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Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 7963 (2022) Citar este artículo

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La fabricación aditiva de estructuras volumétricas complejas abrió nuevas fronteras en muchos campos tecnológicos, convirtiendo diseños antes inconcebibles en una realidad práctica. Los componentes electromagnéticos, incluidas las antenas y los elementos de guía de ondas, pueden beneficiarse de la exploración de la tercera dimensión. Si bien las impresoras de polímeros de modelado por deposición fundida (FDM) se vuelven ampliamente accesibles, fabrican estructuras con permitividades electromagnéticas moderadamente bajas, en comparación con los metales. Sin embargo, las impresoras 3D de metal, al ser capaces de producir construcciones volumétricas complejas, siguen siendo aparatos extremadamente costosos y difíciles de mantener, adecuados para aplicaciones de mercado de alta gama. Aquí desarrollamos una nueva técnica de impresión en metal, basada en un dispositivo FDM simple y de bajo costo y posterior deposición electroquímica. Para probar el nuevo método, fabricamos varios dispositivos de antena y comparamos su rendimiento con sus equivalentes basados en placas grabadas con FeCl3 impresas estándar, lo que demuestra las claras ventajas de la nueva técnica. Nuestra nueva impresión en metal se puede aplicar para fabricar dispositivos electromagnéticos así como estructuras metálicas para otras aplicaciones.

La fabricación aditiva permite explorar estructuras volumétricas complejas en una variedad de disciplinas fundamentales y aplicadas1. La gama de nuevas capacidades permite reconsiderar los enfoques convencionales en mecánica2,3,4, gestión térmica5, medicina6, robótica7, electrónica8,9 y muchas otras áreas aplicadas, por ejemplo,10,11 donde arquitecturas novedosas y plataformas de materiales pueden otorgar capacidades nunca antes vistas.

Los componentes de hardware, que admiten enlaces de comunicación inalámbrica, también pueden beneficiarse de la exploración de geometrías volumétricas. Tradicionalmente, las arquitecturas planas de los componentes de radiofrecuencia (RF), incluidas las guías de ondas y las antenas, se integran en los circuitos electrónicos impresos. Este enfoque es favorable debido a la fabricación litográfica capa por capa bien establecida. Sin embargo, la impresión 3D funcional permite explorar diseños conceptualmente diferentes con rendimientos electromagnéticos potencialmente mejores. Mientras que el principio de equivalencia de superficie sugiere la capacidad de reemplazar una realización volumétrica con una superficie de impedancia, encerrando el volumen de la estructura inicial12, los aspectos prácticos juegan un papel13, subrayando las ventajas reales de los diseños volumétricos. Recientemente se desarrollaron varias técnicas de fabricación aditiva para crear dispositivos de RF de alta calidad14. El fresado CNC15,16, la estructuración directa por láser17,18,19, la impresión conformada de tintas metálicas20,21, la incrustación de malla de alambre ultrasónica22 y la deposición de metal a través de una máscara en superficies curvas23,24 se encuentran entre una serie de métodos desarrollados. A pesar de los rendimientos probados de las técnicas mencionadas anteriormente, están diseñadas para una tarea específica y, sin embargo, pueden considerarse como una solución definitiva en el campo. Por otro lado, las impresoras de modelado por deposición fundida (FDM) están disponibles y tienen un costo extremadamente bajo, lo que las convierte en la primera opción en los casos en que se necesita la creación rápida de prototipos de estructuras volumétricas. Las impresoras FDM son compatibles con una variedad de materiales poliméricos, incluido el ácido poliláctico (PLA), el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el polietilen tereftalato glicol (PETG), diferentes aleaciones, mezclas de nanoestructuras de polímeros y muchos otros. Esos plásticos ya estaban integrados dentro de los dispositivos de antena (eg25,26). Además, se pueden imprimir varios materiales poliméricos en paralelo durante la fabricación en una sola sesión27,28. Sin embargo, los plásticos son dieléctricos con un contraste electromagnético relativamente bajo. Por lo general, la permitividad oscila entre 2,5 y 3,5 en la banda de 1–10 GHz con la tangente de pérdida de 10−3–10−1 para PLA28. Esos números, sin embargo, dependen de los parámetros de fabricación, principalmente del factor de relleno del polímero en una unidad de volumen. Las pérdidas electromagnéticas se vuelven dramáticamente altas si los materiales conductores, por ejemplo, las escamas de grafeno, se mezclan dentro de los filamentos de polímero. Aquí, la tangente de pérdida puede aproximarse a la unidad, lo que hace que esos materiales sean casi irrelevantes para su uso en dispositivos de comunicación inalámbrica. Una solución definitiva para la fabricación de dispositivos de RF volumétricos es la impresión de metal, por ejemplo, realizada con una sinterización directa de metal por láser29. Sin embargo, las impresoras de metal, a pesar de que proporcionan estructuras metálicas de contraste RF independientes de alta calidad, siguen siendo extremadamente costosas, lo que motiva el desarrollo de otros enfoques.

