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Per 3D-Druck zur 5G-Antenne?

Auf 12. Juni 2020 von Sandra S. veröffentlicht

Das Thema 5G ist spätestens seit der Versteigerung der Mobilfunkfrequenzen durch die Bundesnetzagentur im vergangenen Jahr ein ständig diskutiertes Thema. Es wird gar von einem Wettrennen der Wirtschaft Deutschlands, Chinas und der USA gesprochen, bei der Deutschland den Leitmarkt anstrebt. Auch zwischen den verschiedenen Anbietern entstand ein Ringen um die Technologieführerschaft: die Deutsche Telekom, Telefónica, Vodafone und 1 & 1 Drillisch investierten bislang alleine in Deutschland insgesamt 65 Milliarden Euro und der Ausbau soll noch teuerer werden: zwar existieren in Deutschland bereits 80.000 Mobilfunkmasten, doch diese müssen aufgerüstet werden und teilweise mit Glasfaserkabel verbunden werden, was sehr kostenintensiv ist. 5G wird von Investoren für neue Technologien wie Frank Thelen neben künstlicher Intelligenz und 3D-Druck als die Technologie der Zukunft gesehen. Nun soll der 3D-Druck eingesetzt werden, um die Kosten der nötigen Hardware für 5G zu reduzieren. Wir wollen Ihnen im Folgenden die Vor-und Nachteile von 5G erklären und erklären, welche Rolle der 3D-Druck dabei in Zukunft einnehmen könnte.

Vorteile von 5G und Herausforderungen

Euro5G steht für die 5. Generation des Mobilfunknetzes und soll die Datenübertragung hundertmal schneller als 4G ermöglichen. Die Latenzzeiten, also die Zeit, die Daten vom Sender bis zum Empfänger benötigen, sollen auf unter eine Millisekunde sinken, weshalb häufig der Begriff „Echtzeit“ mit 5G in Verbindung gebracht wird.  Zudem sollen bis zu 1 Millionen Geräte gleichzeitig im Netz sein können, was einen Grundstein für die Digitalisierung Deutschlands und somit die Industrie 4.0 legen soll. Auch Bereiche wie Augmented Reality als Liveübertragung, autonomes Fahren und schnelles Streaming sollen dadurch Wirklichkeit werden. Besonders in der derzeitigen Krisensituation wird vielen Nutzern deutlich, wie wichtig eine stabile und schnelle Internetverbindung ist. Doch bis 98 Prozent der Haushalte und Autobahnen mit dem 5G Netz ausgestattet sein sollen, wird es bis Ende 2022 dauern, schätzt die Bundesnetzagentur.

Neben Kritik am Hersteller Huawei und möglichen Spionagevorwürfen, weswegen sich die in Deutschland angesiedelten Investoren bisher von dem Hersteller distanziert haben, wird häufig vor der elektromagnetischen Strahlung gewarnt. Die Präsidentin des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS), Inge Paulini, hat nun Entwarnung gegeben: „Die gesundheitlichen Auswirkungen des Mobilfunks sind inzwischen gut erforscht.“

Trotz der bereits 80.000 verfügbaren Mobilfunkmasten in Deutschland verzögert sich der Ausbau auch ein Jahr nach der Versteigerung weiterhin. Grund hierfür sind auch die hohen damit verbundenen Kosten.

Die Hardware der bereits verfügbaren Masten muss ausgetauscht oder erweitert werden

3D-Druck als Lösung der Kostenfrage?

3D-Druck als mögliche Lösung zur Kostenreduzierung bei der Umrüstung der bereits verfügbaren Masten haben Forscher aus London untersucht und in ihrer Arbeit namens „mm-Wave Low Cost MIMO Antennas with Beam Switching Capabilities Fabricated Using 3D Printing for 5G Communication Systems“ im Januar diesen Jahres veröffentlicht.

Die Forscher rund um die Postdoktoranden Shaker Alkaraki und Yue Gao der Queen Mary University in London haben sich dabei Prototypen sogenannter MIMO-Antennen (Multiple Input Multiple Output) entwickelt und untersucht. Diese sollen in der Lage sein, Strahlen in verschiedene Richtungen zu übertragen und so eine Echtzeit-Übertragung per 5G zu ermöglichen. Der 3D-Druck soll neben einer Kostenreduktion im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren vor allem den Vorteil der Designfreiheit bieten. Dank einem komplexen Design, das per 3D-Druck ermöglicht wird, soll die Richtung des Antennenstrahls um bis zu 30 Grad flexibel verändert werden können. Die Antennen bestehen aus zwei verschiedenen Strukturen, die getrennt voneinander hergestellt und anschließend miteinander verbunden werden. Dabei wird bei der Fertigung der zweiten Struktur wird auf 3D-Druck zurückgegriffen: Mit dem Object 30 3D-Drucker mit einer Schichtdicke von 16 6 ?? und einer Präzision 100 ?? gefertigt und die Stützstrukturen entfernt. Das gedruckte Teil wird anschließend mit einer dünnen Silberschicht versehen. Die Forscher erklären in ihrer Arbeit, dass dank 3D-Druck neben der Kosten-auch eine Gewichtsreduzierung erfolgen kann

Nun könnten die im Rahmen der Arbeit untersuchten MIMO-Antennen tatsächlich Anwendung finden: zumindest arbeitet der spanische Telefónica in Sachen 5G mit Ericsson zusammen, die in einer Pressemitteilung die Untersuchung von verschiedenen , darunter auch mittels 3D-Druck entwickelte, Wellenleitertechnologien aufzeigt.

Vergleich Wellenleitertechnologien: Abmessungen, Kosten und Performance (Bildnachweis Ericsson)

Es bleibt abzuwarten, ob sich Ericsson für die Verwendung 3D-gedruckten Wellenleiter entscheidet. Falls Sie mehr über die 3D-gedruckten Antennen erfahren wollen, können Sie hier die obig benannte Arbeit über die 3D-gedruckte Antenne für 5G-Netz von Shaker Alkaraki und Yue Gao finden. Möchten Sie eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach? Registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter und folgen Sie uns auf Facebook und Twitter um stets auf dem Laufenden zu bleiben! Außerdem sind wir auch auf LinkedIN und auf Youtube zu finden!

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