01 Introducció
La fabricació additiva (AM) de ceràmica està revolucionant el disseny i la producció de components electrònics de microones en sistemes de comunicació espacial. La ceràmica és indispensable en aquests dispositius per les seves excel·lents propietats electromagnètiques, l'alta estabilitat tèrmica i la seva excel·lent resistència mecànica. Mitjançant AM, la forma i les dimensions dels materials ceràmics es poden controlar amb precisió, cosa que els permet complir amb els estrictes requisits de precisió i rendiment de l'electrònica de microones. A més, els components de blindatge electromagnètic tenen un paper crucial per reduir la interferència electromagnètica i garantir una transmissió estable del senyal. L'ús de ceràmica fabricada additivament ofereix un nou mètode per optimitzar el rendiment de l'aïllament i millorar l'eficàcia del blindatge.
Processament làser i feix d'electrons
02 Filtres fabricats additivament
Els materials ceràmics presenten una estabilitat química i una resistència a la corrosió extremadament elevades, la qual cosa els fa adequats per a un ús a llarg termini-en entorns durs com a filtres. A més, la integració de materials dielèctrics amb AM promou una àmplia gamma de constants dielèctriques (εr). El mateix material dielèctric pot aconseguir diferents valors εr modificant paràmetres com ara la mida de l'obertura, la geometria i l'estructura jeràrquica. Això permet personalitzar els filtres ceràmics per satisfer requisits específics i optimitzar l'eficiència i la precisió del filtrat.
Un exemple és un filtre de guia d'ones dielèctric monolític fabricat mitjançant la tecnologia de fabricació de ceràmica (LCM) basada en litografia-. El filtre està dissenyat per funcionar a 11,5 GHz amb una amplada de banda de 850 MHz i està fabricat a partir d'un disc dielèctric d'una -peça, que està platejat-per imitar la funcionalitat d'una carcassa metàl·lica convencional. La tecnologia LCM proporciona flexibilitat de disseny sense necessitat de motlles personalitzats i permet una fabricació més precisa. La metal·lització de les estructures ceràmiques aprofita la resistència de les ceràmiques a altes temperatures, la resistència a la corrosió i les propietats aïllants, alhora que les combina amb la força i la conductivitat dels metalls per optimitzar el rendiment.
Figura 1.(a) Filtre de guia d'ones dielèctrics de quart -ordre, (b) BPF basat en un ressonador hemisfèric de quart -ordre, (c) filtre triplexor de banda C-.
Processament làser i feix d'electrons
03 Ressonadors fabricats additivament
Els ressonadors són dispositius electrònics capaços d'oscil·lació estable a freqüències específiques i s'utilitzen àmpliament en la generació de freqüències i el processament de senyals. Els senyals de microones i d'alta-freqüència s'utilitzen habitualment en comunicacions per satèl·lit i sistemes de radar. L'alta estabilitat i l'alt factor Q- dels ressonadors dielèctrics els fan ideals per a aquestes aplicacions.
La funcionalitat dels ressonadors dielèctrics es basa en la resposta dels materials dielèctrics a les ones electromagnètiques. La velocitat de propagació d'aquestes ones està determinada per l'εr del material, mentre que la mida, la forma i les propietats del material dielèctric utilitzat en el ressonador afecten la seva freqüència de ressonància. Amb AM, els ressonadors dielèctrics es poden dissenyar i fabricar per ser miniaturitzats i d'alt-rendiment, adaptats a diversos requisits. Això optimitza la propagació del senyal de radar i les característiques de reflexió. Aquest enfocament permet una producció més personalitzada, precisa i rendible-de ressonadors dielèctrics.
Figura 2.(a) Esquema de l'estructura de l'antena, (b) ressonador tri-mode, (c) antena de ressonador dielèctric anisòtrop uniaxial.
Processament làser i feix d'electrons
04 Sensors fabricats additivament
Els sensors AM es beneficien de geometries i arquitectures personalitzables i complexes. Quan es combinen amb les propietats piezoelèctriques, termoelèctriques i piezoresistives dels materials ceràmics, permeten aplicacions de detecció d'alta-precisió i alt-rendiment.
Els sensors ceràmics piezoelèctrics, caracteritzats pel seu comportament d'acoblament electromecànic únic, són cada cop més importants en l'aeroespacial. Proporcionen un seguiment precís de la pressió, la temperatura i la vibració, i s'utilitzen àmpliament per avaluar les condicions de funcionament de motors, fuselatges i altres components aeroespacials crítics.
A causa de la fragilitat inherent de la ceràmica, el desenvolupament de la ceràmica flexible s'ha convertit en un focus de recerca clau. Per fer-ho, es va desenvolupar un sensor de pressió de ceràmica composta flexible mitjançant DLP AM, combinant BaTiO3 amb MWCNTs en una resina fotosensible per optimitzar el rendiment dielèctric i la flexibilitat mecànica. Com es mostra a la figura, es va dissenyar una estructura de concentració d'estrès-forma de rellotge de sorra- per millorar la sensibilitat. L'anàlisi i els experiments d'elements finits van confirmar la millora de la sensibilitat lineal en un ampli rang de pressió, demostrant la viabilitat del DLP en sensors flexibles d'alt rendiment-.
Figura 3.(a) Sensor de pressió capacitiu flexible, (b) compostos piezoelèctrics flexibles i esquema d'un petit robot.
Processament làser i feix d'electrons
05 Conclusió
La fabricació additiva de ceràmica permet personalitzar les propietats de la ceràmica com ara una alta resistència a la calor, una baixa conductivitat tèrmica i un excel·lent blindatge electromagnètic, cosa que els fa ideals per a aplicacions aeroespacials, com ara sistemes de comunicació, radar i protecció tèrmica. En comparació amb la fabricació tradicional, AM ofereix avantatges significatius per a components ceràmics complexos, proporcionant una major flexibilitat de disseny per crear geometries complicades i estructures lleugeres. Això és especialment valuós a l'aeronautica, on la reducció de pes pot millorar substancialment l'eficiència i el rendiment del combustible.
AM també admet la integració de components, combinant diverses funcions-com ara la integritat estructural, la resistència tèrmica i el blindatge electromagnètic-en una sola peça, reduint així el nombre de components i simplificant el muntatge. A més, aquestes tecnologies permeten la creació ràpida de prototips i ajustos de disseny basats en la retroalimentació del rendiment.