Aquí demostramos una impresión de metal simple y de bajo costo, basada en una técnica FDM de bajo grado. El nuevo método se describe primero y luego sigue una demostración de varios dispositivos electromagnéticos eficientes, que se muestra que superan a sus contrapartes de placa de circuito impreso (PCB) convencionales.

Los metales con alta conductividad RF permiten obtener prestaciones electromagnéticas superiores. Sin embargo, solo una fina capa de metal, con un espesor de varias profundidades de piel, gobierna la interacción30. Por lo general, varias micras de cobre son suficientes para el rango de frecuencia de 1 a 10 GHz. Vale la pena señalar que el recubrimiento sin electricidad se puede usar para cubrir polímeros no conductores, aunque este enfoque requiere pasos de procesamiento químico bastante extensos31,32. Otra técnica es la galvanoplastia, donde la deposición electroquímica se realiza sobre materiales con una conductividad de baja frecuencia suficiente. En nuestro caso, el esqueleto impreso en 3D de una estructura sirve como cátodo. Para ello, los polímeros que se aíslan inicialmente deben volverse conductores, lo que se hace introduciendo pequeñas partículas. Aquí se utilizarán filamentos, hechos de PLA, mezclados con escamas de grafeno (GPLA). La resistividad de CC de este material disponible comercialmente (PLA conductor, 2,85 mm de diámetro, 'Proto-pasta') es de aproximadamente 0,1275 Ω m. Vale la pena señalar que la conductividad RF de este material es insuficiente para aplicaciones prácticas. La permitividad de las variedades GPLA entre 52 y 15 en el rango de frecuencia de 1 a 10 GHz, mientras que la tangente de pérdida es de 0,75 a 0,8733. Sin embargo, los esqueletos de GPLA pueden servir como cátodos en la galvanoplastia. Se pueden depositar capas de metales con un espesor de micras a milimétricas sobre estructuras impresas por FDM y sirven para aplicaciones electromagnéticas de GHz. Sin embargo, el GPLA metalizado electroquímicamente permanece como sustrato y, debido a su permitividad relativamente alta, provoca una alta concentración de campo dentro de su volumen, lo que lleva a pérdidas moderadamente altas. Esas pérdidas degradan gravemente el rendimiento de la antena y la guía de ondas, lo que hace que la rentabilidad de este enfoque sea cuestionable. En consecuencia, la eliminación de los esqueletos de GPLA después de su galvanoplastia puede aumentar drásticamente el rendimiento de los dispositivos electromagnéticos impresos en 3D. Después de realizar este último paso de eliminación del esqueleto, se obtienen estructuras metálicas independientes. Este nuevo método se describirá a continuación.

