5G/6G通讯、可一稔建设以及航空航天等前沿规模对轻量化、高性能天线的需求抓续增长。关连词，传统制造工艺在复杂几何结构瞎想和多材料集成方面存在显耀散伙。据资源库了解徐可欣 拳交，2025年3D打印开年首篇《当然·通讯》提议了一种电荷编程多材料增材制造平台，大约已矣超轻天线结构的打印。

使用电荷编程多材料3D打印 (CPD) 制造的3D分形树天线

由加州大学伯克利分校副教悔郑晓宇教会的琢磨团队征战了这一改动的3D打印平台，显耀简化了复杂天线结构的坐褥经过。该平台被定名为“电荷编程多材料3D打印”（Charge Programmed Deposition， CPD），其中枢时期是在三维结构中将高导电性金属与多样介电材料高效商量。

www.nature.com/articles/s41586-024-08352-6

与传统时势需要使用高亢的金属粉末和高能激光不同，CPD平台秉承基于光固化的3D打印时期。商量催化材料大约在团员物基体上已矣定向金属千里积，从而到手制造出结构复杂、分量轻且性能优异的天线。

一、琢磨配景

跟着5G/6G通讯、物联网（IoT）和袖珍卫星通讯的快速发展，对轻量化、高性能天线的需求不断增长。关连词，传统的光刻和机械加工工艺因复杂几何结构和多层材料集成的局限，难以显示新一代天线瞎想的条款。

CPD制造的梯度相位传输阵列，该天线具有三层渐渐歪斜的S环单位结构

增材制造（AM）时期为天线制造带来了新机遇，能已矣一定的3D结构或多层瞎想。关连词，大无数现存工艺只可使用单一材料，或需复杂多工艺和谐来商量金属和电介质，导致经过繁琐、撑抓材料耗尽大，增多了举座分量。

对此，琢磨团队征战了一种基于电荷编程的多材料增材制造时期。通过改动组合带电光单体和中性树脂的打印，以及后续金属千里积工艺，已矣了高精度、超轻量、多层互穿的金属-电介质天线结构。该时期简化了制造经过，同期进步了性能，为新一代通讯与航天天线瞎想提供了冲突性有策画。

二、琢磨时势

琢磨团队通过将带有不同极性基团的光单体混入打印树脂中，运用投影立体光刻 (SLA) 时期酿成三维结构。在打印件里面，特定区域带有电荷，性爱大师3而其他区域保抓中性。随后，通过静电吸附作用，将金属墨水（如铜离子先行者体）选拔性地千里积在带电区域，而同性极性或中性区域则不发生千里积。通过这一过程，大约在微不雅顺次上已矣对金属千里积位置的精确限度。

图 1：电荷编程千里积增材制造——快速坐褥3D天线系统的多功能平台

其中，金属部分秉承自催化过程，将钯金属纳米粒子镶嵌带电区域的名义，为铜等高导电性金属的可控千里积提供基底，最终已矣高导电性金属的均匀滋长。

介电部分则在树脂中加入不同填料（如低介电损耗树脂、陶瓷粉末或弹性体）以显示瞎想需求，从而改动介电常数和力学性能，使天线具备多功能特点。

终末，为已矣更大尺寸的工业级天线，琢磨者秉承模块化拼接瞎想，通过卡扣式接口联结各部分组件，既提高了结构好意思满性，又已矣了方便的拼装与替换。

图2：选拔性的优化和向其他材料的扩张

要道制造经过包括以下时局：最初，通过SLA时期打印出带有图案化电荷的3D基底；随后，将打印件浸入电镀槽中，运用静电吸附作用选拔性千里积铜或其他功能性金属；凭据瞎想需求，重叠进行浸渍和固化工序，迟缓构建多层金属-介电互穿结构；终末，进行后固化和名义处罚，完成具有超轻量特点的高性能天线制造。

三、琢磨效果

超轻传输阵列天线

图3：超轻传输阵列和可扩张性

琢磨团队展示了一种基于CPD时期的19GHz放射阵列天线，由三层互连的S环形介电/导电元件构成。该天线举座分量仅为传统PCB天线的1/10（减重94%）。测试散伙标明，其在19GHz下的传输总计和相位抵偿特点与数值模拟高度一致，并在较宽的角度范围内保抓了踏实的电磁性能。

2. 可扩张的大孔径天线

琢磨者通过模块化拼接时期，将天线分割为四个模块打印并拼装成直径12厘米和20厘米的放射阵列。测试披露，拼接天线的性能与一次成型天线基本一致，仅在标的性和波束宽度上存在不到0.2dB的轻细各别。

3. 轻型喇叭天线与波导结构

图4：轻型喇叭天线

琢磨团队将CPD时期扩张至喇叭天线，瞎想出具有复杂里面通谈的轻型天线。通过里面镶嵌隔阂极化器和逶迤波导过渡结构，并在要道名义镀覆超薄铜层，显耀消弱了分量（减重逾越5倍）。同期，其辐射标的图和轴比性能与模拟值保抓高度一致。

4. 波束限度与多功能集成

图5：3D打印天线系统

进一步优化瞎想后，琢磨团队将放射阵列和喇叭天线组合周至3D打印天线系统，展示了2D波束扫描的Risley棱镜天线（RPA）功能，考据了该时期在高集成度和系统化瞎想中的后劲。

四、转头瞻望

琢磨标明，该工艺在19GHz频段的天线性能与数值模拟高度一致，披露馅在微波、毫米涉及更高频段（如太赫兹）下的后劲。通过引入零碎填料或调控金属层厚度，可进一步裁减损耗和进步增益。关连词，当今工艺的自动化进度较低，需东谈主工更换材料和清洗，同期在顶点温度和高频下的性能仍需进一步考据。琢磨团队指出，通过优化材料和提高金属层均匀性，可显耀裁减欧姆损耗。

一种3D折叠可植入电袖珍天线，具有相互流畅的阿基米德螺线和希尔伯特弧线

要而论之，这项电荷编程多材料增材制造时期已矣了轻量化、高性能的复杂天线瞎想，为5G/6G、卫星通讯和可一稔建设等规模带来了新可能。跟着自动化与材料体系的进一步完善徐可欣 拳交，电荷编程3D打印有望成为改日高性能天线量产和快速迭代的一条迫切时期门道。