Aplicación del mes: la NASA usa la impresión 3D para fabricar antenas más accesibles

La fabricación aditiva ha dejado huella en muchas industrias incluida la del sector aeroespacial. Realmente, es uno de los sectores que mejor ha sabido aprovechar la tecnología. Una rama que desglosa de este sector y en la que también se ha adoptado la fabricación aditiva son las telecomunicaciones. La impresión 3D permite desarrollar antenas con diseños mejorados y materiales avanzados. Estas antenas son fundamentales para la transmisión de datos en misiones espaciales ya que facilitan la comunicación entre satélites, sondas y la Tierra.

Hace poco, ingenieros de la Near Space Network de la NASA y del grupo de Impresión 3D de Electrónica del Centro de Vuelos Espaciales Goddard desarrollaron y probaron una antena impresa en 3D con tecnología de Fortify. El proyecto buscaba demostrar las capacidades de diseño y fabricación de bajo costo de antenas eficientes que cumplan con las exigencias del sector. La antena se evaluó con satélites de retransmisión y se lanzó en un globo meteorológico desde la Columbia Scientific Facility de la NASA en Palestine, Texas. Este desarrollo tomó tan solo tres meses y representa un hito en la fabricación de equipos de comunicación de bajo costo para las futuras misiones espaciales.

La antena en la cámara anecoica electromagnética del Centro Goddard. (Créditos: NASA/Peter Moschetti)

El desarrollo de antenas impresas en 3D tiene muchos desafíos. La fabricación de antenas mediante impresión 3D es particularmente compleja debido a la necesidad de integrar materiales con propiedades electromagnéticas específicas y garantizar la conductividad adecuada para la transmisión de señales. Los ingenieros diseñaron una estructura optimizada para la transmisión de datos y utilizaron materiales innovadores. La NASA declaró que “gran parte de la antena está compuesta por un polímero de baja resistencia eléctrica, relleno de cerámica”, lo que le permitió mejorar la sintonización de las señales. Después del diseño y la impresión la antena se probó con los satélites de retransmisión de la NASA antes de ponerla a prueba en las alturas a bordo de un globo meteorológico.

Comprobando la eficiencia de la antena impresa en 3D por la NASA

Para la impresión 3D de la antena se utilizó tecnología de Fortify, una startup especializada en equipos para la fabricación de dispositivos de radiofrecuencia. Aunque no ha especificado el modelo exacto de la impresora utilizada, se sabe que Fortify entregó en agosto del año pasado una impresora Flux One al Centro de Investigación Glenn de la NASA. La agencia declaró que la plataforma de Fortify le permitió a sus ingenieros tener el control total sobre las propiedades electromagnéticas y mecánicas de la antena, logrando su fabricación en unas pocas horas. La antena resultante fue de tipo dipolo magnetoeléctrico, y lo que la caracteriza es su patrón de radiación en forma de dona. Una forma ampliamente utilizada en telecomunicaciones.

Fortify también desarrolla materiales dieléctricos para fabricar componentes y dispositivos empleados en sistemas de banda ancha, comunicación de alta frecuencia y detección. (Créditos: Fortify)

Como parte de las pruebas iniciales, la antena se trasladó a la cámara anecoica electromagnética del Centro Goddard, en Greenbelt, Maryland. Esta cámara, está diseñada para eliminar interferencias electromagnéticas, lo que permitió evaluar con precisión el rendimiento de la antena. Posteriormente, se realizaron pruebas de campo en la Columbia Scientific Balloon Facility, en Texas. En estas pruebas, la antena impresa en 3D se comparó con una antena de satélite estándar, evaluando su rendimiento en distintos ángulos y elevaciones.

La antena también fue sometida a condiciones extremas. Esta se instaló en un globo meteorológico que se elevó a 100.000 pies de altura, poco más de 30 kilómetros, con la finalidad de verificar su capacidad para enviar y recibir datos. Sorprendentemente, la antena superó exitosamente estas pruebas, confirmando su viabilidad para futuras aplicaciones espaciales.

Este ejemplo de aplicación por parte de la NASA abre nuevas posibilidades para la fabricación de antenas. Gracias a la rapidez del prototipado y la flexibilidad de diseño y materiales que ofrece la fabricación aditiva, la NASA podrá desarrollar sistemas de comunicación más eficientes y adaptados a distintas misiones.

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*Créditos de la foto de portada: NASA/Peter Moschetti