El proceso de fabricación se divide en varios pasos principales. El primero es la impresión de un esqueleto. Se empleó la impresora BCN3D Sigmax. Para la creación de prototipos se utilizó BCN3D Cura 3.4.0 para cortar el modelo (Fig. 1A). Después de fabricar el modelo, el siguiente paso es su procesamiento posterior. La estructura se trató con un trapo humedecido con acetona o, potencialmente, con otro solvente (p. ej., 1,2-dicloroetano, diclorometano y otros). Este paso permite alisar la rugosidad, ocurrida durante el proceso de impresión propia del espesor finito de las boquillas FDM, aquí se utilizó 0,4 mm. Sin embargo, solo las pequeñas imperfecciones, por ejemplo, grietas y burbujas, con tamaños menores de 0,5 mm pueden reducirse de manera eficiente (Fig. 1B). La siguiente etapa es la galvanoplastia. Después de la preparación del solvente, la parte electroconductora del modelo se activó con una solución de sulfato de cobre. Esto hace que la superficie del modelo sea más sensible para un proceso de galvanización posterior debido a una mayor adhesión de iones34. Para lograr una deposición uniforme de iones metálicos sobre una superficie, estos últimos deben mantenerse a un potencial eléctrico casi uniforme. Mientras que los cátodos típicos con una conductividad de CC inicialmente alta no presentan desafíos adicionales, los esqueletos de GPLA con una resistividad moderadamente alta exhiben una caída de voltaje significativa entre los electrodos adyacentes. Para mejorar la uniformidad del potencial eléctrico en este caso, distribuimos varios electrodos a lo largo de la muestra. Esos electrodos (alambres de cobre) se aislaron de la solución; de lo contrario, la deposición electroquímica se producirá principalmente en los contactos, dejando al descubierto el esqueleto de GPLA. Después de realizar esos pasos técnicamente sencillos, los electrodos auxiliares de la estructura se conectaron al terminal negativo de una fuente de corriente (MATRIX MPS-3003L-3). Se conectó una placa de cobre, que servía como fuente de iones, al terminal positivo. El baño galvánico contenía 70:10:1 de agua: Cu2SO4: ácido sulfúrico. La corriente en el circuito galvánico se calculó utilizando la relación empírica de 100 mA por cada dm2 de superficie modelo electroconductora, que es un compromiso entre la calidad de la deposición y su velocidad. El tiempo de deposición está definido por un espesor de metal requerido. La muestra se retiró del baño galvánico y se lavó con agua fría corriente al final del proceso (Fig. 1C). Después de metalizar el esqueleto de GPLA, la última etapa es quitar el sustrato. El punto de fusión de los polímeros típicos, usados en la impresión FDM, es de alrededor de 180-230ºC. Sin embargo, el metal depositado electroquímicamente mantiene esas temperaturas. Por lo tanto, el esqueleto se puede quitar en un horno, aunque se puede observar una oxidación menor de las superficies de cobre si se usa un ambiente de aire. Otra opción es aplicar la eliminación química o simplemente quemar el plástico con un chorro de gas, que usamos aquí como la opción más fácil (Fig. 1D). Como resultado, el esqueleto de polímero se funde, mientras que la construcción de metal permanece independiente: esta es nuestra propuesta de impresión de metal.

La impresión de metal propuesta: la secuencia de un prototipo de coronavirus de metal independiente. (A) Modelado y corte en 3D. (B) Impresión 3D FDM de un esqueleto de PLA conductor (GPLA). (C) Galvanoplastia de la superficie del prototipo. (D) Eliminación del esqueleto de plástico.

Las características del modelo resultante son las siguientes: el espesor de la capa de metal es de al menos 0,5 mm, lo que permite que el modelo permanezca en pie después de la eliminación del esqueleto, el tamaño total de la estructura puede alcanzar decenas de centímetros en cualquier dirección (por nuestro modelo el máximo es de 11,8 cm), la rugosidad de la superficie es inferior a 0,1 mm y la cobertura de la superficie es bastante uniforme en todas las áreas. El ciclo de fabricación es la impresión (generalmente de 3 a 8 h), el posprocesamiento (0,5 a 1 h) y la galvanoplastia (24 a 48 h).

Para probar el rendimiento de la nueva técnica de fabricación, se eligió como aplicación la identificación por radiofrecuencia (RFID). El rápido desarrollo de Internet de las cosas (IoT)35 y un concepto emergente de Internet de las cosas pequeñas: IoST (p. ej., 36) motiva el desarrollo de nuevas etiquetas en miniatura de largo alcance con respuestas omnidireccionales (p. ej., 37, 38, 39). Aquí, los diseños eficientes de bajo costo son esenciales para impulsar esta aplicación. Las etiquetas RFID constan de un circuito integrado y una antena que, en muchos casos, rige las actuaciones. La exploración de geometrías volumétricas puede proporcionar una ventaja sobre los diseños 2D convencionales.

