Engineers at the美国海军研究实验室(NRL) have deployed a 3D printer to fabricate optimized antenna components that could be key to advancing theUS Navy’sradar monitoring capabilities.
通过使用3D打印，工程师能够以较低的成本创建圆柱阵列，而交货时间则减少了，与使用常规专用设备产生的阵列相比。事实证明，最终的零件也比以前的迭代更轻，可能会借给他们新的最终用途导航或国防应用。
“3D printing is a way to produce rapid prototypes and get through multiple design iterations very quickly, with minimal cost,” said NRL electrical engineer Anna Stumme. “The light weight of the printed parts also allows us to take technology to new applications, where the heavy weight of solid metal parts used to restrict us.”
维修海军天线阵列
在海上行动时，海军船只在很大程度上依赖其雷达，这不仅是海上航行的一种手段，而且还监视远处潜在侵略者的运动。这些关键系统由由互连天线组成的阵列提供动力，但是它们通常会破裂，因此需要快速置换。
目前，此类停止零件是从金属中订购的或错综复杂的，这一过程可能需要数周才能完成。另一方面，使用3D打印机，Stumme和她的NRL同事发现，由于所需的加工和组装时间的减少，现在可以在几个小时内制造诸如圆柱形阵列之类的组件。
However, while foreign defense forces such as the荷兰海军采用了Intamsys 3D打印为了按需制造备件，NRL认为这是现实的。实际上，工程师认为，该技术在快速迭代新设计方面具有更大的潜力，这是他们在新型天线阵列中充分利用的。
Stumme解释说：“我们并不是要说我们需要3D打印所有东西并将其放在船上，因为那是不现实的。”“我们不一定知道在这种环境中它将如何保持。对我们来说，这是一种在短时间内测试更多设计迭代的方法。”
3D printing the NRL antennas
NRL团队在2019年天线应用研讨会上获得了最初的研究奖，因此选择如何使用3D打印来优化相关零件的重量。首先，工程师在实验室的自主系统研究设施中对它们进行电镀之前，制作了一组尼龙原型。
在此过程中，研究人员能够为每个部分添加薄金属层，从而为它们提供了传递应用所需的导电表面。准备就绪后，原型进行了表面粗糙度表征测试，该测试有效地使团队能够评估外部饰面对其性能的影响。
“Surface roughness is important for waveguides and antennas because it can cause scattering losses and result in a less efficient antenna,” explained Nick Charipar, Head of the Applied Materials and Systems Section. “Antennas radiate and receive waves. So if a wave runs along a rough surface it is distorted and the energy may not go where you want it to go.”
在初始测试之后，NRL的雷达部门安装了组件，以查看它们如何影响雷达功能，发现每个3D打印机的特性都影响了设备的性能。结果，团队得出结论，如果可以确定优化的参数集，则可以在世界任何地方迅速生产备用阵列。
今年晚些时候，Stumme和NRL船员打算通过对原型圆柱阵列光圈进行现场测试来结束他们的研究，将其集成到X波段监视雷达中。阵列，用于提供360o对小型船的可见性，将使用轻质光纤打印3D，有可能授予它们增强的热性能。
The U.S. Navy and printing at sea
美国海军长期以来已经认识到3D印刷零件的潜力，并在研究它们和最终用途应用方面进行了大量投资。
最近，美国海军研究生院（NP）成为第一个安装的Xerox’s new ElemX Liquid Metal 3D printer。NPS已有效地与Xerox进行了合作，该公司将尝试开发新的方法来制造按需零件以在美国武装部队进行部署。
美国海军的Naval Sea Systems Command（NAVSEA）部门还向七个R&D programs that could yield cost savings of $250 million。最初的支出仅为820万美元，该零件优化计划可能代表了减少海军船上所需维护的一种高效方法。
Elsewhere, scientists based at the海军表面战中心have developed and patented anovel biodegradable 3D printing material。团队认为，将来可以部署其新聚合物，以创建水下设备，例如无人驾驶或自动水下车辆（UUV）。
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特色图片显示Anna Stumme对NRL的Anechoic室内的天线阵列进行了调整。通过NRL的照片。
