Comments 34
Действительно удивляет ,что "шероховатости" вроде как не влияют на работу. Хотя было бы интересно померить, насколько они действительно "не влияют". Уж добротность резонаторов-полостей точно должна просесть.
А не пробовали внутреннюю шероховатость как-нибудь сгладить? Не знаю, кислотой там, электролизом?
Просто, чтобы понять - а надо ли вообще копать в этом направлении?
Не пробовал, да и не хотелось. Основной замысел был получить готовое изделие сразу после печати с минимумом доработок. Шероховатость, вызванную размерами гранул исходного материала, думаю нужно принять как данность. Судя по этому эксперименту следует копать в направлении точности (качества) печати в целом. На фото возможно не видно, но есть места где металл внутри фильтра немного прогнулся вглубь вдоль всего фильтра.
Разрешите пару замечаний. Во-первых, это скорее фильтр не на объёмных резонаторах (хотя, по факту, резонаторы, таки-да, объемные), а на гофрированном волноводе (corrugated waveguide). Во-вторых, шероховатость внутренней поверхности волновода влияет на удельные потери (на единицу длины) - хотя, как видно из сравнения, не слишком сильно влияет - и на электрическую прочность волноводного устройства. Скажем, в авиационной и космической технике применимость такого фильтра требует дополнительного исследования.
Основные задачи которые побудили попробовать данную технологию это иметь возможность делать волноводные конструкции легкими и сложной геометрии без ограничений на диаметр и глубину фрезы.
Чтобы сделать конструкцию легкой можно делать тонкие полые стенки с ребрами жесткости внутри, выбор конструкции для использования преимуществ 3D печати это отдельная история.
Стоимость 3D печати во многом определяется объемом материала. Этот же самый фильтр можно пробовать делать со стенками толщиной менее 1 мм, что уменьшит объем расходуемого материала и время печати. Стоимость печати соответственно тоже уменьшится.
Фрезеровка этого же фильтра со стенками толщиной менее 1 мм будет продолжительной, так как фреза должна быть тонкой. Чем тоньше фреза тем требуется более медленная скорость ее перемещения (не вращения) чтобы избежать ее поломки.
Проще говоря время фрезеровки для тонких конструкций с глубокими узкими щелями может превысить время печати.
Форма и литье мне кажется не позволит выдержать требуемую точность изготовления, на этих частотах уход ключевых размеров на 0,01 мм уже заметен. В вопросы литья не погружался с уверенностью не отвечу.
Если кроме веса к конструкции предъявлять требования жесткости конструкции, тогда имеет смысл делать фильтр из нержавеющей стали, как в статье, или из титана. Фрезеровать или лить титан и нержавеющую сталь видится проблематичным, а для печати это типовые материалы.
Какая фактически точность печати четкого мнения сформировать не удалось, в процессе разговора на эту тему с подрядчиком понял, что проще попробовать. Материал сваривается лазером, по идеи ничего не мешает сделать точность позиционирования сварки лучше 10 мкм.
Фракция гранул исходного материала - 20-45 мкм. Толщина слоя - 50 мкм
Предположу:
- Шаг толщины слоя в данной конструкции может влиять на точность изготовления высоты широкой стенки волновода, то есть на уход центральной частоты, но не на неравномерность и возвратные потери (КСВ) в полосе пропускания.
- Учитывая толщину гранул рискну предположить, что точность хуже 10 мкм, что видно по неравномерности и возвратным потерям в полосе пропускания фильтра по сравнению с фрезерованным вариантом.
- В целом получилось лучше чем ожидалось, можно предположить точность в районе 25 мкм.
А если напечатать из пластика, а потом покрыть металлом? Фотополимерники дают высокую точность готового изделия и намного дешевле в эксплуатации.
ЗЫ: Ниже дан ответ. Не дочитал.
на демонстрашках по металлической печати поверхности гораздо чище, здается мне, нужно поискать более технологичное производство.