A continuación, evaluaremos el impacto de la eliminación de GPLA en el rendimiento de la antena. Para las investigaciones se utilizará una geometría bastante genérica, informada en40 (Fig. 2A, recuadro, panel D). La estructura es un dipolo, considerado en el rango de frecuencias de 750 MHz a 10 GHz, que capta tanto: la zona principal resonante (alrededor de 850 MHz, para la que se diseñó inicialmente la estructura), como una zona no resonante (1 a 10 GHz) donde la antena tiene un patrón de radiación más complejo y no necesariamente adaptado a la impedancia. Se eligió el diseño bastante conocido para evaluar el rendimiento de la nueva metodología de fabricación frente a los estándares existentes. Se utilizó CST Microwave Studio para el análisis. El espesor del sustrato GPLA se tomó como 2 mm uniforme y conforme con la antena. La Figura 2A muestra la potencia absorbida dentro de la estructura con y sin esqueleto GPLA. Este parámetro se calculó como un equilibrio entre cuatro canales: potencia (i) entrante lanzada en el puerto de la antena, (ii) radiada total (iii) reflejada hacia el puerto debido a la falta de coincidencia de impedancia, y (iv) absorbida. Es evidente que la eliminación de GPLA reduce significativamente la absorción a lo largo de todo el rango de frecuencia. La diferencia es más pronunciada a frecuencias más altas. En términos de patrones de radiación, ambas configuraciones muestran una emisión dipolar bien definida a frecuencias más bajas (por ejemplo, 850 MHz, Fig. 2B y 1,5 GHz, Fig. 2C). Sin embargo, a frecuencias más altas (7 GHz, Fig. 2E), la antena de metal independiente de baja pérdida tiene un patrón de radiación similar a un cuadrupolo, mientras que el esqueleto de GPLA apaga la radiación de manera bastante significativa. Dado que la localización de campo cercano crece con el aumento del número multipolar (por ejemplo, 41,42), la diferencia muy pronunciada entre los patrones de radiación se observa a altas frecuencias, donde el sustrato GPLA demuestra una absorción severa. Si bien la estructura no es resonante, todavía tiene pérdidas internas significativas y no puede usarse como elemento de radiación, lo que subraya la clara ventaja de la eliminación del sustrato GPLA. Esta tendencia general se puede ver aún más al comparar los paneles (F), (G) y (H), donde cada corte horizontal del mapa de colores corresponde al patrón de radiación sin envolver. El esqueleto de GPLA conduce a una borrosidad significativa en frecuencias más altas. La ganancia máxima alcanza 4 en la escala lineal.

Comparación numérica entre 2 antenas, con y sin sustrato GPLA. (A) Potencia absorbida normalizada dentro del dispositivo (en %)—línea verde—con GPLA, púrpura—sin GPLA. (B), (C) y (E) Diagramas de radiación a 850 MHz, 1,5 GHz y 7 GHz, respectivamente. (D) Disposición de la antena. (F), (G) y (H) Mapas en color de patrones de radiación no envueltos (escala lineal). Ejes horizontal y vertical: dependencias angulares y de frecuencia, respectivamente. La ganancia de la antena está representada por colores en escala lineal.

