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Antenas más ligeras gracias a la impresión 3D

Publicado el enero 20, 2025 por Carol S.

Con la evolución de los medios de comunicación inalámbricos, el auge de Internet y el crecimiento de las aplicaciones aeroespaciales, la demanda de antenas eficientes y livianas se ha vuelto crucial. Las redes 5G y 6G han acelerado esta tendencia y los actores del sector necesitan encontrar soluciones para producir más rápido, mejor y a menor coste. La fabricación aditiva podría aportar algunas respuestas a estos retos, dada su flexibilidad y las geometrías que puede producir. Esto es lo que ha estado estudiando un equipo de investigadores dirigido por Xiaoyu (Rayne) Zheng, profesor asociado del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la UC Berkeley. Junto a colegas del mismo departamento, han desarrollado una plataforma de fabricación aditiva que permite diseñar antenas complejas de manera rápida.

Según un reciente estudio publicado por Mordor Intelligence, se prevé que el mercado de las antenas alcance los 34,240 millones de dólares en 2029, lo que representa un crecimiento anual del 7,8% durante el periodo analizado (2024-2029). Como todos sabemos, las antenas son cada vez más numerosas dado que son necesarias para la comunicación. Son componentes de todos los equipos de radio capaces de transmitir y recibir energía en forma de ondas electromagnéticas. Hablamos aquí del Internet de las Cosas, 5 y 6G, ciertas comunicaciones por satélite, etc. Estos componentes tienen que ser lo más pequeños y ligeros posible, sin dejar de ofrecer un alto rendimiento y velocidad. La mayoría de las veces se fabrican mediante mecanizado, pero las tecnologías 3D se están volviendo cada vez más interesantes en su fabricación, sobre todo gracias a la integración de estructuras reticulares que pueden reducir considerablemente el peso final de la antena.

Rejilla de emisión de gradiente de fase con tres capas de anillos S interpenetrados y materiales dieléctricos (Créditos: X. Zheng)

Las antenas y la impresión 3D

El uso de la fabricación aditiva para producir antenas tiene ciertas limitaciones. Los procesos que existen actualmente en el mercado no permiten mezclar determinados materiales: normalmente hay que elegir entre una antena totalmente dieléctrica o totalmente metálica. El resultado es que algunas aplicaciones no pueden realizarse. Y cuando es posible mezclarlos, hay que pasar por pasos de postprocesado muy laboriosos o por recorridos de herramientas y sustratos que dificultan el pleno aprovechamiento de la fabricación aditiva. En resumen, las soluciones actuales no son suficientes.

Con esto en mente, Zheng y su equipo han desarrollado una nueva plataforma de impresión 3D. Él explica: «Presentamos la impresión 3D programada multimaterial como una plataforma versátil y universal para la producción rápida de casi cualquier tipo de sistema de antena 3D». ¿Qué han hecho concretamente? Denominado deposición programada de carga (CPD), es un proceso que controla la polaridad de la carga mediante la impresión multimaterial de fotomonómeros. El equipo utiliza la estereolitografía para depositar fotopolímeros en distintos lugares, creando una especie de mosaico tridimensional. A continuación, estos fotopolímeros atraerán los iones metálicos depositados por metalizado sobre la estructura 3D. Esto ofrece la posibilidad de controlar el diseño de la antena final.

El equipo añadió: «El CPD permite esencialmente obtener cualquier estructura compleja en 3D, incluidas las matrices intrincadas y ha demostrado la deposición de cobre con una conductividad casi intacta, así como materiales magnéticos, semiconductores, nanomateriales y combinaciones de los mismos». El equipo sigue trabajando en la creación de antenas complejas, pero quieren ir aún más lejos, hasta conseguir que el proceso de fabricación sea más rápido y sencillo. Puedes encontrar más información en el estudio publicado AQUÍ.

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