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行业新知 | 采用光固化3D打印技术制备新型微95MCT陶瓷龙堡透镜

行业新知 | 采用光固化3D打印技术制备新型微95MCT陶瓷龙堡透镜

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-06-24 10:39
  • 访问量:

【概要描述】

行业新知 | 采用光固化3D打印技术制备新型微95MCT陶瓷龙堡透镜

【概要描述】

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近日,北京理工大学Rujie He带领的团队在《Ceramics International》发表了题为A novel mini 0.95MgTiO3-0.05CaTiO3 ceramic Luneburg lens fabricated by vat-photopolymerization 3D printing的研究,设计了一种小型化K波段扁平龙堡透镜,材料为0.95MgTiO 3 –0.05CaTiO 3(95MCT)陶瓷,并采用光固化3D打印技术成功打印了该透镜。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884224002426奇遇科技官网:http://www.adventuretech.cn/
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研究内容

龙堡透镜 (LL)因其能够实现无像差的宽带宽,并能最大限度地降低系统复杂性和光束成本而受到毫米波通信和雷达系统的广泛关注。但由于缺乏所需变化介电常数的材料和制造技术的限制,这种优质透镜的开发受到了阻碍。
从制造技术的角度来看,3D 打印为具有复杂超材料结构的微型扁平 LL 提供了完美的解决方案,所以本研究设计了一种采用 95MCT 陶瓷的微型 K 波段扁平 LL,并通过光固化 3D 打印打印。

△图1,光固化3D打印平面LL制备过程示意图。

△图2,排脂和烧结曲线。

△图3,(a) 固化厚度与不同光密度下的曝光时间的关系。(b) 制备的 95MCT 陶瓷浆料的粘度与剪切速率曲线。3D 打印坯体的曲线(c) TG 和 DTG,(d) DSC。

△图4,95MCT 陶瓷的 XRD 图案。

△图5,SEM 图像:(a) MgTiO3 颗粒,(b) CaTiO3 颗粒,(c) 中间层和 (d) 95MCT 坯体的断裂,(e) 烧结 95MCT 陶瓷的断裂和 (f) 其高倍放大图像。

△图6,(a)球面LL的YOZ截面介电常数分布。(b)平板LL的YOZ截面介电常数分布。(c)平板LL的俯视结构模型与侧面结构模型。(d)超材料结构单胞示意图。(e)平板LL的建模剖面图。


△图7,(a) 增益随透镜焦距的变化,(b) 不同频率的辐射模式,(c) SGHA 和具有平坦 LL 的 SGHA 的辐射模式比较,(d) 增益和反射系数随频率的图。


△图8;(a)SGHA 和(b)具有平坦 LL 的 SGHA 的 3D 辐射模式。


△图9;平面波法向入射时不同频率的平面 LL 的功率流 (a) 18 GHz,(b) 20 GHz,(c) 22 GHz,(d) 24 GHz,(e) 26 GHz。(f) 平面 LL 的焦距与频率之间的关系。


△图10;(a) 所提出的平面 LL 的完整建模图。(b) 生坯和烧结样品的比较。(c) 烧结样品的超材料结构图。(d) 超材料最内层结构的放大图。(e) 烧结样品的尺寸特性。(有关此图例中对颜色引用的解释,请读者参阅本文的网络版。)。


△图11;采用 3D 打印 LL 进行测量设置,并由 LL 焦点处的 10 dBi SGHA 供电。


△图12;(a)测量并模拟了采用制成型扁平 LL 的 SGHA 的 S11。(b)测量并模拟了采用制成型扁平 LL 的 SGHA 的增益。

 

研究结论

研究通过光固化3D打印制造了K波段95MCT陶瓷扁平LL,优化了打印参数和热处理工艺。制备的陶瓷密度3.40 g/cm³,抗弯强度81.78 MPa,介电常数17.7,介电损耗4.56×10⁻⁴。打印的40毫米直径、6毫米厚的LL结构复杂,增益增强超过5 dBi。3D打印为复杂射频设备制造提供了新技术,推动毫米波技术应用。

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