Para verificar las afirmaciones y valoraciones realizadas anteriormente, se han realizado estudios experimentales. El diseño y la fabricación de PCB estándar se realizaron para obtener una muestra de referencia. La Figura 3 muestra los dispositivos: referencia de PCB (panel A), antena impresa en 3D con esqueleto de GPLA (panel B) y estructura de metal independiente, que se obtuvo después de la eliminación de GPLA (panel C). Las características de la antena se adquirieron en una cámara anecoica (Fig. 3H). Las antenas se conectaron al analizador de red vectorial (VNA) RTO1024 de Rohde & Schwarz mediante un cable coaxial y se montaron en una mesa giratoria de azimut frente a la antena de bocina de medición (también conectada al mismo VNA). Se utilizaron soportes de poliestireno, siendo transparentes a las ondas de GHz. La mesa se giró entre 0° y 360° con pasos de 1°. Se obtuvieron coeficientes de transmisión complejos (S12) para todo el rango de frecuencias y para cada ángulo. Los mapas de color (Fig. 3D-F) resumen los resultados experimentales: las líneas horizontales son patrones de radiación angular sin envolver en las frecuencias de barrido. Las líneas verticales representan la evolución del patrón de radiación con la frecuencia. La antena independiente de metal demuestra las mejores prestaciones, en comparación con ambas referencias. La ventaja es más pronunciada a frecuencias más altas, donde tanto GPLA como FR4 (material de PCB) tienen mayores pérdidas. Se midieron las eficiencias de radiación total de las muestras y los resultados aparecen en la Fig. 3G. La antena de metal supera a las contrapartes en todas las frecuencias dentro de la banda, excepto en varios puntos, donde los resultados fluctuaron debido a los reflejos parásitos del aparato de medición.

Representación de datos experimentales. Comparación entre (A) antenas basadas en PCB, (B) sustrato GPLA y (C) antenas metálicas independientes. (D–F) Mapas en color de patrones de radiación no envueltos (escala lineal). Ejes horizontal y vertical: dependencias angulares y de frecuencia, respectivamente. La energía recibida se representa en escala lineal, unidades arbitrarias. (G) Eficiencia de radiación, en función de la frecuencia. Antena basada en PCB: línea naranja, antena basada en GPLA: verde y antena metálica: púrpura. (H) Fotografía del montaje experimental en una cámara anecoica.

Se desarrolló un nuevo enfoque de impresión de metal simple y de bajo costo y se demostraron sus ventajas en el campo de los dispositivos electromagnéticos de fabricación aditiva. Nuestro método se basa en la impresión FDM de esqueletos con el subsiguiente conjunto de operaciones de procesamiento posterior relativamente sencillas. El proceso se resume en los siguientes cinco pasos: (i) impresión 3D de un esqueleto con un polímero conductor, (ii) tratamiento superficial para mejorar la suavidad, (iii) distribución de electrodos auxiliares en el esqueleto, (iv) galvanoplastia, y (v ) eliminación del esqueleto. Como resultado del proceso se pueden obtener estructuras metálicas independientes. La ventaja de la eliminación del sustrato se analizó numérica y experimentalmente, demostrando una mejora significativa de las características de la antena. En particular, las pérdidas de alta frecuencia se redujeron en órdenes de magnitud en comparación con las muestras, donde estaba presente el esqueleto de polímero conductor. Las diferencias son mucho más pronunciadas a frecuencias más altas, donde los polímeros conductores tienen un rendimiento más bajo. Además, se demostró que las antenas metálicas independientes, fabricadas con nuestro nuevo proceso de impresión, superan las realizaciones estándar basadas en PCB, que también sufren pérdidas en frecuencias superiores a 5 GHz, si se utilizan sustratos FR4.

Aunque es evidente que nuestro nuevo método no puede competir con la impresión directa en metal, basada, por ejemplo, en la sinterización por láser, en el rendimiento, puede proporcionar soluciones suficientes a un costo extremadamente bajo. Vale la pena señalar que las estructuras fabricadas tenían que tener una geometría abierta para permitir que el polímero fundido fluyera. El mayor avance de esta tecnología puede permitir crear formas más complejas y revelar sus ventajas en aplicaciones electromagnéticas. Además, hay bastantes esfuerzos para imprimir circuitos electrónicos en 3D, tanto elementos pasivos como activos. Dada esta capacidad desarrollada, será posible la fabricación aditiva de una antena junto con electrónica sintonizable. El costo total de producción en este caso puede reducirse significativamente, lo que hace que la fabricación aditiva de dispositivos de RF sea la primera opción referible.

Gibson, I., Rosen, D. y Stucker, B. Tecnologías de fabricación aditiva: impresión 3D, creación rápida de prototipos y fabricación digital directa (Springer-Verlag, 2015).

