研究微激光烧结增材制造技术在金属3D打印喇叭天线结构中的应用潜力

来源： 长三角G60激光联盟

利用增材制造技术生产的天线结构应用广泛，前景广阔。本研究明确侧重于利用微激光烧结（MLS）三维（3D）打印技术制造两个与标准 Pasternack® 喇叭天线相同的矩形喇叭天线，使制造过程简单明了。目的是研究表面粗糙度如何影响 18 - 26.5 GHz 频率范围内的天线性能。使用轮廓仪测量，一根天线经过抛光，另一根未作任何处理，表面粗糙度分别为 4 微米和 6 微米。然后，使用矢量网络分析仪评估其反射系数、传输特性和辐射模式，并确定抛光和未抛光天线的增益分别为 8.83 和 9.14 dBi。研究发现，抛光和未抛光天线的性能相似，其特性与模拟天线和标准天线非常接近。最后，将 MLS 打印金属天线的性能与使用其他3D打印技术制作的喇叭天线进行了比较。结果表明，MLS 打印的金属结构具有更好的性能，表明MLS技术在打印三维金属电磁设计方面具有巨大潜力。

喇叭天线的几何形状（CAD 模型）；（a）等距视图和（b）底视图。

(a) 3D microprint GmbH DMP50GP 和打印的喇叭天线表面 (b) 未抛光 (c) 已抛光。

ANSYS HFSS 上模拟的喇叭天线（a）几何形状（b）二维增益和（c）辐射特性。

(a) 利用 3D MLS 打印技术制作喇叭天线的过程。(b) 最终原型。

未经抛光和抛光的 3D 打印喇叭天线照片（a）剖面图、（b）孔径视图和（c）法兰视图。

利用3D打印技术制作了两个 K 波段喇叭天线，以测试表面粗糙度对天线性能的影响。MLS 3D打印技术和 17-4 PH 不锈钢粉末制造天线。一根天线经过抛光，另一根则未抛光，以确定表面粗糙度对性能的影响。测量结果表明，表面粗糙度对 MLS 印刷天线的性能没有显著影响。然而，由于 MLS 印刷系统的最大高度限制，导致尺寸略有不同，因此与模拟喇叭天线和标准喇叭天线相比，性能略有差异。因此，今后我们将重点改进建模和制造工艺，以实现与标准和模拟天线的性能趋同。此外，研究人员还将 MLS 打印天线的性能与使用其他 3D 打印技术制作的类似天线进行了比较，从而证实了 MLS 打印技术在金属 3D 打印组件方面的潜力。

论文链接：https://doi.org/10.1049/tje2.12398