[发明专利]用于共形天线和电路一体化制造的3D打印装置及其方法

说明书

本发明公开了一种用于共形天线和电路一体化制造的3D打印装置及其方法，采用电场驱动喷射3D打印、熔融沉积成型、五轴联动3D打印相结合，实现共形天线和电路的一体化制造；采用FDM技术制造天线的基体结构，采用电场驱动喷射3D打印技术制造共形天线的电路；利用FDM喷头和打印平台五自由度运动实现各种复杂天线基体结构的自支撑打印，基于五轴联动平台和电场驱动喷射3D打印喷头实现天线导电图形在复杂曲面上的高精度共形打印；FDM喷头采用送丝机构供应打印耗材，实现打印耗材的按需供应；采用原位激光烧结技术，实现打印电路的同步烧结固化；采用CCD相机辅助定位，并对电路打印过程实时监控本发明具有多种优点和广泛工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于共形天线和电路一体化制造的3D打印装置及其方法。

背景技术

共形天线作为无线电子通讯设备中的新兴技术，是在传统的天线基础之上发展的一种新技术，是具备“共形”特征这一类天线的总称。共形阵天线是指附着于载体表面且与载体贴合的阵列天线，其需要将阵列天线共形附着在一个固定形状的表面上，从而形成非平面的共形天线阵。共形天线和共形阵天线能够共形在一个特殊的载体之上，使得共形天线与载体具有密不可分的关系，而且这个特殊的载体可以是飞机的机翼、导弹的弹头、载人飞船的某一部分外壳等等。共形天线阵列技术作为天线技术重要发展的方向，具有诸多突出的优势和潜能，当前无论是在航天和国防领域，还是在民用产品领域都已经成为天线发展的必然趋势和方向。另外，为了进一步减小体积和降低重量，提升射频性能，相控阵射频电路需要把天线阵元和移相器芯片一体化最优路径整合在一起，采用共面波导形式来省略线缆和金属部件，实现结构功能两者一体化设计，且同步的用最小的体积和最小重量来满足设计指标。这对于共形天线及电路一体化制造提出越来越高的要求，现有的传统的制造技术在实现共形天线及电路一体化快捷制造方面面临着巨大的挑战。

当前共性天线/共形阵天线在性能和制造等方面的功能需求主要包括：

(1)微型化：结构紧凑，减小尺寸和体积；

(2)轻量化：降低重量，采用点阵、功能梯度、碳纤维复合等先进材料和结构，在确保需要的强度/刚度同时，减少重量；

(3)共形化：低剖面特点，天线在复杂曲面结构上共形能力，嵌入到承载体与其完全共形的能力，减少对空气动力学特性的影响；

(4)曲面化：自由曲面成形(天线基体)和构型(天线功能结构)；

(5)多材料：基体非金属材料、天线金属材料、封装材料等，一体化制造；

(6)高强度：承受各种不同的载荷；

(7)非均质：基体具有非均质、功能梯度结构的显著特性；

(8)多功能：具有多重功能性(力学、物理、电和气动性能等)，机电一体；

(9)跨尺度：天线线宽和整体结构的大面积宏/微跨尺度；

(10)高精度：为了提高共形天线的性能，对于天线线宽和共形能力要求越来越高，共形天线的高精度制造技术是共形加载天线结构微型化面临的重大挑战。

(11)新型高性能天线材料：同时满足高精度3D打印，与基体良好的粘附能力，以及后续低温烧结工艺等要求的导电材料。