Libro Google Académico

Yang, Y. et al. Impresión 3D asistida eléctricamente de estructuras inspiradas en nácar con capacidad de autodetección. ciencia Adv. https://doi.org/10.1126/SCIADV.AAU9490 (2019).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Ge, Q. et al. Impresión 3D de hidrogel altamente estirable con diversos polímeros curables por UV. ciencia Adv. https://doi.org/10.1126/SCIADV.ABA4261 (2021).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

van Manen, T., Janbaz, S., Jansen, KMB & Zadpoor, AA Impresión 4D de metamateriales y dispositivos reconfigurables. común Mate. 2021 21 2(1), 1–8. https://doi.org/10.1038/s43246-021-00165-8 (2021).

Artículo Google Académico

Kim, F. et al. Escritura directa en tinta de microarquitecturas termoeléctricas tridimensionales. Nat. Electrón. 2021 48 4(8), 579–587. https://doi.org/10.1038/s41928-021-00622-9 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Paunovic, N. et al. Impresión 3D de luz digital de stents biorreabsorbibles personalizados para las vías respiratorias con propiedades elastoméricas. ciencia Adv. https://doi.org/10.1126/SCIADV.ABE9499 (2021).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Keneth, ES, Kamyshny, A., Totaro, M., Beccai, L. y Magdassi, S. Materiales de impresión 3D para robótica blanda. Adv. Mate. 33(19), 2003387. https://doi.org/10.1002/ADMA.202003387 (2021).

Artículo Google Académico

Carvalho Fernandes, DC, Lynch, D. & Berry, V. Estructuras de grafeno/polímero impresas en 3D para dispositivos basados en túneles de electrones. ciencia Rep. 2020 101 10(1), 1–8. https://doi.org/10.1038/s41598-020-68288-5 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Pandey, R. et al. Película de cobre altamente conductiva sobre semilla de plata porosa impresa con inyección de tinta para electrónica flexible. J. Electroquímica. Soc. 165(5), D236. https://doi.org/10.1149/2.1331805JES (2018).

Artículo CAS Google Académico

Maurya, D. et al. Sensores de deformación autoalimentados basados en grafeno impresos en 3D para neumáticos inteligentes en vehículos autónomos. Nat. común 2020 111 11(1), 1–10. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19088-y (2020).

Artículo CAS Google Académico

Blutinger, JD et al. Cocción de precisión para alimentos impresos a través de láseres de longitud de onda múltiple. ciencia npj Alimentos 2021 51 5(1), 1–9. https://doi.org/10.1038/s41538-021-00107-1 (2021).

Artículo Google Académico

Balanis, CA Ingeniería Electromagnética Avanzada (Wiley, 1989).

Google Académico

Kosulnikov, S., Filonov, D., Boag, A. & Ginzburg, P. Metamateriales volumétricos versus superficies de impedancia en aplicaciones de dispersión. ciencia Rep. 11(1), 9571. https://doi.org/10.1038/s41598-021-88421-2 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liang, M., Wu, J. & Yu, X. Tecnología de impresión 3D para antenas de RF y THz. IEEE 2, 536–537 (2016).

Google Académico

Ferrando-Rocher, M., Herranz, JI, Valero-Nogueira, A. y Bernardo, B. Evaluación del rendimiento de antenas de matriz de guía de ondas de separación: fresado CNC frente a impresión 3D. Cable de antenas IEEE. Propagación Letón. https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2833740 (2018).

Artículo Google Académico

Al-Tarifi, MA & Filipovic, DS Sobre el diseño y la fabricación de antenas de trompeta polarizadas duales de patrón estabilizado de banda W con DMLS y CNC. Microondas IET. Propagación de antenas 11(14), 1930–1935. https://doi.org/10.1049/iet-map.2017.0167 (2017).

Artículo Google Académico

Sonnerat, F., Pilard, R., Gianesello, F., Le Pennec, F., Person, C. y Gloria, D. Antena LDS innovadora para aplicaciones 4G. En IEEE, no. Eucap, 2696–2699 (2013).

