر این، اجزای محافظ الکترومغناطیسی نقش مهمی در کاهش تداخل الکترومغناطیسی و تضمین انتقال سیگنال پایدار دارند. استفاده از سرامیک های ساخته شده با مواد افزودنی روش جدیدی برای بهینه سازی عملکرد عایق و افزایش اثربخشی محافظ ارائه می دهد.
پردازش پرتو لیزر و الکترونی
02 فیلترهای افزودنی ساخته شده
مواد سرامیکی پایداری شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی بسیار بالایی از خود نشان می دهند که آنها را برای استفاده طولانی مدت در محیط های خشن به عنوان فیلتر مناسب می کند. علاوه بر این، ادغام مواد دی الکتریک با AM طیف گسترده ای از ثابت های دی الکتریک (εr) را ارتقا می دهد. یک ماده دی الکتریک یکسان می تواند با تغییر پارامترهایی مانند اندازه دیافراگم، هندسه و ساختار سلسله مراتبی به مقادیر εr متفاوتی دست یابد. این امکان سفارشی سازی فیلترهای سرامیکی را برای برآوردن نیازهای خاص و بهینه سازی راندمان و دقت فیلتر فراهم می کند.
یک مثال فیلتر موجبر دی الکتریک یکپارچه است که با استفاده از فناوری تولید سرامیک مبتنی بر لیتوگرافی (LCM) ساخته شده است. این فیلتر برای کارکرد در فرکانس 11.5 گیگاهرتز با پهنای باند 850 مگاهرتز طراحی شده است و از یک دی الکتریک تک تکه- ساخته شده است که به منظور تقلید از عملکرد یک محفظه فلزی معمولی، با روکش نقره- ساخته شده است. فناوری LCM انعطافپذیری طراحی را بدون نیاز به قالبهای سفارشی فراهم میکند و امکان ساخت دقیقتر را فراهم میکند. متالیزاسیون سازه های سرامیکی از مقاومت سرامیک ها در برابر دماهای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و خواص عایق استفاده می کند، در حالی که آنها را با استحکام و رسانایی فلزات برای بهینه سازی عملکرد ترکیب می کند.
شکل 1.(الف) -فیلتر موجبر دی الکتریک مرتبه چهارم، (ب) BPF بر اساس رزوناتور نیمکره مرتبه چهارم، (ج) فیلتر تری پلکسر باند C-.
پردازش پرتو لیزر و الکترونی
03 تشدید کننده های ساخته شده به صورت افزودنی
تشدید کننده ها دستگاه های الکترونیکی هستند که قادر به نوسان پایدار در فرکانس های خاص هستند و به طور گسترده در تولید فرکانس و پردازش سیگنال استفاده می شوند. سیگنالهای مایکروویو و فرکانس بالا-معمولاً در ارتباطات ماهوارهای و سیستمهای راداری استفاده میشوند. پایداری بالا و ضریب Q بالا{3}} تشدید کننده های دی الکتریک آنها را برای چنین کاربردهایی ایده آل می کند.
عملکرد تشدید کننده های دی الکتریک بر اساس پاسخ مواد دی الکتریک به امواج الکترومغناطیسی است. سرعت انتشار این امواج توسط εr ماده تعیین می شود، در حالی که اندازه، شکل و خواص ماده دی الکتریک به کار رفته در تشدید کننده بر فرکانس تشدید آن تأثیر می گذارد. با AM، تشدید کنندههای دی الکتریک را میتوان به گونهای طراحی و تولید کرد که مینیاتوری میشوند و{2}}با عملکرد بالا، متناسب با نیازهای مختلف هستند. این ویژگی انتشار سیگنال و بازتاب رادار را بهینه می کند. چنین رویکردی تولید سفارشیتر، دقیقتر و مقرونبهصرفهتر تشدیدگرهای دیالکتریک را ممکن میسازد.
شکل 2.(الف) شماتیک ساختار آنتن، (ب) تشدیدگر سه حالته، (ج) آنتن تشدید کننده دی الکتریک ناهمسانگرد تک محوری.
پردازش پرتو لیزر و الکترونی
04 سنسورهای ساخته شده به صورت افزودنی
حسگرهای AM از هندسه ها و معماری های قابل تنظیم و پیچیده بهره می برند. هنگامی که با خواص پیزوالکتریک، ترموالکتریک و پیزومقاومتی مواد سرامیکی ترکیب میشوند، کاربردهای سنجش دقیق{{1} و عملکرد بالا را ممکن میسازند.
سنسورهای سرامیکی پیزوالکتریک که با رفتار جفت الکترومکانیکی منحصر به فرد خود مشخص می شوند، در هوافضا اهمیت فزاینده ای دارند. آنها نظارت دقیقی بر فشار، دما و ارتعاش دارند و به طور گسترده برای ارزیابی شرایط عملیاتی موتورها، بدنهها و سایر اجزای حیاتی هوافضا استفاده میشوند.
به دلیل شکنندگی ذاتی سرامیک ها، توسعه سرامیک های انعطاف پذیر به یک مرکز تحقیقاتی کلیدی تبدیل شده است. برای رفع این مشکل، یک سنسور فشار کامپوزیت سرامیکی انعطافپذیر با استفاده از DLP AM ساخته شد که BaTiO3 را با MWCNT در یک رزین حساس به نور برای بهینهسازی عملکرد دیالکتریک و انعطافپذیری مکانیکی ترکیب میکند. همانطور که در شکل نشان داده شده است، یک ساختار تمرکز-به شکل ساعت شنی{4} برای افزایش حساسیت طراحی شده است. تجزیه و تحلیل اجزای محدود و آزمایشها حساسیت خطی بهبود یافته را در یک محدوده فشار گسترده تأیید کردند، که امکانسنجی DLP را در حسگرهای انعطافپذیر{6} با کارایی بالا نشان میدهد.
شکل 3.(الف) سنسور فشار خازنی انعطاف پذیر، (ب) کامپوزیت های پیزوالکتریک انعطاف پذیر و شماتیک یک ربات کوچک.
پردازش پرتو لیزر و الکترونی
05 نتیجه گیری
ساخت افزودنی سرامیکها، ویژگیهای سرامیکی مانند مقاومت در برابر حرارت بالا، رسانایی حرارتی کم، و محافظ الکترومغناطیسی عالی را امکانپذیر میسازد و آنها را برای کاربردهای هوافضا از جمله سیستمهای ارتباطی، رادار و حفاظت حرارتی ایدهآل میسازد. در مقایسه با تولید سنتی، AM مزایای قابل توجهی را برای اجزای پیچیده سرامیکی ارائه میدهد و انعطافپذیری طراحی بیشتری را برای ایجاد هندسههای پیچیده و ساختارهای سبک ارائه میدهد. این امر به ویژه در هوافضا ارزشمند است، جایی که کاهش وزن می تواند به طور قابل ملاحظه ای کارایی و عملکرد سوخت را بهبود بخشد.
AM همچنین از یکپارچهسازی اجزا پشتیبانی میکند و عملکردهای متعدد-مانند یکپارچگی ساختاری، مقاومت حرارتی، و محافظ الکترومغناطیسی- را در یک بخش ترکیب میکند، در نتیجه تعداد اجزا را کاهش میدهد و مونتاژ را ساده میکند. علاوه بر این، این فناوری ها امکان نمونه سازی سریع و تنظیمات طراحی را بر اساس بازخورد عملکرد فراهم می کنند.
