一种共形天线曲面辐射阵面3D打印成型方法与流程

本发明属于共形天线，尤其涉及一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法。

背景技术：

1、共形天线是指天线与飞机外表面共形，以满足天线对扫描区域、辐射性能和装机位置的需求，并实现机载天线向多功能集成、轻薄化和高性能发展。共形天线的共形方式主要包括天线罩共形、天线阵面共形和天线体整机共形，其中，天线罩共形受体积、重量、天线增益、覆盖角域和安装空间等因素限制，天线阵面共形受成型曲率和拼接缝隙等因素限制，二者均无法从根本上解决共形天线的实际需求。

2、天线体整机共形是指天线辐射阵面、集成控制电路和tr组件等部件被外推至机表并与飞机蒙皮共形，其可大幅缩小共形天线的体积和重量，且可有效提升天线增益和覆盖角域，并综合提升系统整机性能。其中，曲面辐射阵面是实现共形天线信号收发和扫描探测的最前端射频传感器，其多层电路的制造精度和共形曲率是实现共形天线功能的关键。

3、而传统印制板制造工艺无法实现曲面共形电路的制造，因此，为了实现天线辐射阵面与载机平台共形，只能将传统平面电路基板进行二次曲面成型，之后再胶结或焊接装配到天线阵面结构件上。该工艺只能实现可展开小曲率共形曲面多层电路的制作，且胶结或焊接过程均需要复杂的工装体系和工艺措施来实现印制板从平面到曲面的转化，这易造成短路、堵塞或空洞等质量风险，使得天线的探测能力下降；同时，印制板形变后存在较大的回弹内应力，这使得胶结层或焊接层存在脱落的风险，且当形变曲率过大时甚至会出现印制线路损坏和印制板分层等严重质量问题，从而直接导致天线功能丧失。

技术实现思路

1、本发明为克服现有技术缺陷，提供了一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，能够高质量地制备共形天线曲面辐射阵面。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其包括以下步骤：

4、步骤s1：建立曲面辐射阵面的三维数字模型；其中，曲面辐射阵面包括依次堆叠的若干第一介质层和第二介质层，相邻两第一介质层之间和第二介质层与其相邻的第一介质层之间均设置有导电层，第一介质层上贯穿设置有导电柱；

5、步骤s2：定位安装共形承载基板于3d打印机内；

6、步骤s3：根据曲面辐射阵面的三维数字模型，在共形承载基板的顶端3d打印第一介质层；

7、步骤s4：对第一介质层进行光固化；

8、步骤s5：根据曲面辐射阵面的三维数字模型，在第一介质层的顶端依次3d打印导电柱和导电层；

9、步骤s6：对导电柱和导电层进行光固化；

10、步骤s7：判断所有导电层是否制备完毕；若未制备完毕，则执行步骤s8；若制备完毕，则执行步骤s9；

11、步骤s8：根据曲面辐射阵面的三维数字模型，在导电层的顶端3d打印第一介质层，之后，重复执行步骤s4-s7；

12、步骤s9：根据曲面辐射阵面的三维数字模型，在导电层的顶端3d打印第二介质层。

13、在一个实施方式中，曲面辐射阵面还包括设置在导电层间隙中的非金属填充层，非金属填充层的厚度与导电层的厚度相匹配；

14、步骤s6执行完毕后，先3d打印非金属填充层，再执行步骤s7。

15、采用上述技术方案的有益效果为：非金属填充层填充导电层上的间隙，以使相邻两第一介质层之间和第二介质层与其相邻的第一介质层之间均为全填充，以有利于提高共享天线曲面辐射阵面的结构强度，且方便打印下一层结构。

16、在一个实施方式中，步骤s2执行完毕后，先对共形承载基板进行预热，再执行步骤s3。

17、采用上述技术方案的有益效果为：对共形承载基板进行预热，可降低沉积在共形承载基板上的墨水材料的流动性，以使墨水材料表干成膜，从而增加3d打印时沉积材料的表面平整度，进而有效降低形变误差。

18、在一个实施方式中，预热温度为100～120℃。

19、在一个实施方式中，共形承载基板上设置有用于安装射频连接器的通孔；定位安装共形承载基板于3d打印机内包括：

20、在通孔中安装堵头。

21、采用上述技术方案的有益效果为：在共形承载基板上打印第一层第一介质层前，利用堵头将通孔堵住，以避免第一层第一介质层的打印材料进入通孔中；共形天线曲面辐射阵面成型完毕后，取出堵头，则可将射频连接器安装在通孔中。