Friedrich, A., Fengler, M., Geck, B. y Manteuffel, D. Antenas alimentadas por guía de onda integrada 3D de 60 GHz que utilizan tecnología de estructuración directa por láser. En 2017, 11ª Conferencia Europea sobre Antenas y Propagación, EUCAP 2017 2507–2510 (2017). https://doi.org/10.23919/EuCAP.2017.7928511

Friedrich, A. & Geck, B. Sobre el diseño de una antena LTE 3D para aplicaciones automotrices basada en tecnología MID. EUR. Microondas. Conf. https://doi.org/10.23919/EuMC.2013.6686737 (2013).

Artículo Google Académico

Adams, JJ et al. Comparación de antenas esféricas fabricadas mediante impresión conformada: diseños helicoidales, meandros e híbridos. Cable de antenas IEEE. Propagación Letón. 10, 1425–1428. https://doi.org/10.1109/LAWP.2011.2178999 (2011).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Ahmadloo, M. Diseño y fabricación de dispositivos de microondas multibanda geométricamente complicados utilizando una nueva técnica de impresión 3D integrada. En 2013, 22ª Conferencia IEEE sobre rendimiento eléctrico de sistemas y paquetes electrónicos 29–32 (2013). https://doi.org/10.1109/EPEPS.2013.6703460

Liang, M., Shemelya, C., MacDonald, E., Wicker, R. & Xin, H. Antena de parche de microondas impresa en 3D mediante el método de deposición fundida y la técnica de incrustación de malla de alambre ultrasónica. Cable de antenas IEEE. Propagación Letón. 14, 1346-1349. https://doi.org/10.1109/LAWP.2015.2405054 (2015).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Ehrenberg, I., Sarma, S., Steffeny, T. y Wuy, B.-I. Fabricación de un conjunto de antenas conformes de banda X en un sustrato fabricado de forma aditiva. En 2015 Simposio internacional IEEE sobre antenas y propagación y Reunión nacional de ciencia de radio USNC / URSI 609–610 (2015). https://doi.org/10.1109/APS.2015.7304691

Wu, B.-I. & Ehrenberg, I. Conjunto de antenas de parche ultraconformes en una superficie doblemente curva. En 2013 Simposio internacional IEEE sobre tecnología y sistemas de matriz en fase 792–798 (2013). https://doi.org/10.1109/ARRAY.2013.6731929

Mirzaee, M., Noghanian, S. y Chang, I. Antena de corbatín de perfil bajo con sustrato impreso en 3D. Microondas. Optar. Tecnología Letón. 59(3), 706–710. https://doi.org/10.1002/mop.30379 (2017).

Artículo Google Académico

Shemelya, C. et al. Antena espiral de Arquímedes multicapa fabricada mediante impresión 3D de extrusión de polímeros. Microondas. Optar. Tecnología Letón. 58(7), 1662–1666. https://doi.org/10.1002/mop.29881 (2016).

Artículo Google Académico

Parsons, P., Mirotznik, M., Pa, P. y Larimore, Z. Fabricación aditiva de múltiples materiales de antenas integradas de bajo perfil. Electrón. Letón. 51(20), 1561-1562. https://doi.org/10.1049/el.2015.2186 (2015).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Filonov, D. et al. Antenas volumétricas impresas en 3D, fabricadas mediante metalización selectiva de polímeros. física Estado sólido Res. rápida. Letón. https://doi.org/10.1002/pssr.201800668 (2019).

Artículo Google Académico

Gupta, M. Impresión 3D de Metales. MDPI AG (2017).

Jackson, JD Electrodinámica clásica 3ª ed. (Wiley, 1998).

Matemáticas Google Académico

Dubin, VM, Shacham-Diamand, Y., Zhao, B., Vasudev, PK & Ting, CH Deposición de cobre no electrolítica selectiva y global para integración a ultra gran escala. J. Electroquímica. Soc. 144(3), 898. https://doi.org/10.1149/1.1837505 (1997).

Artículo ADS CAS Google Académico

Filonov, D. et al. Tubos metalizados flexibles para guía de ondas electromagnéticas. J. Cuant. Espectrosc. radiar Transf. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.05.008 (2019).

