无人机如何穿上量身定制的3D打印“战衣”?探索背后的革命性技术

3D打印资源库 2024-04-09 16:13:28
导读:人类科技的飞速发展孕育了诸多新兴技术产品。无人机(UAV)便是其中之一,早在20世纪20年代,即世界第一次大战期间,英国的两位将军就向英国军事航空学会提议研发一种由无线电遥控、无需人员驾驶的小型飞机。其目的是使这种飞机能够飞达敌方的指定目标区域上空,并投放预装的炸弹。

国内外关于无人机的技术发展迅速,无人机系统种类繁多、用途广泛,因此在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度以及任务执行等多个方面都存在显著的差异。无人机因其在军事、私营和公共部门的广泛应用而日益受到欢迎,特别是在不需要人类操作员介入的领域表现出独特的吸引力。

随着技术的成熟和市场需求的增长,轻量化、集成化和结构功能一体化成为航空航天、机器人、无人机等高新技术领域的重要发展需求。以一架作战无人机为例,机身装配的雷达、导航、通信等各类天线电路总数多达70余种,大多数天线都暴露在机身外部。这么多的天线不仅需要额外的安装空间,所需的保护罩还会形成凸起,影响飞机的气动性能和隐身能力。如果这些天线能与机身共形,即等同于为无人机增加了一层“天线外衣”,在不改变机身尺寸的前提下,显著提升飞机的气动性能。

AC311尾梁的杆天线

目前,共形天线技术的一个重要发展方向是柔性共形天线。这种天线能够弯曲到任意角度,贴合任何表面,确保与任意曲面的完美共形,并且能调整阵列以将电磁波精确指向任意方向。更具吸引力的是,这项技术对于实现可穿戴天线和单兵装备的革命性改变具有重要意义,展现了其在军事领域的广泛应用前景。

AC312尾梁的杆天线

当前,中国航空工业集团研发的新型机载共形天线已成功应用于军用直升机;在第八届世界雷达博览会上,中国电子科技集团也展出了一款机载共形天线,该天线可安装在机身或机翼表面,能够在不影响气动布局的前提下提升无人机的探测能力。柔性传感器能在大幅度弯曲、扭曲、拉伸等变形条件下保持稳定的传感性能,为实现天线、传感器等与无人机外壳的完美融合提供了可能。电子器件增材制造,作为一种新兴的制造技术,以其绿色、低成本、可大面积制造的优势而受到关注。其中,喷墨打印技术因其与多种功能材料的兼容性,有望实现柔性传感器的高分辨率和大规模制造,为柔性电子产品的低成本、绿色制造和微型化开辟了新路径。

电子3D打印的市场应用领域

西安瑞特三维科技有限公司(以下简称:“瑞特三维”),作为中国电科旗下专注于开发电子器件增材制造技术及装备的企业,由中国电子科技集团公司第二十研究所推动,是一家军民融合示范企业。公司提供包括技术开发、原材料制备、打印服务、装备研发等在内的一整套解决方案,能够快速制造电路板、传感器、天线及大规模集成电路,广泛应用于航空航天、电子、汽车、5G等领域。

瑞特三维推出多款电子3D打印设备

通过设计高性能墨水材料和柔性基底材料,调节墨水与基底之间的表面界面性能,并优化打印参数,利用压电喷墨打印技术,瑞特三维成功实现了柔性电子器件的制造。这为柔性电子产品的未来发展开辟了新的可能,下图显示了采用曲面喷墨技术打印的FSS天线层。

图1 打印底层银电极

图2 打印功能材料

瑞特三维在国家创新改革的大背景下,提出了“结构电路一体化3D打印技术”的全新概念,并因此获得中央企业创新大赛一等奖,吸引了3300万元的投资,为电子器件增材制造技术研究奠定了基础。公司积极参与国家级、省部级基础研究项目,开发了适用于电子增材制造的纳米银导电材料,以及单/双喷头直写、压电喷墨等电子器件3D打印设备和相应的控制系统和软件,掌握了单孔压电喷头核心部件的设计制造技术。

瑞特三维已申请50余项知识产权,通过了国军标质量体系认证,被工信部和科技部评为增材制造典型应用场景和示范项目,拥有多个研究和服务平台。未来,公司将致力于成为电子器件增材制造技术创新的领导者、核心装备提供商及产业生态的推动者。

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