[发明专利]一种发泡龙勃透镜及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种发泡龙勃透镜的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：设计要得到的m层发泡龙勃透镜的发泡倍率以及每层的尺寸和介电常数，其中5≤m≤15；将树脂材料和介电调节剂依照介电调节剂质量比的大小，充分混合后依次配置为m份3D打印基材；通过熔融沉积成型法，使用3D打印机依次将m份3D打印基材打印为m层的球形结构，得到球形坯模；最后使用超临界流体浸渍球形坯模，泄压发泡得到发泡龙勃透镜。本发明使用介电调节剂调节可发泡树脂材料作为3D打印基材，使用熔融沉积成型方法得到龙勃透镜球体胚模，使用超临界流体物理发泡得到发泡龙勃透镜，其方法简单，操作方便，打印出的发泡龙勃透镜每层介电常数精确可控。

技术领域

本发明涉及高分子材料加工领域，具体涉及一种发泡龙勃透镜及其制备工艺。

背景技术

龙勃透镜天线是一种梯度介质材料构成的洋葱状中心对称球体，它的原理类似于光学透镜的聚焦原理，是利用多层介质球体的折射特性，将单个天线单元的低增益、宽波束的电磁波信号汇集成高增益、窄波束的电磁波信号，在卫星通信、雷达、射电天文、全息成像等领域具有广泛的应用前景。特别是近些年，随着5G天线的大规模建设，龙勃透镜再次被重点关注。然而，受限于龙勃透镜天线加工生产难度大，成本高，重量大，龙勃透镜天线在民用领域应用较少。

中国专利文献CN101057370A公开了一种使用热塑性树脂膨胀珠粒制造的龙勃透镜。该方法将陶瓷与热塑性树脂膨胀珠粒混合，在高温下发泡成型，通过调节每层球壳内珠粒的表观密度，实现从中心层至最外圆顶状层介电常数逐层减小。该方法制造的龙勃透镜成本相对较低，但是发泡珠粒形成的皮层和芯层结构会导致介电常数一致性难以控制，影响每层材料介电常数的精确性。

中国专利文献CN107959122A公开了一种人工介质多层圆柱透镜。这种透镜使用聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚乙烯发泡材料为基材，通过在基材中添加不同比例的介电常数调节剂，得到介电常数从2.05-1.05的不同介电常数的发泡材料，将其组装成为圆柱透镜。该方法得到的圆柱透镜质量较轻，各层介电常数较为精确。但是工艺复杂，需单独制备每层材料，最后将材料组合装配，步骤繁琐，装配精度难以精确实现。

发明内容

为此，本发明的所要解决的技术问题是克服现有龙勃透镜重量大，制备工艺复杂，或无法保证每层介电常数精确性的缺点，提供一种发泡龙勃透镜及其制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种发泡龙勃透镜的制备工艺，包括如下步骤：

S1：设计要得到的m层发泡龙勃透镜的发泡倍率以及每层的尺寸和介电常数，其中5≤m≤15；

S2：将树脂材料和介电调节剂依照介电调节剂质量比的大小，充分混合后依次配置为m份3D打印基材；

S3：通过熔融沉积成型法，使用3D打印机依次将m份3D打印基材打印为m层的球形结构，得到球形坯模；

S4：使用超临界流体浸渍球形坯模，然后泄压发泡得到发泡龙勃透镜。

进一步地，S1中，最内层的介电常数ε₁＝2，由内向外每层介电常数依次递减，最外侧介电常数ε_m最低且ε_m1，其中ε_m和1越接近越好。

进一步地，所述S3中球形坯模每层的介电常数ε_i’＝n×(ε_i-1)+1，其中ε_i为S1设计要得到的发泡龙勃透镜中每层的介电常数，n为设计的发泡倍率。