Desain antena baru dengan cetakan 3-D mengurangi biaya, berat dan ukuran
HI-Tech

Desain antena baru dengan cetakan 3-D mengurangi biaya, berat dan ukuran


Anna Stumme, insinyur kelistrikan Laboratorium Riset Angkatan Laut AS membuat penyesuaian pada larik di dalam ruang anechoic di Laboratorium Riset Angkatan Laut AS di Washington, DC, 5 September 2019. Stumme membuat dan menguji bagian-bagian prototipe yang dikembangkan menggunakan metode cetak tradisional dan 3D. Kredit: Foto oleh Jonathan Steffen

Pakar Laboratorium Penelitian Angkatan Laut AS membuat dan menguji antena dan susunan cetak 3-D untuk memajukan teknologi radar dan memungkinkan aplikasi baru untuk Angkatan Laut AS.

Produksi suku cadang cetak 3-D yang ringan dan cepat menjadikannya alternatif yang menarik untuk manufaktur tradisional yang sering kali membutuhkan bahan mahal dan peralatan khusus.

“Pencetakan 3-D adalah cara untuk menghasilkan prototipe dengan cepat dan melalui beberapa iterasi desain dengan sangat cepat, dengan biaya minimal,” kata insinyur listrik NRL Anna Stumme. “Bobot yang ringan dari suku cadang yang dicetak juga memungkinkan kami untuk membawa teknologi ke aplikasi baru, di mana beban berat suku cadang logam padat digunakan untuk membatasi kami.”

Sistem radar menjalankan fungsi penting untuk Angkatan Laut, dan tetap menjadi bagian penting dari navigasi maritim dan pertahanan nasional. Komponen untuk antena dan array, yang merupakan beberapa antena terhubung yang bekerja bersama sebagai satu, dapat tiba-tiba rusak atau aus sehingga perlu diganti. Biasanya, suku cadang dipesan atau dikerjakan secara rumit dari logam, terkadang membutuhkan waktu berminggu-minggu untuk diproduksi. Komponen radar yang dicetak 3-D, seperti susunan silinder, yang memberikan visibilitas 360 derajat, dapat diproduksi dalam beberapa jam dibandingkan beberapa hari menggunakan metode tradisional karena pengurangan waktu pemesinan dan perakitan.

Selain keuntungan produksi, biaya bahan cetak 3-D yang relatif rendah memungkinkan para peneliti menguji beberapa versi suku cadang dengan biaya yang minimal. Prototipe yang disempurnakan kemudian dapat dikerjakan dengan menggunakan metode tradisional. Setelah prototipe berhasil diproduksi, baik dicetak 3-D atau diproduksi secara tradisional, itu harus menjalani pengujian yang ketat sebelum digunakan secara operasional. Itulah “kekuatan super”, kata Stumme dan rekan-rekannya — mereka dapat dengan cepat melakukan berbagai pengujian pada desain baru menggunakan komponen cetak 3-D.

“Kami tidak mencoba mengatakan kami perlu mencetak 3-D semuanya dan menaruhnya di kapal karena itu tidak realistis,” kata Stumme. “Kami belum tentu tahu bagaimana itu akan bertahan di lingkungan itu. Bagi kami, ini adalah cara untuk menguji lebih banyak iterasi desain dalam waktu singkat.”

Pada awal 2019, Stumme mengirimkan makalah yang membandingkan suku cadang cetak 3-D dengan suku cadang yang diproduksi secara tradisional di Antenna Applications Symposium. Dia memenangkan kontes makalah siswa untuk penelitiannya.

Aplikasi baru

Stumme dan rekan-rekannya sedang menyelidiki bagaimana aplikasi dengan batasan berat dan ukuran, seperti kendaraan udara tak berawak atau kapal kecil, bisa mendapatkan keuntungan dari suku cadang cetak 3-D. Banyak dari prototipe 3-D dicetak menggunakan nilon ringan di fasilitas Laboratory for Autonomous Systems Research NRL. Setelah dicetak, bagian tersebut mengalami proses yang disebut lempeng listrik.