22、在一个实施方式中，在共形承载基板的顶端3d打印第一介质层和在导电层的顶端3d打印第一介质层均包括：

23、使用介电墨水3d打印第一介质层，其中，介电墨水为光敏树脂。

24、采用上述技术方案的有益效果为：第一介质层采用光敏树脂这一介电墨水3d打印而成。

25、在一个实施方式中，对第一介质层进行光固化包括：

26、使用紫外光源对第一介质层进行光固化。

27、采用上述技术方案的有益效果为：光敏树脂材质的第一介质层受紫外光源照射后可固化。

28、在一个实施方式中，在第一介质层的顶端依次3d打印导电柱和导电层包括：

29、使用导电墨水3d打印导电柱和导电层，其中，导电墨水为纳米银墨水。

30、采用上述技术方案的有益效果为：导电柱和导电层采用纳米银墨水这一导电墨水压电喷墨3d打印而成，有利于实现导电图案和导电电路的精密成型，从而保证信号的低损耗传输。

31、在一个实施方式中，对导电柱和导电层进行光固化包括：

32、使用红外光源对导电柱和导电层进行光固化。

33、采用上述技术方案的有益效果为：纳米银墨水材质的导电柱和导电层受红外光源照射后可固化。

34、在一个实施方式中，建立曲面辐射阵面的三维数字模型包括：

35、根据天线设计和电磁仿真结果得到曲面辐射阵面的二维设计图，再将曲面辐射阵面的二维设计图转换为曲面辐射阵面的三维数字模型。

36、本发明的有益效果在于：

37、该成型方法可在一台设备上完成若干层第一介质层与若干导电层交替堆叠成型，并在最后成型第二介质层；另外，该成型方法不受曲面形状的限制，工艺流程相对简单、成型自由度高、成型精度高且可靠性高；因此，该成型方法可高质量地制备共形天线曲面辐射阵面；

38、采用光热耦合固化方式来固化第一介质层和第二介质层，该固化方式效率高、效果好且固化后材料表面平整、层间结合力强，有效解决了传统印制板制造工艺制造曲面多层电路时胶结层或焊接层易脱落、因曲率过大而出现印制线路损坏和电路板分层等严重质量问题，从而确保天线功能能够完整实现。

技术特征：

1.一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，曲面辐射阵面还包括设置在导电层(2)间隙中的非金属填充层，非金属填充层的厚度与导电层(2)的厚度相匹配；

3.根据权利要求1所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，步骤s2执行完毕后，先对共形承载基板(4)进行预热，再执行步骤s3。

4.根据权利要求3所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，预热温度为100～120℃。

5.根据权利要求1所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，共形承载基板(4)上设置有用于安装射频连接器的通孔；所述定位安装共形承载基板(4)于3d打印机内包括：

6.根据权利要求1所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，所述在共形承载基板(4)的顶端3d打印第一介质层(1)和所述在导电层(2)的顶端3d打印第一介质层(1)均包括：

7.根据权利要求6所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，所述对第一介质层(1)进行光固化包括：

8.根据权利要求1所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，所述在第一介质层(1)的顶端依次3d打印导电柱和导电层(2)包括：

9.根据权利要求8所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，所述对导电柱和导电层(2)进行光固化包括：

10.根据权利要求1所述的一种共形天线曲面辐射阵面3d打印成型方法，其特征在于，所述建立曲面辐射阵面的三维数字模型包括：

技术总结
本发明公开了一种共形天线曲面辐射阵面3D打印成型方法，包括以下步骤：建立曲面辐射阵面的三维数字模型；定位安装共形承载基板于3D打印机内；在共形承载基板的顶端3D打印并光固化第一介质层；在第一介质层的顶端依次3D打印并光固化导电柱和导电层；重复制备第一介质层、导电柱和导电层，直至所有导电层制备完毕；最后，在导电层的顶端3D打印第二介质层。本发明可在一台设备上完成若干层第一介质层与若干导电层交替堆叠成型，并在最后成型第二介质层；另外，该成型方法不受曲面形状的限制，工艺流程相对简单、成型自由度高、成型精度高且可靠性高；因此，该成型方法可高质量地制备共形天线曲面辐射阵面。

技术研发人员：冷杰,阎德劲,苑博,文磊,桑树艳,汪鹏,殷营政
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31