На фото — D-band (110–170 ГГц) рупорно-линзовая антенна 33 dBi, изготовленная 3D-печатью алюминием AlSi10Mg по технологии SLM с последующим золочением.В инженерных задачах миллиметрового диапазона долгое время существовало негласное правило: если требуется антенна, секция волновода или прецизионный узел — значит, потребуется фрезерование, гальваника, ювелирная механообработка, а иногда и ручная доводка. Это делало любые эксперименты дорогими, долгими и зависимыми от производственных мощностей.
Ситуация начала меняться, когда 3D-печать сумела выйти за пределы деталей машин и механизмов и стала уверенно использоваться для СВЧ-компонентов. На рынке появились технологии и материалы, позволяющие изготавливать волноводные компоненты, рупоры, антенны и даже более сложные структуры (фильтры и т.п.), работающие вплоть до субтерагерцового диапазона.
Но ключевое изменение состояло в том, что печать стала применяться не вместо металлообработки, а в дополнение к ней, открывая возможности, которые раньше были недоступны: быстрые итерации, экспериментальные образцы в виде “набора гипотез в металле”, более доступная мелкосерийность.
В компании ДОК внедрили в производство технологию изготовления рупорных, конусных и рупорно-линзовых антенн методом 3D-печати металлом по технологии SLM (Selective Laser Melting). Материал — алюминиевый сплав AlSi10Mg, оптимальный для высокочастотных конструкций благодаря малому весу, стабильности и хорошим электромагнитным свойствам.
Где 3D-печать действительно незаменима
Главное достоинство — скорость и стоимость итераций (версий) изделия. Когда инженеру нужно проверить форму рупора, геометрию щелевой антенны или поведение сложной волноводной структуры, печать позволяет буквально «пощупать идею» за несколько дней, а не ждать неделями, чтобы отдать на фрезеровку. Это меняет сроки НИОКР: цикл «смоделировал → напечатал → измерил → поправил» становится заметно быстрее (при условии, что есть приоритетный доступ к принтеру).
Второй важный плюс — свобода геометрии. Печатные технологии дают возможность создавать воздушные каналы, решетки, переходы и ажурные поверхности, которые невозможно или крайне сложно изготовить традиционными методами. Это особенно важно для антенных решеток, градиентных структур и волноводов с нетривиальными поперечными профилями.
От CAD-модели до печати: подготовка деталей — важный фактор
Чтобы деталь можно было не просто напечатать, а успешно измерить и подключить к волноводу, проводится длинный этап подготовки.
Сначала создается CAD-модель, но она почти никогда не соответствует формату, пригодному для печати напрямую. В модель закладывают компенсацию усадки материала, технологические фаски, опорные элементы (поддержки) и ориентацию объекта в рабочем пространстве принтера, что в целом минимизирует погрешности изготовления.
Затем выполняется проверка топологии: закрыты ли все объемы наращивания металла, корректны ли поверхности, нет ли самопересечений. Для волноводных структур особенно важно убедиться, что внутренние каналы имеют непрерывный и корректный профиль .
Далее инженер формирует проект печатной версии модели: выбираются толщины стенок, минимально допустимые элементы, тип поддержек, параметры слоя. На частотах выше ~40 ГГц эти решения напрямую влияют на ВЧ-потери.
Отдельный шаг — подготовка к гальваническому покрытию (для улучшения проводимости поверхностного слоя). Конструкция учитывает доступность внутренних полостей, радиусы переходов и минимальную ширину каналов, чтобы обеспечить равномерное нанесение покрытия. Иногда сложный проект делают разборным — печатают части волновода раздельно.
Выбор технологии — под задачу проекта
3D-печать металлом не является заменой иным технологиям для изготовления компонентов в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Именно проект диктует подбор оптимальной технологии:— классическую механообработку,— SLM-3D-печать металлами,— гальванопластику,— гибридные варианты технологий.
В РФ уже немало предприятий, которые применяют печать СВЧ-компонентов в диапазоне до 30-40 ГГц, включая изготовление антенн, волноводов, корпусов и переходов. Теперь с опытом компании ДОК освоен диапазон частоты вплоть до 170 ГГц, где применима 3D-печать металлом.
Тенденция очевидна: через несколько лет 3D-печать в России станет такой же обыденной частью инженерного процесса в технологиях мм-волн, как когда-то стала 3D-печать деталей для всевозможных машин и механизмов.
Источник: habr.com