Selama proses pelapisan listrik, lapisan logam tipis diaplikasikan pada bagian yang dicetak. Elektroplating menyediakan permukaan konduktif untuk perangkat agar memancar seperti yang diinginkan; sesuatu yang tidak mungkin dilakukan hanya dengan plastik. Hasilnya adalah prototipe ringan yang kemudian dapat dievaluasi untuk berbagai atribut, seperti kekasaran permukaan — faktor utama dalam fungsionalitas elemen antena.

Stumme bekerja sama dengan ilmuwan material NRL dari seluruh NRL, yang melakukan karakterisasi kekasaran permukaan kritis. Karakterisasi kekasaran permukaan memberikan penilaian terhadap lapisan pada antena, dan pengaruh kekasaran terhadap kinerjanya.

“Kekasaran permukaan penting untuk pemandu gelombang dan antena karena dapat menyebabkan hilangnya hamburan dan mengakibatkan antena kurang efisien,” kata Nick Charipar, kepala Bagian Material dan Sistem Terapan. “Antena memancarkan dan menerima gelombang. Jadi jika gelombang berjalan di sepanjang permukaan yang kasar, gelombang itu terdistorsi dan energinya mungkin tidak pergi ke tempat yang Anda inginkan.”

Charipar dan timnya, bagian dari Divisi Sains & Teknologi Material NRL, prototipe 3-D bagian cetak untuk Divisi Radar NRL. Setelah bagian dibuat, peneliti menyelidiki bagaimana fitur material memengaruhi fungsionalitas radar. Setiap printer 3-D memiliki karakteristik unik yang dapat mengubah kinerja produk. Jika peneliti dapat mengetahui parameter optimal untuk komponen cetak 3-D tertentu, Stumme dan rekan-rekannya setuju kapal dapat menjadi mandiri untuk bagian penting tersebut di mana pun di dunia.

Langkah selanjutnya

Terlepas dari pembatasan COVID-19 saat ini, penelitian di NRL terus berkembang dari kejauhan. Akhir tahun ini, Stumme dan rekan-rekannya berencana untuk mendemonstrasikan prototipe bukaan array silinder baru untuk demonstrasi radar pengawasan X-band dalam pengaturan laboratorium. Radar pengawas X-band dirancang untuk mencari area di sekitar platform tertentu, seperti kapal. Mereka mengeksplorasi pengintegrasian susunan silinder ke tiang kapal yang lebih kecil menggunakan fotonik gelombang mikro dan serat optik.

“Larik silinder menguntungkan karena menyediakan visibilitas 360 derajat penuh,” kata Mark Dorsey, kepala Bagian Antena di Cabang Analisis Radar Divisi Radar dan penyelidik utama proyek. “Serat optik sangat berharga karena memungkinkan jarak yang jauh antara antena itu sendiri dan tempat pemrosesan dilakukan.”

Menggunakan serat optik mengurangi jumlah komponen yang dibutuhkan pada tiang kapal Angkatan Laut, yang selanjutnya mengurangi panas dan kendala berat. Demonstrasi tersebut akan mencakup pengujian array versi cetak 3-D yang diproduksi secara tradisional untuk membandingkan kinerja. Stumme merancang kedua versi tersebut.

Pada 2021, tim dijadwalkan melakukan uji lapangan pada prototipe tersebut. Demonstrasi akan dilakukan di tahun terakhir dari upaya empat tahun mereka untuk membuat array lebih praktis untuk digunakan pada platform yang lebih kecil, dan menunjukkan cara menggunakan array dengan mudah dengan serat optik. Pendanaan untuk penelitian ini disediakan oleh dana dasar NRL.


Memperbaiki pencetakan 3-D komponen plastik


Disediakan oleh Laboratorium Riset Angkatan Laut

Kutipan: Desain antena cetak 3-D baru mengurangi biaya, berat, dan ukuran (2021, 11 Februari) diambil pada 11 Februari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-02-d-printed-antenna-weight-size. html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Keluaran SGP