3D-Druck ermöglicht neue Ansätze in der Antennentechnologie

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Xiaoyu Zheng, Associate Professor an der University of California, Berkeley, hat eine neuartige 3D-Druckplattform entwickelt, die die Herstellung komplexer Antennenstrukturen erheblich vereinfacht. Diese Plattform, bekannt als „Charge Programmed Multi-Material 3D Printing“ (CPD), ermöglicht die Kombination von hochleitfähigen Metallen mit verschiedenen dielektrischen Materialien innerhalb einer dreidimensionalen Struktur.

Laut einer kürzlich in Nature Communications veröffentlichten Studie bietet diese Technologie zahlreiche neue Möglichkeiten für den Antennenbau, von 5G- und 6G-Netzwerken bis hin zu Anwendungen in der Raumfahrt.

Im Gegensatz zu traditionellen Methoden, die oft teure Metallpulver und Hochenergie-Laser erfordern, nutzt CPD ein lichtbasiertes 3D-Druckverfahren in Kombination mit katalytischen Materialien. Diese Materialien erlauben die gezielte Metallabscheidung auf Polymerstrukturen, was die Herstellung hochkomplexer und gleichzeitig leichter Antennen ermöglicht.

Zheng sagte: „Es ermöglicht im Wesentlichen jede komplexe 3D-Struktur, einschließlich komplexer Gitter, und hat die Abscheidung von Kupfer mit nahezu unverfälschter Leitfähigkeit sowie von magnetischen Materialien, Halbleitern, Nanomaterialien und Kombinationen dieser Materialien gezeigt.“

CPD, so Zheng, ist „in einzigartiger Weise für Antennen geeignet, da fast alle Antennen zwei Komponenten benötigen: Eine ist die metallische Phase, der Leiter, und die andere ist die dielektrische Phase, die nicht leitend ist – und [bis jetzt] gab es keine Technologie, die in der Lage war, die leitenden und dielektrischen Materialien zusammen direkt zu strukturieren oder zu synthetisieren.“

Zheng sagt: „Man kann zum Beispiel kein normales Polymer im Weltraum verwenden. Man braucht ein Hochtemperaturpolymer wie Kapton, das sich in der Luft- und Raumfahrt bewährt hat [und sowohl bei sehr hohen als auch sehr niedrigen Temperaturen stabil ist]. Jetzt kann man Kapton und ein Muster aus Metallspuren gleichzeitig in 3D verweben“.

Ein wichtiger Anwendungsfall liegt in der präzisen Formung elektromagnetischer Wellen, was durch die flexible Gestaltung der Antennenstruktur erreicht wird. Professor Yahya Rahmat-Samii von der UCLA, Mitautor der Studie, betont, dass die Plattform völlig neue Antennendesigns ermöglichen könnte, die genau auf spezifische Anforderungen zugeschnitten sind. Das Forschungsteam sieht dabei Potenziale für zahlreiche Bereiche, darunter tragbare medizinische Sensoren und ultraleichte Kommunikationssysteme.

Co-Autor Yahya Rahmat-Samii, Professor für Elektro- und Computertechnik an der UCLA, sagte: „Es gibt wahrscheinlich zahlreiche verschiedene Antennenstrukturen, je nachdem, welche Anwendung man im Sinn hat“, sagte er.

Zukünftig plant das Team, die Möglichkeiten der Technologie weiter auszuschöpfen. Eine gezielte Kontrolle über die Materialkombinationen und die Strukturkomplexität könnte Antennen hervorbringen, die für spezifische Umgebungen optimiert sind. Um diese Entwicklungen voranzutreiben, wurde bereits ein Start-up gegründet, das sich auf medizinische Sensoren konzentriert. Die Forschenden hoffen, dass ihre Technologie einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Antennentechnik leisten kann.