一种基于复合微纳增材制造曲面共形天线的制造方法技术

本发明专利技术公开一种基于复合微纳增材制造曲面共形天线的制造方法包括基材预处理，采用基于提取电极的五轴联动电场驱动喷射沉积微纳3D打印机打印共形天线结构种子层，打印的共形天线结构种子层导电化处理，共形天线结构微电铸或者化学镀，样件后处理等步骤，采用本发明专利技术的方法实现大尺寸高精度曲面共形天线高效低成本批量化制造，尤其是能实现大尺寸透明曲面共形天线的制造，而且所制造的共形天线具有高精度、低剖面、微型化、超宽带的优势。特别是能实现大尺寸导引头弹载透明曲面透明共形天线、战机机载透明曲面共形天线、光学仪器表面透明曲面共形天线的高效低成本制造。曲面共形天线的高效低成本制造。曲面共形天线的高效低成本制造。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合微纳增材制造曲面共形天线的制造方法


[0001]本专利技术属于微纳增材制造和共形天线
，具体涉及一种基于复合微纳增材制造技术实现大尺寸曲面共形天线高效低成本制造方法，尤其涉及一种能实现透明曲面共形天线高精度低成本制造方法。

技术介绍

[0002]共形天线(共形阵天线)是与载体平台外形保持一致并且降低载体负载的天线阵，在现代无线通信系统中，共形天线由于能够与飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体平台表面相共形，且并不破坏载体的外形结构及空气动力学等特性，已经成为无线通信天线领域的一个研究热点和前沿技术。相对于平面阵天线，曲面共形天线具有更大的优势，主要包括：共形天线可以安装在飞机、导弹、无人机、卫星等飞行器航空航天装备不同曲率的表面，不会像传统天线那样破坏飞行器航空航天装备的气动外形，使平台保持良好的气动布局和隐身特性；贴在机身表面或直接做成蒙皮的共形天线，可在更大的空域和距离上实现对目标的扫描和探测，极大地改善电子攻击效能。共形天线体积小，重量轻，不占用机内空间，彻底改变了天线突出武器表面的情况，达成了天线与机身的一体化设计，从而最大限度地保持了战机和战舰的隐身特性和机动能力，进而极大地提升了战力水平。
[0003]在机载智能蒙皮天线技术中，在航天器、飞机、无人机、军舰、潜艇等装备的外壳中植入探测元件、微处理系统和驱动元件，使得这些装备的外壳既起到结构件的作用，又使其具有优异的气动、隐身、监视、预警和通信等性能。在高性能的导弹领域中，采用共形天线技术，将天线与弹壁、弹翼甚至天线罩共形一体化设计，充分利用载体表面积以增大天线口径，提高天线增益。天线罩设计可以优先考虑头罩内窄带天线的性能，降低天线罩的设计难度，减轻对地性能的影响，同时还能降低导引头载体的雷达散射截面(RCS)。共形天线技术能够大大提高导弹的生存力和战斗力，是新一代制导武器采用的关键技术之一。在透明共形天线技术中，可在导引头表面安装透明共形天线，内部空间留给其它传感器。导引头共形天线减小弹体体积及重量，实现对多个目标的快速准确跟踪，还可以提高抗干扰性和隐身性能。此外，基于透明曲面基材上制造透明共形天线，在第六代战斗机、军事航天通信、智能无人机、自动驾驶等诸多领域具有非常广阔的应用前景。
[0004]目前共形天线和共形阵天线主要制造方法包括打印、转印、激光直写技术、全息光刻技术等。这些技术虽然能够实现曲面共形天线的制造，但是现有这些技术好都存在严重的不足和局限性。打印技术作为一种非接触式的印刷方式，减少了对基底(基材)形状结构的限制，同时无需模具或者掩膜等，材料兼容性较好，工艺过程较为灵活。但是还存在如下的问题，例如传统的喷墨打印，打印精度较低(目前最小线宽是20微米)，打印材料受限(材料的粘度低于30mPa.s)，与基材的粘附性能差。挤出式打印，打印分辨率低，目前线宽一般在100微米，难以满足高性能共形天线尤其是透明共形天线的实际需要；气溶胶打印目前是实现曲面共形打印技术最成熟的方案，但是目前设备昂贵，成本高，尤其是打印材料受限(打印材料必须要雾化)，打印的线最小宽目前是10微米；另外，该技术的知识产权在美国
Optomec公司，开发受到较大的限制。转印技术是利用施主基体完成导电薄膜的制作，借助柔性转印图章将功能结构转移至目标基板，具有工艺过程简单、成本低廉等优点，在柔性、共形透明天线集成方面具有较好应用前景。但是存在的主要不足有模具制作过程工艺复杂，精度较差，效率比较低，对于非闭合曲面尤其是任意曲面方面存在很大的难度。全息光刻技术无需复杂光学系统以及传统光学掩膜版，并且在非平面基底进行图案化时可有效消除衍射线展宽，具有高分辨率和均匀度，在共形天线制造中受到广泛的关注。全息光刻技术受限于基底形貌，工艺灵活性差、周期长，加工精度较低。激光微加工技术直接通过激光照射将各种结构直接数字化地制造到曲线表面上，功能结构的所有特征尺寸都能借助计算机控制进行调整，工艺流程简单。激光加工对于承载电路图案的基底材料有耐受高温和活化的要求，限制了可选用的材料范围，大尺寸曲面和大均曲率基材的均匀涂胶困难，材料浪费较为严重，加工精度较低。
[0005]基于上述介绍，亟需一种制造方法能够解决大尺寸、高精度共形天线(尤其是透明曲面共形天线)的高效低成本制造的问题，以及克服现有技术无法实现大幅面、大曲率曲面载体高精度共形天线制造的难题(尤其是10微米以下线宽、大高宽比结构曲面共形透明天线的制造)。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，实现大尺寸高精度曲面共形天线高效低成本批量化制造，尤其是能实现大尺寸透明曲面共形天线的制造，而且所制造的共形天线具有高精度、低剖面、微型化、超宽带的优势。特别是能实现大尺寸导引头弹载透明曲面透明共形天线、战机(无人机、战斗机、预警机等)机载透明曲面共形天线、光学仪器表面透明曲面共形天线的高效低成本制造。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0008]一种基于复合微纳增材制造曲面共形天线的制造方法，主要包括如下工艺步骤：
