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Il nuovo inchiostro apre la porta al radar stampato in 3D
Ora possiamo aggiungere la tecnologia radar all'elenco crescente di cose strane ma utili che possono essere realizzate con la stampa 3D.
Una stampante 3D avanzata eroga inchiostro conduttivo per costruire un dispositivo elettronico in grado di filtrare le radiazioni elettromagnetiche. Il tubo orizzontale utilizza un vuoto per rimuovere l'inchiostro indesiderato.
Stampare l'elettronica in sofisticati sistemi radar su fogli di plastica renderebbe i sistemi sia più economici che più versatili. Ciò avrebbe ovvi vantaggi militari ma anche molte potenziali applicazioni civili, come radar per il monitoraggio meteorologico e veicoli a guida autonoma. Una delle principali sfide nella stampa di dispositivi elettronici in grado di gestire le onde radio ad alta frequenza è lo sviluppo di nuovi inchiostri con le giuste proprietà elettriche.
Dall'alto verso il basso: uno sfasatore stampato, una superficie selettiva in frequenza (FSS) stampata e un primo piano dell'FSS. In primo piano, i varactor sono gli oggetti oblunghi tra quadrati di inchiostro conduttivo argento. Contengono sia l'inchiostro argento (linee ondulate) che l'inchiostro di nuova concezione (ovale brunastro).
I ricercatori di un laboratorio sponsorizzato da Raytheon presso l'Università del Massachusetts, a Lowell, affermano di avere una soluzione: un nuovo inchiostro funzionale che hanno utilizzato per stampare dispositivi che possono essere sintonizzati per generare o rilevare onde radio di frequenze specifiche, una capacità essenziale del radar . I sistemi radar funzionano trasmettendo onde radio e quindi rilevando i segnali che ritornano dopo che le onde hanno colpito un oggetto nel loro percorso.
Il nuovo inchiostro è fondamentale per stampare un tipo specifico di condensatore chiamato condensatore a tensione variabile o varactor. I ricercatori ritengono che il loro sia il primo varactor interamente stampato, un componente elettrico essenziale di alcuni dispositivi elettronici sintonizzabili utilizzati nei sistemi radar militari, nonché nei sistemi di prevenzione delle collisioni automobilistiche e nelle torri dei telefoni cellulari.
Uno di questi dispositivi, chiamato phase shifter, è necessario per orientare elettronicamente il raggio di un cosiddetto sistema radar phased-array. Un altro dispositivo ora stampabile grazie al nuovo inchiostro è una superficie selettiva in frequenza, essenzialmente un filtro in grado di bloccare specifiche frequenze di radiazione elettromagnetica o consentire loro il passaggio. Tali filtri impediscono alle radiazioni indesiderate di interrompere un sistema radar. Possono anche essere usati per fare cose come proteggere un ambiente particolare, come un ospedale.
La capacità di stampare questi sistemi potrebbe alla fine portare a processi di produzione molto più economici e veloci rispetto a quelli utilizzati oggi, afferma Christopher McCarroll , che co-dirige il Raytheon UMass-Lowell Research Institute . Il collo di bottiglia è stato che i dispositivi elettronici ad alte prestazioni generalmente si basano su materiali che richiedono una produzione ad alta temperatura, che non è compatibile con la plastica.
I ricercatori hanno già sviluppato inchiostri conduttivi, spesso contenenti nanoparticelle metalliche, che possono essere lavorati a temperature relativamente basse (vedi Batterie di stampa). Gli inchiostri che produrrebbero dispositivi sintonizzabili per radar devono contenere materiali con determinate proprietà elettriche che possono essere regolate applicando tensione.
L'inchiostro inventato dai ricercatori di Raytheon e UMass-Lowell è costituito da minuscole particelle di tale materiale sospese in un polimero termoplastico. Il nuovo inchiostro può essere stampato e polimerizzato a temperature sufficientemente basse da essere compatibile con alcune plastiche.
Per realizzare i due dispositivi, il gruppo utilizza attualmente una stampante a getto d'aerosol, che impiega flussi di gas per depositare con precisione l'inchiostro conduttivo in argento, e un'altra stampante che si basa su minuscole vibrazioni per erogare il nuovo inchiostro.
Una stampante crea una superficie selettiva in frequenza dispensando strati di inchiostri funzionali.
I ricercatori stanno ancora sperimentando i loro materiali e il design dei dispositivi. Stanno anche esplorando modi per combinare dispositivi stampati con i chip per computer ad alta potenza che sono essenziali per i sistemi radar. McCarroll afferma che il sogno è stampare l'intero sistema radar, ma l'obiettivo a breve termine è sviluppare processi efficienti per la costruzione di sistemi sia con componenti stampati che con mezzi convenzionali.