自適應3D打印鎳鈦合金天線為軍事和空間研究開辟了可能性

南極熊導讀：在無線通信,、導航、雷達,、無線電通信和科學研究領域,，天線一直是不可或缺的組成部分。它們的核心功能在于接收或發(fā)射電磁波,。盡管天線技術已經取得了顯著進步,，但它們長期以來一直受限于剛性設計，這限制了它們的多功能性和應用范圍,。

2024年12月25日,，南極熊獲悉，約翰霍普金斯應用物理實驗室（APL）的研究人員正在打破這一傳統(tǒng),，通過先進的3D打印技術與形狀記憶合金,，致力于開發(fā)能夠根據溫度變化獨立變形的天線。

這項研究于2019年啟動,，目標是通過3D打印技術與先進的材料科學,，開發(fā)出能夠動態(tài)適應不同無線電頻率的天線。這些可變形天線的出現(xiàn),，有望為軍事和太空探索領域帶來前所未有的靈活性和功能性,。

△研究題目為“雙向增材制造形狀記憶合金寬帶可重構復合天線”（傳送門）

APL的研究團隊由Jennifer Hollenbeck領導，她從科幻系列《蒼穹浩瀚》中汲取靈感,，例如,，外星技術能夠根據需要改變形狀。Hollenbeck解釋說：“在我的職業(yè)生涯中,，我一直在研究天線,，并且一直在努力克服天線固定形狀所帶來的限制。我知道APL擁有將理論轉化為創(chuàng)新解決方案的專業(yè)知識和能力,。”

△自適應3D打印鎳鈦合金天線的三種狀態(tài),，中間圖片示例呈現(xiàn)為變形狀態(tài)

3D打印突破形狀記憶合金天線創(chuàng)新

天線采用鎳鈦合金（又稱鎳鈦諾）,，這是一種廣泛使用的形狀記憶合金,。這種材料具有在加熱至特定溫度后恢復原始形狀的特性，非常適合需要適應不斷變化條件的應用,。然而,，3D打印鎳鈦合金帶來了一系列挑戰(zhàn)，特別是在復雜結構的打印過程中,，材料可能會因熱反應而變形,。Hollenbeck指出：“這確實是一個設計上的難題，而且最初的結果并不如預期,�,！�

△呈現(xiàn)變形過程中的天線狀態(tài)

通過一系列的實驗和優(yōu)化，研究團隊克服了這些挑戰(zhàn),，成功制造出第一款加熱后可從平面螺旋形轉變?yōu)閳A錐形的天線,。此外，他們還采用了一種新型導電材料,，確保天線在達到所需溫度時性能不受影響,。增材制造工程師Samuel Gonzalez解釋道：“我們在優(yōu)化合金的加工參數和設計方面積累了豐富的經驗，但此次的挑戰(zhàn)更進一步,。目前,，這種材料的3D打印應用相對較少，因此我們缺乏成熟的加工秘訣,�,！�

同事Mary Duflo補充說：“我們在打印機中制造了幾次碎片，因為天線在打印過程中會因熱量而變形,，導致它們從構建平臺剝落,。”

展望未來,，這種柔性天線為軍事行動開辟了新的可能性,，因為它可以現(xiàn)場實現(xiàn)動態(tài)通信。由于具備出色的適應性,，這種天線還可以覆蓋電信和工業(yè)領域的多種移動網絡,，特別是能夠更好地適應短距離和長距離通信之間的切換。另一個潛在的應用領域是太空探索,，作為太空任務的自適應解決方案,。