Artículo Google Académico

Filonov, D., Kolen, S., Shmidt, A., Shacham-Diamand, Y., Boag, A. y Ginzburg, P. Metalización selectiva de polímeros a base de grafeno para antenas volumétricas impresas en 3D. En 2019 Conferencia internacional IEEE sobre microondas, antenas, comunicaciones y sistemas electrónicos (COMCAS) 1–5 (2019). https://doi.org/10.1109/COMCAS44984.2019.8958413

MH F., Recubrimientos galvánicos de dieléctricos. Minsk: Editorial "Bielorrusia", (1987).

Da Xu, L., He, W. y Li, S. Internet de las cosas en las industrias: una encuesta. Trans. IEEE. Ind. Informar. 10(4), 2233–2243. https://doi.org/10.1109/TII.2014.2300753 (2014).

Artículo Google Académico

Mikhailovskaya, A. et al. Etiqueta RFID en miniatura omnidireccional. aplicación física Letón. 119(3), 033503. https://doi.org/10.1063/5.0054740 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Choudhary, A., Sood, D. & Tripathi, CC Etiqueta RFID UHF compacta de banda ancha, de largo alcance y eficiente en radiación. Cable de antenas IEEE. Propagación Letón. 17(10), 1755–1759. https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2844249 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Byondi, FK & Chung, Y. Antena de etiqueta de sensor UHF RFID de mayor alcance para IoT aplicada a objetos metálicos y no metálicos. Sensores 19(24), 5460. https://doi.org/10.3390/s19245460 (2019).

Artículo ADS PubMed Central Google Scholar

Dobrykh, D. et al. Etiquetas RFID cerámicas miniaturizadas de largo alcance. Trans. IEEE. Propagación de antenas 69(6), 3125–3131. https://doi.org/10.1109/TAP.2020.3037663 (2021).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Yang, L., Zhang, R., Staiculescu, D., Wong, CP y Tentzeris, MM Un nuevo módulo compatible con RFID que utiliza antenas impresas por inyección de tinta y nanotubos de carbono para aplicaciones de detección de gases. Cable de antenas IEEE. Propagación Letón. 8, 653–656. https://doi.org/10.1109/LAWP.2009.2024104 (2009).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Hansen, RC Antenas eléctricamente pequeñas, superdirectivas y superconductoras (Wiley-Interscience, 2006).

Libro Google Académico

Vovchuk, D., Kosulnikov, S., Noskov, RERE y Ginzburg, P. Resonador de alambre como superdispersor Huygens de banda ancha. física Rev. B https://doi.org/10.1103/physrevb.102.094304 (2020).

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La investigación fue apoyada en parte por el programa federal de liderazgo académico Priority 2030 y por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Israel (Proyecto "Impresión funcional 2D y 3D integrada de baterías con metamateriales y antenas"). Los autores agradecen al Prof. Yosi Shacham-Diamand, Universidad de Tel Aviv, por los debates.

Centro de Fotónica y Materiales 2D, Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Dolgoprudny, Rusia, 141700

Vladimir D. Burtsev, Tatyana S. Vosheva y Dmitry S. Filonov

Centro de I+D de telecomunicaciones, Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Dolgoprudny, Rusia, 141700

Antón A. Khudykin

Escuela de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Tel Aviv, 69978, Tel Aviv, Israel

pavel ginzburg

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VB y PG escribieron el texto principal del manuscrito y realizaron una revisión de la literatura. VB, PG y DF prepararon las Figs. 1, 2 y 3. VB, TV y AK realizaron simulaciones numéricas. PG y DF identificaron los prerrequisitos teóricos y realizaron la supervisión. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Vladimir D. Burtsev.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Burtsev, VD, Vosheva, TS, Khudykin, AA et al. Sencilla impresión 3D de metal de bajo costo a través de la quema de esqueleto de plástico. Informe científico 12, 7963 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11430-2

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Recibido: 03 febrero 2022

Aceptado: 13 abril 2022

Publicado: 13 mayo 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11430-2

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