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Nueva tinta abre la puerta al radar impreso en 3D
Ahora podemos agregar la tecnología de radar a la creciente lista de cosas extrañas pero útiles que se pueden hacer con la impresión 3D.
Una impresora 3D avanzada dispensa tinta conductora para construir un dispositivo electrónico que puede filtrar la radiación electromagnética. El tubo horizontal utiliza una aspiradora para eliminar la tinta no deseada.
Imprimir la electrónica en sofisticados sistemas de radar en láminas de plástico haría que los sistemas fueran más baratos y más versátiles. Esto tendría beneficios militares obvios, pero también muchas aplicaciones civiles potenciales, como el radar de monitoreo del clima y los vehículos autónomos. Uno de los principales desafíos en la impresión de productos electrónicos capaces de manejar ondas de radio de alta frecuencia es desarrollar tintas novedosas con las propiedades eléctricas adecuadas.
De arriba a abajo: un cambiador de fase impreso, una superficie selectiva de frecuencia impresa (FSS) y un primer plano del FSS. En primer plano, los varactores son los objetos oblongos entre cuadrados de tinta plateada conductora. Contienen tanto la tinta plateada (líneas onduladas) como la tinta recién desarrollada (óvalos marrones).
Investigadores de un laboratorio patrocinado por Raytheon en la Universidad de Massachusetts, Lowell, dicen que tienen una solución: una nueva tinta funcional que han usado para imprimir dispositivos que pueden sintonizarse para generar o detectar ondas de radio de frecuencias específicas, una capacidad esencial del radar. . Los sistemas de radar funcionan transmitiendo ondas de radio y luego detectando las señales que regresan después de que las ondas golpean un objeto en su camino.
La nueva tinta es clave para imprimir un tipo específico de capacitor llamado capacitor de voltaje variable o varactor. Los investigadores creen que el suyo es el primer varactor totalmente impreso, un componente eléctrico esencial de ciertos dispositivos electrónicos sintonizables que se utilizan en los sistemas de radar militares, así como en los sistemas de prevención de colisiones de automóviles y las torres de telefonía celular.
Se necesita uno de esos dispositivos, llamado cambiador de fase, para dirigir electrónicamente el haz de un llamado sistema de radar de matriz en fase. Otro dispositivo que ahora se puede imprimir gracias a la nueva tinta es una superficie de frecuencia selectiva, esencialmente un filtro que puede bloquear frecuencias específicas de radiación electromagnética o permitir que pasen. Dichos filtros evitan que la radiación no deseada interrumpa un sistema de radar. También se pueden usar para hacer cosas como proteger un entorno particular, como un hospital.
La capacidad de imprimir estos sistemas podría eventualmente conducir a procesos de fabricación mucho más baratos y rápidos que los que se usan hoy en día, dice Cristóbal McCarroll , quien codirige el Instituto de Investigación Raytheon UMass-Lowell . El cuello de botella ha sido que los dispositivos electrónicos de alto rendimiento generalmente se basan en materiales que requieren fabricación a alta temperatura, lo que no es compatible con el plástico.
Los investigadores ya han desarrollado tintas conductoras, que a menudo contienen nanopartículas metálicas, que se pueden procesar a temperaturas relativamente bajas (ver Baterías de impresión). Las tintas que producirían dispositivos sintonizables para radar deben contener materiales con ciertas propiedades eléctricas que puedan ajustarse aplicando voltaje.
La tinta que idearon los investigadores de Raytheon y UMass-Lowell está hecha de diminutas partículas de dicho material suspendidas en un polímero termoplástico. La nueva tinta se puede imprimir y curar a temperaturas lo suficientemente bajas como para ser compatible con ciertos plásticos.
Para fabricar los dos dispositivos, el grupo utiliza actualmente una impresora de chorro de aerosol, que emplea chorros de gas para depositar con precisión tinta conductora hecha de plata, y otra impresora que se basa en pequeñas vibraciones para dispensar la nueva tinta.
Una impresora crea una superficie de frecuencia selectiva dispensando capas de tintas funcionales.
Los investigadores todavía están experimentando con sus materiales y diseños de dispositivos. También están explorando formas de combinar dispositivos impresos con los chips de computadora de alta potencia que son esenciales para los sistemas de radar. McCarroll dice que el sueño es imprimir todo el sistema de radar, pero el objetivo a corto plazo es desarrollar procesos eficientes para construir sistemas a partir de componentes impresos y aquellos fabricados con medios convencionales.