IMHO, сравнение с SIW фильтром выглядит несколько некорректно. Просто в силу того факта, что выбранный материал подложки (RO4003) является совершенно неподходящим для этих целей. Уместно было бы выбрать хотя бы RO3003 и посмотреть на результат.
В сравнении использовал тот фильтр который был доступен (на RO4003), специально ради сравнения SIW фильтры не делали. Результаты считаю показательным в части верхней полосы заграждения и качественной оценки вносимых потерь. Соглашусь, что судя по описанию у RO3003 потери меньше.
Возможно если делать SIW фильтр на поликоре, реализуя переходные отверстия лазером с последующей металлизация, вносимые потери можно ожидать сопоставимые с волноводным фильтром, но тогда мы отходим от технологичности SIW.
Делали подобный опыт. Все работает, с поправкой на плохую поверхностную проводимость.
Использовали фотополимерный принтер, шероховатость его, кстати, гораздо лучше. Первый слой проводимости сформировали графитовой краской, а затем гальваникой нарастили серебро. С точки зрения СВЧ - нареканий не было, только металлизация очень плохо на полимере держалась. Оно и понятно - графит не лучший подслой.
Классика говорит о необходимости активации поверхности и желательности нанесения первого слоя напылением металла, далее - гальваника. И вот такой пирог вполне устойчив, если не гонять волновод в широких температурных диапазонах, когда пленка начнет слезать из-за температурных деформаций.
Вот тоже хотел предложить печать на пластмассовом 3Д-принтере, и покрытие серебром.
И еще вариант - штамповку не сделать? форма слишком сложная?
Штамповку из мягкого металла чисто теоретически сделать можно, думаю. Другой вопрос, что штамповка - серийная технология, в которой цена оснастки определяет входной порог по стоимости производства. То есть, для штамповки цена партии изделий должна очень с лихвой перекрывать затраты на разработку и изготовление оснастки. В данном случае, под штамповку потребуется и переработка формы фильтры - придание внутренним поверхностям небольших уклонов под выход пуансона повлекет за собой и пересчет конфигурации фильтра и наверняка - экспериментальную отработку. Весь этот геморрой оправдан, только если мировой рынок жуть как нуждается именно в таких фильтрах и партии идут от тысяч штук, скорее от десятков тысяч.
В общем - со шттамповкой точно не сюда.
Если печатать электропроводящим полимером, то возможно графит и не понадобится?
Было бы вообще супер! Только вот проводящих смол для фотополимерных принтеров мы не нашли. Сделали попытку растворить в смоле мелкодисперсный порошок графита, для придания проводимости. Провели опыт по сохранению взвесности - графит, что в плюс, в смеси не оседал.
Только вот одна беда - проводимости смеси было не обнаружено, тестер на расстоянии в сантиметр показывал сопротивление в десятки мегаом. Еще, поскольку смолу оставили на свет, часть смолы полимеризовалась и дала твердую корочку в пробирке (типа напечаталсь). Проверили и ее поверхностную проводимость - без вариантов. Поэтому было принято решение этим не печатать, поскольку ванну загадим, а толку мало.
так что ждем или появления токопроводящей смолы, или, когда припрет, будем развлекаться с напылением первичного проводящего слоя электровакуумными методами.
Поскольку тема для меня и нашей фирмы волнующая, напишу общий комментарий.
С точки зрения физики эксперимента, сравнения не совсем допустимы. Для полного результата лучше было бы сопоставить потери в фрезерованном фильтре, аналогичном напечатанному. Поскольку такого нет, то надо бы было оценить вклад в потери дополнительных узлов и сказать о них, безусловно, во фрезерованном в данном диапазоне потери были бы существенно ниже. Сравнивать с фильтром в печатном исполнении весьма некорректно, т.к. потери в диэлектрике в Ка-диапазоне существенны, и к таким конструкциям прибегают только там где можно пренебречь потерями и для удобства исполнения.
