GLI INGEGNERI DEL LABORATORIO DI RICERCA DELLA MARINA DEGLI STATI UNITI STAMPANO IN 3D ARRAY DI ANTENNE CILINDRICHE LEGGERE FUNZIONALI
Gli ingegneri del US Navy Research Laboratory (NRL) hanno implementato una stampante 3D per fabbricare componenti di antenna ottimizzati che potrebbero essere la chiave per far avanzare le capacità di monitoraggio radar della US Navy .
Utilizzando la stampa 3D, gli ingegneri sono stati in grado di creare array cilindrici a un costo inferiore e con tempi di consegna ridotti rispetto a quelli sostenuti utilizzando apparecchiature specializzate convenzionali. Le parti risultanti si sono rivelate anche significativamente più leggere rispetto alle iterazioni precedenti, potenzialmente prestando loro nuove applicazioni di navigazione o difesa per uso finale.
“La stampa 3D è un modo per produrre prototipi rapidi e superare più iterazioni di progettazione molto rapidamente, con un costo minimo”, ha affermato l’ingegnere elettrico di NRL Anna Stumme. “La leggerezza delle parti stampate ci consente inoltre di portare la tecnologia verso nuove applicazioni, dove il peso elevato delle parti metalliche solide era solito limitarci.”
Durante il funzionamento in mare, le navi militari fanno molto affidamento sui loro radar, non solo come mezzo di navigazione marittima, ma monitorando a distanza i movimenti di potenziali aggressori. Questi sistemi critici sono alimentati da array composti da antenne interconnesse, ma sono spesso soggetti a rotture, che richiedono la loro rapida sostituzione.
Al momento, tali parti provvisorie sono ordinate o lavorate in modo complesso dal metallo, un processo che può richiedere settimane per essere completato. Utilizzando una stampante 3D d’altra parte, Stumme e i suoi colleghi NRL hanno scoperto che i componenti come gli array cilindrici ora possono essere fabbricati in poche ore, a causa del ridotto tempo di lavorazione e assemblaggio richiesto.
Tuttavia, mentre le forze di difesa straniere come la Marina olandese hanno adottato la stampa 3D INTAMSYS per fabbricare pezzi di ricambio su richiesta, l’NRL non lo considera ancora realistico. In effetti, gli ingegneri sostengono che la tecnologia ha un maggiore potenziale nell’iterazione rapida di nuovi progetti, qualcosa che hanno messo a frutto con il loro nuovo array di antenne.
“Non stiamo cercando di dire che dobbiamo stampare tutto in 3D e metterlo su una nave perché non è realistico”, ha spiegato Stumme. “Non sappiamo necessariamente come potrebbe reggere in quell’ambiente. Per noi è un modo per testare più iterazioni di progettazione in un breve lasso di tempo. “
Dopo aver vinto un premio per la loro ricerca iniziale al Simposio sulle applicazioni dell’antenna del 2019, il team NRL ha scelto di indagare su come la stampa 3D potrebbe essere utilizzata per ottimizzare il peso delle parti correlate. Per cominciare, gli ingegneri hanno fabbricato una serie di prototipi in nylon, prima di galvanizzarli presso la struttura di ricerca sui sistemi autonomi del laboratorio.
Durante il processo, i ricercatori sono stati in grado di aggiungere un sottile strato di metallo a ciascuna parte, fornendo loro la superficie conduttiva necessaria per le applicazioni di relè. Una volta pronti, i prototipi sono stati sottoposti a test di caratterizzazione della rugosità superficiale, che hanno effettivamente permesso al team di valutare l’impatto della finitura esterna sulle loro prestazioni.
“La rugosità superficiale è importante per le guide d’onda e le antenne perché può causare perdite di dispersione e risultare in un’antenna meno efficiente”, ha spiegato Nick Charipar, capo della sezione Sistemi e materiali applicati. “Le antenne irradiano e ricevono le onde. Quindi, se un’onda corre lungo una superficie ruvida, viene distorta e l’energia potrebbe non andare dove vuoi che vada. “
Dopo i test iniziali, la divisione Radar dell’NRL ha installato i componenti per vedere come hanno influenzato la funzionalità del radar, scoprendo che le caratteristiche di ciascuna stampante 3D hanno influenzato le prestazioni del dispositivo. Di conseguenza, il team ha concluso che se è possibile identificare un set di parametri ottimizzato, è possibile produrre rapidamente array di ricambio in qualsiasi parte del mondo.
Entro la fine dell’anno, Stumme e l’equipaggio dell’NRL intendono concludere il loro studio con un test sul campo di un’apertura di matrice cilindrica prototipo, integrandola in un radar di sorveglianza in banda X. Gli array, che vengono utilizzati per fornire una visibilità a 360 o alle piccole navi, saranno stampati in 3D utilizzando fibre ottiche leggere, garantendo loro prestazioni termiche potenziate.
