Orthomode Transducers (OMTs) sind wichtige Komponenten in Mikrowellen-Kommunikationssystemen. Sie haben die Aufgabe, kreuzpolarisierte Mikrowellenenergie zu verarbeiten und in vertikale und horizontale Kanäle aufzuteilen. Gregory Peter Le Sage, Programmentwickler und -manager am SLAC National Accelerator Laboratory, entwickelte einen Hochfrequenz-OMT und versuchte zunächst, ihn mit Hilfe der Stereolithografie (SLA) in 3D zu drucken. Der SLA-Druck entsprach jedoch nicht den Leistungserwartungen, was Le Sage dazu veranlasste, nach Alternativen zu suchen, die eine bessere Auflösung und mechanische Festigkeit bieten konnten.
Erste Herausforderungen
Der SLA-Druckprozess mit einer Auflösung von 50 Mikrometern führte zu einem OMT mit erheblichen Leistungsproblemen. Das Gerät wies eine Einfügedämpfung von 11 dB bei 71 GHz auf, was weit über dem akzeptablen Schwellenwert von 1,5 dB lag, der bei dem CNC-gefrästen Prototyp beobachtet wurde. Die geringere Auflösung des SLA-Verfahrens führte zu Maßungenauigkeiten, die sich negativ auf die Hochfrequenzleistung des OMT auswirkten, da Simulationen ergaben, dass selbst geringfügige Abweichungen von 10 Mikrometern oder mehr die Effektivität des Bauteils drastisch beeinträchtigen können.
Neugestaltung und Prozessverbesserung
Le Sage erkannte die Notwendigkeit einer verbesserten Auflösung und mechanischen Festigkeit und begann mit einer Neukonstruktion des OMT speziell für den fortschrittlichen 3D-Druck. Ziel der Neugestaltung war es, die strukturelle Integrität des Teils zu verbessern, die sowohl für die Leistung als auch für die Haltbarkeit entscheidend ist. Er entschied sich für die hochpräzise DLP-3D-Drucktechnologie, auch bekannt als Projection Micro Stereolithography (PµSL), die für ihre hervorragende Auflösung bekannt ist, um den neu gestalteten OMT zu fertigen.
Fortschrittliche Fertigung
Der neue OMT wurde mit dem microArch S240 Mikropräzisions-3D-Drucker von Boston Micro Fabrication (BMF) mit einer Auflösung von 10µm gedruckt. Diese Technologie bietet eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem SLA-Druck mit einer Auflösung, die den für Hochfrequenzanwendungen erforderlichen Toleranzen sehr nahe kommt. Nach dem 3D-Druck wurde der OMT von RePliForm Inc. galvanisch mit Kupfer beschichtet, wobei sichergestellt wurde, dass die Galvanisierung aufgrund des besseren Zugangs zu den inneren Oberflächen effektiv war.
Leistungsbewertung
Der neue 3D-gedruckte OMT zeigte eine deutlich verbesserte Leistung im Vergleich zur SLA-gedruckten Version. Die Einfügedämpfung des im DLP-Verfahren gedruckten OMT war erheblich geringer und näherte sich dem Leistungsniveau handelsüblicher Geräte, die für Hochfrequenz-Mikrowellenanwendungen entwickelt wurden. Dieses Ergebnis bestätigt, dass das DLP-Verfahren mit seiner höheren Auflösung entscheidend für die erforderliche Präzision und Funktionalität des OMT ist.
Diese Fallstudie zeigt die Auswirkungen der 3D-Drucktechnologie auf die Leistung von Hochfrequenzkomponenten. Der Übergang vom SLA- zum DLP-3D-Druck erwies sich als entscheidend für die Überwindung der Grenzen von Auflösung und Toleranz, was zu einem funktionalen OMT führte, der die strengen Anforderungen von Mikrowellenkommunikationssystemen erfüllt. Der Erfolg des DLP-gedruckten OMT unterstreicht, wie wichtig die Auswahl der geeigneten Fertigungstechnologie ist, um hohe Präzision und Leistung bei hochentwickelten technischen Anwendungen zu erreichen.