Из нашей практики шероховатость на фрезерованных деталях Ra 2.5-6 обеспечивает отличные характеристики в диапазонах вплоть до 65-90 ГГц. В диапазонах спутниковой связи , до 15 ГГц вполне будет работать и Rz10 и более, хотя, конечно, все стремятся к лучшим показателям. В частности, даже покрытие серебром "с ванны" имеет не лучшие показатели шероховатости и галтовка покрытия способна уменьшить потери на вполне ощутимые 0.2...0.6 дБ в фильтрах.
При этом отмечу, что всячески приветствую направление 3Д-печати в СВЧ, поскольку это мощно расширяет диапазон решений и конструкций, упрощает макетирование, развязывает руки, в общем) Но из нашего опыта, с реальной шероховатостью печати порядка 0.01(в лучшем случае) - 0.03 (более-менее реально) мм рабочие образцы устройств имеет смысл делать в диапазонах до 5...7 ГГц и с оговорками и специальными мерами - до 15...18 ГГц.
В более высоких частотах - весьма пригодно для экспериментов, как показал автор статьи (респект ему и организации), но в промышленные образцы такое пока не годится.
За сим надеемся на новые успехи и интересные сообщения.
есть такая штука как КИМ - коэффициент использования материала, SLM в этом плане сразу бьет по двум вещам - расходует минимум материала, делает такие цельные полые детали, которые невозможно изготовить традиционными методами, в т.ч. литьем. и третье - структура сплава, т.к. не всякая структура (к примеру, литая) может подходить для ответственных деталей.
я не вижу ничего преступного и сложного в этом волноводе. вы отпечатали деталь, которая заточена под изготовление штамповкой.
поэтому эта статья мне видится так: SLM дешевеет и дешевеет настолько, что вот взяли и отпечатали первым попавшимся материалом не потому, что у него хорошие антикоррозионные свойства, не потому, что ему присущи какие-то жаропрочные свойства, а потому, что, блин, мы не захотели алюминий и пластик.
почему крепежные ушки перпендикулярные? что мешает крепить фильтр к корпусу/плате уголками?
убери ушки, изделие станет простым и для печати не будет требовать поддержек
p.s. что?
требования к точности фрезеровки, высокий вес и размеры. Одна из альтернатив — напечатать фильтр металлом.с каких это пор фрезеровка стала иметь ниже точность чем порошковая 3д печать?
мы же сравниваем один ценовой диапазон изделий?
"Ушки" — это часть стандартного фланца WR28. Важная часть конструкции.
Разве здесь упоминалось что альтернатива лучше по точности?
Объяснить это можно превосходящей точностью фрезеровки по сравнению с выбранной технологией 3D печати.
В целом конструкция разрабатывалась для теста электрических параметров при использовании данной технологии. Для тестов к стандартным ушам подключаться легче.
Имел возможность пощупать "фирменный" полосовой фильтр на этот диапазон, изготовленный методом 3D печати. Правда, из пластика с последующей металлизацией. Относительная полоса 2%, потери - меньше 0.5 дБ
Возможно станок с "Электроэрозионной обработкой" (EDM) (тонкая проволка под электричеством "растворяет" металл) позволит добиться высокой точности поверхности при этом сохранив возможность делать произвольные формы
Для каких целей использовать фильтр с полосой 3 ГГц? радиолокация? Характеристики ГВЗ и КСВН тоже были бы не лишними, приборная база вроде имеется.
Жаль, данные технологии(я про 3д печать металлом) еще очень не скоро станут доступны на "хоббийном" уровне...
Интересная статья и обсуждение. Впервые увидел 28 ГГц волноводный фильтр с такой шероховатостью, из двух половинка скрученных 10-ю винтами на примерно 10 см длинны, который даже работает! Но 3D печать вполне таки используется для таких устройств - вот например аналогичный фильтр от SwissTo12
Первый опыт печати металлом волноводного фильтра Ka-диапазона на 3D принтере