Studio parametrico dei parametri di stampa additiva 3D utilizzando filamenti conduttivi su topologie a microonde

Antenne per la stampa 3D per testare il filamento conduttivo e i parametri di stampa 3D

Ricercatori dal Cile e dalla Spagna hanno utilizzato una varietà di campioni per studiare le impostazioni per i campioni di stampa 3D in ” Studio parametrico dei parametri di stampa additiva 3D utilizzando filamenti conduttivi su topologie a microonde “. Mentre l’accessibilità e l’accessibilità economica hanno accelerato in modo esponenziale per gli utenti della stampa 3D negli ultimi anni, l’abilità nell’impostazione dei parametri, insieme ai limiti dell’hardware di livello inferiore, è un argomento costante; qui, tuttavia, il team di ricerca aggiunge un altro livello di complessità all’equazione nella stampa 3D con filamenti conduttivi.

Mentre ci sono molti studi precedenti sulla stampa 3D con una varietà di tecniche e parametri diversi, raramente la conducibilità viene ulteriormente esplorata, con la maggior parte dei dati incentrati sui filamenti dielettrici; tuttavia, poiché l’accessibilità economica dei materiali continua ad espandersi, l’uso di filamenti conduttivi merita ulteriori studi sulla caratterizzazione, le prestazioni e le impostazioni.

“A seconda del software specifico utilizzato e della stampante, ogni prototipo può essere costruito in molti modi diversi in termini di percentuale di riempimento, dimensione della parete, altezza dello strato e modello di riempimento”, affermano i ricercatori.

Osservando i pochi filamenti compatibili sul mercato per la stampa 3D di base, i ricercatori hanno deciso di utilizzare il filamento conduttivo Electrifi da 1,75 mm in questo studio, offrendo una resistività di 0,006 Ω⋅ cm, scelta per il suo altissimo livello di conduttività rispetto a le poche altre disponibili.

La caratterizzazione è stata eseguita con una linea di trasmissione a microstriscia, utilizzando un substrato mirato al filamento conduttivo stampato su una stampante Ocular 3D modificata. Per la massima ottimizzazione, il team ha personalizzato l’hot-end con una macchina a controllo numerico, mirando a migliorare il flusso di filamenti e prevenire eventuali danni o intasamenti.

“Prima della caratterizzazione delle linee di microstriscia stampate in 3D, una linea di microstriscia di riferimento da 50 Ω è realizzata con fogli di rame sul PLA precedentemente caratterizzato”, hanno affermato i ricercatori. “Le dimensioni del supporto in PLA stampato sono 70 mm × 70 mm × 1,7 mm.

Perdite di trasmissione misurate della linea di trasmissione di riferimento sul PLA e confrontate con una linea microstrip standard incisa su FR-4.

“Per confrontare le misure e rimuovere le perdite dielettriche introdotte dal substrato, le perdite di trasmissione della linea di microstriscia di rame incisa sullo stesso substrato di PLA sono state sottratte dai risultati delle misurazioni del coefficiente di trasmissione della linea di microstriscia completamente 3D.”

Le impostazioni della stampante sono state stabilite una volta delineate le dimensioni della linea microstrip, con le percentuali di riempimento mostrate nella figura seguente:

Sono stati scelti riempimento concentrico, riempimento triangolare e riempimento a zig-zag, e sono stati costruiti motivi con altezze di strato di 0,2 mm, 0,25 mm e 0,3 mm, pensati per offrire stabilità durante la fabbricazione. Altezze dello strato inferiore si sono dimostrate meno stabili negli esperimenti precedenti. Complessivamente, il team ha stampato in 3D una varietà di 27 microstrip.

Alla fine furono costruite due diverse antenne: una patch microstrip e un corno piramidale. Il primo doveva essere come un tipico prodotto fabbricato, mentre l’altro doveva testare sia la topologia di un’antenna a diaframma con una guida d’onda, sia un metodo per valutare l’efficacia di un prodotto più leggero e il suo effetto sulle prestazioni. Il team ha testato entrambe le antenne in una camera anecoica.

“L’antenna a corno piramidale a basso peso ha mostrato un buon accordo rispetto all’antenna simulata, mostrando perdite inferiori rispetto all’antenna a microstriscia. Ciò può essere spiegato dal fatto che i valori delle correnti per la topologia delle guide d’onda tendono ad essere più bassi rispetto a una topologia risonante come l’antenna a microstriscia, ”hanno concluso i ricercatori. “Poiché l’antenna a tromba di basso peso ha un comportamento simile a quello del suo equivalente completamente metallico, può essere molto utile per applicazioni in cui il peso è un problema importante, come antenne con movimenti meccanici critici o antenne su veicoli aerei senza equipaggio (UAV) “.

Parametri di stampa 3D è una costante fonte di sfida-e-studio per gli utenti coinvolti in una vasta gamma di progetti provenienti da lavorazione di parametri e test strutture cellulari per ottimizzare i parametri per l’uso con altri materiali , e indagare i problemi tipici come rugosità superficiale .

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