Antenne più leggere grazie alla stampa 3D: un approccio futuristico?

Con l’avvento della tecnologia wireless, l’esplosione di Internet e la moltiplicazione delle applicazioni aerospaziali, la necessità di creare antenne efficienti e leggere è diventata impellente. Il 5G e il 6G hanno accelerato questo processo e gli operatori del settore si vedono costretti a trovare soluzioni per produrre delle antenne più efficientemente e rapidamente, riducendo al contempo i costi. Di fronte a queste sfide, la produzione additiva potrebbe fornire alcune risposte, data la sua flessibilità e le geometrie che è in grado di produrre. È quanto ha studiato un team di ricercatori guidato da Xiaoyu (Rayne) Zheng, professore associato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università di Berkeley. Hanno sviluppato una piattaforma di produzione additiva che consentirebbe di progettare antenne complesse nel più breve tempo possibile.

Uno studio recente pubblicato da Mordor Intelligence ha mostrato che si prevede che il mercato delle antenne raggiungerà i 34,24 miliardi di dollari entro il 2029, con una crescita annuale del 7,8% nel periodo analizzato (2024-2029). Sappiamo che saranno sempre più numerose perché necessarie alla comunicazione. Si tratta infatti di componenti presenti in tutte le apparecchiature radio in grado di trasmettere e ricevere energia sotto forma di onde elettromagnetiche. Ci si riferisce all’Internet delle cose, del 5G e del 6G, di alcune comunicazioni satellitari, ecc. Questi componenti devono essere il più possibile piccoli e leggeri, ma al tempo stesso efficienti e veloci. Nella maggior parte dei casi vengono realizzati tramite lavorazione meccanica, ma le tecnologie 3D stanno riscuotendo sempre più interesse, soprattutto grazie all’integrazione di strutture reticolari che consentono di ridurre notevolmente il peso finale dell’antenna.

Reticolo di emissione a gradiente di fase con tre strati di anelli S interpenetranti e materiali dielettrici (Crediti fotografici: X. Zheng)

Antenne e stampa 3D

L’uso della produzione additiva per la produzione di antenne presenta alcune limitazioni. I processi attualmente disponibili sul mercato non consentono di mescolare determinati materiali: in genere è necessario scegliere tra un’antenna completamente dielettrica o completamente metallica. Pertanto alcune applicazioni non possono essere realizzate. Tuttavia, quando è possibile mescolare i diversi materiali è necessario comunque passare attraverso fasi di post-processing molto invasive o attraverso percorsi di utensili e substrati che rendono difficile sfruttare appieno la produzione additiva. In sintesi, le soluzioni attuali non sono sufficienti.

È quindi in risposta a questa osservazione che Zheng e il suo team hanno sviluppato una nuova piattaforma di stampa 3D. Spiega: “Presentiamo la stampa 3D programmata multi-materiale come una piattaforma versatile e universale per la produzione rapida di quasi tutti i tipi di sistemi di antenne 3D”. Cosa hanno fatto realmente? Chiamato “Charge Programmed Deposition” (CPD), è un processo che controlla la polarità della carica attraverso la stampa multimateriale di fotomonomeri. Il team utilizza la stereolitografia per depositare fotopolimeri in punti diversi, creando una sorta di mosaico 3D. In una seconda fase, questi fotopolimeri attrarranno gli ioni metallici depositati mediante placcatura metallica sulla struttura 3D. Ciò consente di controllare la progettazione dell’antenna finale.

Il team aggiunge: “Il CPD consente essenzialmente qualsiasi struttura 3D complessa, comprese le reti, e ha dimostrato la deposizione di rame con conduttività quasi intatta, così come materiali magnetici, semiconduttori, nanomateriali e combinazioni di questi ultimi”. Sta pensando di creare antenne complesse, ma vuole spingersi ancora oltre, con l’obiettivo di rendere il processo di produzione più rapido e semplice. Potete trovare maggiori informazioni nello studio pubblicato clicca QUI.

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