无需脱脂烧结，重点实验室采用高精密陶瓷FDM 3D打印研制介质天线

2023年2月11日

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隶属江苏省科技厅的江苏省三维打印装备与制造重点实验室，于2013年7月成立，该重点实验室位于南京，下设4个研究室和2个中试基地，共5000平方米。该实验室主要围绕三维打印领域重大需求，开展三维打印关键基础理论与技术、三维打印成型设备及装备研发、三维打印材料开发等方向的研究。

江苏省三维打印装备与制造重点实验室拥有丰富的3D打印经验以及先进的设备，工程师们最近利用这些设备进行了一个新型圆极化介质螺旋天线的研制项目。

陶瓷线材+3D打印+直接使用

为了制作理想的介质天线，工程师选用了专用于射频应用的低损耗材料——

Zetamix Epsilon 7.5陶瓷线材。Nanoe公司推出的此类线材是专门针对电子通信领域，并提供三种不同的介电常数，分别是2.2,4.5,7.5。打印后可直接使用无需后续的脱脂和烧结，用户包括泰雷兹集团(THALES)等国际电子高科技公司。由于需要测试打印样件的实际介电常数和损耗，工程师要打印具有不同填充密度以及流量率的样件，为了让研发更顺畅的推进，江苏省三维打印装备与制造重点实验室选择了运行稳定的高精度FDM/FFF 3D打印机Raise3D Pro2。

不同填充密度和流量率的打印样品

Pro2最小喷嘴直径可达0.2mm，最小层高可精确至0.01mm，运行稳定且与Nanoe Zetamix系列耗材高度兼容，可帮助江苏省三维打印装备与制造重点实验室在研发过程中稳定的产出高精度陶瓷部件。

正在打印陶瓷部件的Pro2

在打印样件时，工程师利用了Raise3D生态系统中的ideaMaker切片软件对模型的填充密度进行了调整，最终将打印样件的相对介电常数相应地从2变化到6。此外，损耗角正切值的测试结果表明，新型Epsilon丝材是一种适用于射频应用的低损耗材料。

打印样品的实测相对介电常数和损耗角正切值

3D打印介质螺旋天线

在完成样件测试后，一个3D打印的螺旋结构、金属地板和同轴探针组成的圆极化介质螺旋天线被设计、加工出来。

3D打印的圆极化介质螺旋天线

随后，工程师利用矢量网络分析仪(VNA)和微波暗室分别对其阻抗和辐射特性进行了测试。

测试中的介质螺旋天线

实测的反射系数、轴比以及天线在5.2和5.4 GHz时的辐射方向图均与仿真结果吻合较好，提出的介质螺旋天线能够提供卫星通信所必需的宽带圆极化辐射。与金属同类型天线相比，该介质天线更加轻盈且具有更高的辐射效率。

仿真与实测的辐射方向图（a）5.2GHz（b）5.4GHz

通过此次的介质天线研制项目，江苏省三维打印装备与制造重点实验室累积了丰富的精密陶瓷FDM/FFF 3D打印经验，为以后将迎接的挑战做好了准备。

随着科技的发展，如今很多行业的发展也逐渐数字化。5G精密制造和航空航天也都逐渐引进高精密陶瓷FDM/FFF 3D打印技术，进行研发生产。高精密陶瓷FDM/FFF 3D打印技术究竟有哪些优势？如何利用此技术进行快速又稳定的研发项目？Raise3D的合作伙伴——法国Nanoe作为全球少有的具有纳米级工艺标准的创新企业，发布了《高精密陶瓷FDM/FFF 3D打印指南》为用户解答以上疑问，可免费下载。