[0009]步骤1：基材预处理：对曲面基材进行疏水化处理，所述疏水化处理包括对曲面基材去污清洁、表面疏水和干燥。具体地，首先，对曲面基材表面进行去污清洁处理后；随后进行表面疏水处理，降低其表面能，提高打印的稳定性、一致性和高精度；最后进行烘干和风干处理。
[0010]步骤2：共形天线结构种子层打印：使用五轴联动电场驱动喷射曲面共形微纳3D打印机在曲面基材上打印共形天线结构的种子层，即导电层，在打印过程中同时通过激光或者UV灯进行原位固化和烧结，实现打印
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烧结同步进行。结合不同的打印模式，以及改变不同的打印工艺参数来实现不同线宽和精度种子层的打印。优先选用固含量高于70％高粘度纳米导电银浆作为打印材料。线宽为0.5μm
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200μm。
[0011]步骤3：打印的共形天线结构种子层导电化处理：将步骤2打印的共形天线结构种子层基材，置于真空箱中烧结进行导电化处理，随后清洗和氮气吹干等处理，完全去除种子层和基材上的污物。
[0012]步骤4：共形天线结构微电铸或者化学镀：将步骤3打印的共形天线结构种子层经过电铸或者化学镀工艺，在种子层上继续沉积金属材料。沉积金属材料的厚度3微米
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20微米。
[0013]步骤5：样件后处理。将微电铸或者化学镀好的样件进行清洗，去除沉积过程产生的残留物，然后对样件进行烘干处理，制备完成大尺寸高精度曲面共形天线。
[0014]作为进一步限定，所述步骤1中的曲面基材可以是半球，圆柱、圆锥、抛物面、任意曲面等，也可以是通过切削加工、模具、3D打印的3D基体或者任意曲面基体。
[0015]作为进一步限定，所述步骤2中的曲面共形天线打印设备为基于提取电极的五轴联动电场驱动喷射沉积微纳3D打印机，可以完成在X，Y，Z，A，C方向上的五自由度打印，通过调整旋转工作台的旋转角度来更好的实现共形天线图案的打印。
[0016]作为进一步限定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合微纳增材制造曲面共形天线的制造方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：步骤1：基材预处理：对曲面基材进行疏水化处理，所述疏水化处理包括对曲面基材去污清洁、表面疏水和干燥；步骤2：共形天线结构种子层打印：使用基于提取电极的五轴联动电场驱动喷射沉积微纳3D打印机在曲面基材上打印共形天线结构的种子层，在打印过程中同时通过激光或者UV灯进行原位固化和烧结，实现打印
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烧结同步进行；结合不同的打印模式，以及改变不同的打印工艺参数来实现不同线宽和精度种子层的打印；线宽为0.5μm
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200μm。步骤3：打印的共形天线结构种子层导电化处理：将步骤2打印的共形天线结构种子层基材，置于真空箱中烧结进行导电化处理，随后清洗和氮气吹干处理，完全去除种子层和基材上的污物；步骤4：共形天线结构微电铸或者化学镀：将步骤3打印的共形天线结构种子层经过电铸或者化学镀工艺，在种子层上继续沉积金属材料；步骤5：样件后处理：将微电铸或者化学镀好的样件进行清洗，去除沉积过程产生的残留物，然后对样件进行烘干处理，制备完成大尺寸高精度曲面共形天线。所述步骤2中共形天线结构种子层所使用的打印材料包括高粘度纳米银浆、纳米镍/银金属的溶液、改性液态金属；所述步骤4沉积金属材料的厚度3微米
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20微米。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的曲面基材是球面、半球面、圆柱、圆锥、抛物面、任意曲面以及通过切削加工、模具、3D打印的3D基体中的任意一种或多种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的打印设备为基于提取电极的五轴联动电场驱动喷射沉积微纳3D打印机，能够完成五自由度打印，通过调整旋转工作台的旋转角度来实现共形天线图案的打印；优选地，所述步骤2中所用的打印喷嘴为内径范围1
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300μm的喷金导电处理的玻璃针头、不锈钢喷头或者武藏针头。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中共形天线的打印路径能够根据不同曲面基材形状设计生成相应的加工代码，导入机器系统中协同调节不同打印工艺参数，完成线宽在0.5
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200μm范围内和不同打印速度1
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200mm/s范围内共形天线的打印；优选地，所述步骤2中打印喷嘴与曲面基材的距离和方向保持相同，即距离始终在精度允许的范围内，方向始...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰红波，马圣旺，王飞，李红珂，朱晓阳，张厚超，许权，赵佳伟，
申请(专利权)人：青岛五维智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：