01 소개
세라믹의 적층 제조(AM)는 우주 통신 시스템에서 마이크로파 전자 부품의 설계 및 생산에 혁명을 일으키고 있습니다. 세라믹은 뛰어난 전자기적 특성, 높은 열 안정성, 탁월한 기계적 강도로 인해 이러한 장치에 없어서는 안 될 요소입니다. AM을 통해 세라믹 재료의 모양과 치수를 정밀하게 제어할 수 있으므로 마이크로파 전자 장치의 정확성과 성능에 대한 엄격한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 또한 전자파 차폐 부품은 전자파 간섭을 줄이고 안정적인 신호 전송을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 적층 가공된 세라믹의 사용은 절연 성능을 최적화하고 차폐 효과를 향상시키는 새로운 방법을 제공합니다.
레이저 및 전자빔 가공
02 적층제조 필터
세라믹 소재는 매우 높은 화학적 안정성과 내부식성을 나타내므로 열악한 환경에서 필터로 장기간 사용하기에-적합합니다. 더욱이 유전체 재료와 AM의 통합은 광범위한 유전 상수(εr)를 촉진합니다. 동일한 유전체 재료는 조리개 크기, 기하학적 구조, 계층 구조 등의 매개변수를 수정하여 서로 다른 εr 값을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 세라믹 필터를 맞춤화하여 특정 요구 사항을 충족하고 필터링 효율성과 정밀도를 최적화할 수 있습니다.
한 가지 예는 리소그래피- 기반 세라믹 제조(LCM) 기술을 사용하여 제작된 모놀리식 유전체 도파관 필터입니다. 필터는 850MHz 대역폭의 11.5GHz에서 작동하도록 설계되었으며 기존 금속 하우징의 기능을 모방하기 위해 은도금-된 단일{4}} 유전체 디스크로 제조되었습니다. LCM 기술은 맞춤형 금형 없이도 설계 유연성을 제공하고 보다 정밀한 제조를 가능하게 합니다. 세라믹 구조물의 금속화는 세라믹의 고온 저항성, 내식성, 절연 특성을 활용하는 동시에 금속의 강도 및 전도성과 결합하여 성능을 최적화합니다.
그림 1.(a) 4차-차 유전체 도파관 필터, (b) 4차- 반구형 공진기에 기반한 BPF, (c) C-밴드 삼중 필터.
레이저 및 전자빔 가공
03 적층 공진기 제작
공진기는 특정 주파수에서 안정적으로 진동할 수 있는 전자 장치로 주파수 생성 및 신호 처리에 널리 사용됩니다. 마이크로파와 고주파-주파수 신호는 일반적으로 위성 통신 및 레이더 시스템에 사용됩니다. 유전체 공진기는 높은 안정성과 높은 Q- 인자로 인해 이러한 응용 분야에 이상적입니다.
유전체 공진기의 기능은 전자기파에 대한 유전체 재료의 반응을 기반으로 합니다. 이러한 파동의 전파 속도는 물질의 εr에 의해 결정되며 공진기에 사용되는 유전체 물질의 크기, 모양 및 특성은 공진 주파수에 영향을 미칩니다. AM을 사용하면 유전체 공진기를 다양한 요구 사항에 맞게 소형화 및 고성능으로 설계하고 제조할 수 있습니다.{2}} 이를 통해 레이더 신호 전파 및 반사 특성이 최적화됩니다. 이러한 접근 방식을 통해 유전체 공진기를 보다 맞춤화되고 정확하며 비용 효율적으로-생산할 수 있습니다.
그림 2.(a) 안테나 구조 도식, (b) 삼중{0}}모드 공진기, (c) 단축 이방성 유전체 공진기 안테나.
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04 적층제조 센서
AM 센서는 맞춤화 가능하고 복잡한 기하학적 구조와 아키텍처의 이점을 활용합니다. 세라믹 소재의 압전, 열전 및 압저항 특성과 결합하면 고정밀도 및 고성능-감지 애플리케이션이 가능해집니다.
독특한 전기기계적 결합 동작을 특징으로 하는 압전 세라믹 센서는 항공우주 분야에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 압력, 온도 및 진동에 대한 정확한 모니터링을 제공하며 엔진, 동체 및 기타 중요한 항공우주 부품의 작동 조건을 평가하는 데 널리 사용됩니다.
세라믹의 고유한 취성으로 인해 유연한 세라믹의 개발이 주요 연구 초점이 되었습니다. 이 문제를 해결하기 위해 유전체 성능과 기계적 유연성을 최적화하기 위해 감광성 수지에 BaTiO3와 MWCNT를 결합한 DLP AM을 사용하여 유연한 세라믹 복합 압력 센서가 개발되었습니다. 그림과 같이 모래시계-모양의 응력-집중 구조를 설계하여 감도를 향상시켰습니다. 유한 요소 분석 및 실험을 통해 넓은 압력 범위에서 향상된 선형 감도가 확인되었으며, 고성능 유연한 센서에서 DLP의 타당성이 입증되었습니다.{6}}
그림 3.(a) 유연한 용량성 압력 센서, (b) 유연한 압전 복합재 및 소형 로봇의 회로도.
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05 결론
세라믹의 적층 제조를 통해 높은 내열성, 낮은 열전도율, 우수한 전자파 차폐 등 세라믹 특성을 맞춤화할 수 있으므로 통신 시스템, 레이더, 열 보호를 포함한 항공우주 응용 분야에 이상적입니다. 전통적인 제조와 비교하여 AM은 복잡한 세라믹 부품에 상당한 이점을 제공하여 복잡한 형상과 경량 구조를 만들 수 있는 더 큰 설계 유연성을 제공합니다. 이는 중량 감소로 연료 효율성과 성능이 크게 향상되는 항공우주 분야에서 특히 중요합니다.
AM은 또한 구조적 무결성, 열 저항, 전자파 차폐와 같은 여러 기능을-단일 부품으로 결합하는{1}}구성요소 통합을 지원하므로 구성요소 수를 줄이고 조립을 단순화합니다. 또한 이러한 기술을 사용하면 성능 피드백을 기반으로 신속한 프로토타이핑 및 설계 조정이 가능합니다.
