Materiais

Nova tinta abre a porta para radares impressos em 3D

Pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de fabricar componentes cruciais para radares.

  • segunda-feira, 21 de dezembro de 2015
  • Por Mike Orcutt
  • Tradução por Elisa Matte (Opinno)

imagem: Uma impressora 3D avançada dispensa tinta condutora para criar um dispositivo eletrônico que pode filtrar a radiação eletromagnética. O tubo horizontal utiliza um vácuo para remover a tinta indesejada.

Podemos agora adicionar a tecnologia de radar a uma crescente lista de coisas estranhas, mas úteis, que podem ser feitas com a impressão 3D.

Imprimir eletrônicos para sistemas de radares sofisticados em folhas de plástico tornaria os sistemas, tanto mais baratos quanto mais versáteis. Isso teria benefícios militares óbvios, mas também muitas potenciais aplicações civis, como radares para monitoramento do clima e veículos autônomo. Um dos maiores desafios da eletrônica impressa capaz de lidar com as ondas de rádio de alta frequência está em desenvolver novas "tintas" as propriedades elétricas adequadas.

imagem: De cima para baixo: Um alternador impresso, uma superfície seletiva a frequência impressa (Frequency Selective Surface, FSS), e um close da FSS. Na foto ampliada, os varactors são os objetos ovais em entre os quadrados prateados de tinta condutora. Eles contêm a tinta prata (linhas sinuosas) e a tinta recentemente desenvolvida (ovais marrons).

Pesquisadores de uma laboratório na Universidade de Massachusetts, Lowell, patrocinado pela Raytheon, dizem que têm uma solução: uma nova "tinta funcional" que eles usaram para imprimir dispositivos que podem ser ajustados para gerar ou detectar ondas de rádio de frequências específicas, uma capacidade essencial em radares. Sistemas de radar funcionam através da transmissão de ondas de rádio e, em seguida, a detecção dos sinais que retornam depois que as ondas atingem um objeto em seu caminho.

A nova tinta de impressão é essencial para um tipo específico de capacitor conhecido como capacitor de tensão variável, ou varactor. Os pesquisadores acreditam que o deles é o primeiro varactor totalmente impresso, um componente elétrico essencial para certos dispositivos eletrônicos ajustáveis utilizados em sistemas de radar militares, bem como sistemas anti-colisão de automóveis e torres de telefonia celular.

Um desses dispositivos, chamado de alternador de fase, é necessário para mover eletronicamente o feixe de um sistema de radar com matriz de fase. Outro dispositivo que agora pode ser impressa graças à nova tinta é uma superfície seletiva a frequência - essencialmente um filtro que pode bloquear determinadas frequências de radiação eletromagnética ou permitir que elas passem. Esses filtros evitam que radiação indesejada perturbe um sistema de radar. Eles também podem ser usados para fazer coisas como proteger um ambiente específico, tal como um hospital.

A capacidade de imprimir esses sistemas poderia levar a processos de fabricação muito mais baratos e mais rápidos do que os usados hoje, diz Christopher McCarroll, que codirige o Instituto de Pesquisa UMass Lowell-Raytheon. O gargalo tem sido que os dispositivos eletrônicos de alto desempenho geralmente dependem de materiais que exigem fabricação a alta temperatura, o que não é compatível com o plástico.

Os pesquisadores já desenvolveram tintas condutoras, muitas vezes contendo nanopartículas de metal, que podem ser processadas a temperaturas relativamente baixas (veja “Printing Batteries”). As tintas que produziriam dispositivos ajustáveis ​​para radares devem conter materiais que apresentam certas propriedades elétricas que pode ser ajustadas mediante a aplicação de tensão.

A tinta que os pesquisadores da Raytheon e da UMass Lowell desenvolveram é feita com minúsculas partículas de tal material em suspensão em um polímero termoplástico. A nova tinta pode ser impressa e moldada a temperaturas suficientemente baixas para ser compatível com certos plásticos.

Para fazer os dois dispositivos, o grupo atualmente usa uma impressora jato de aerossol, que emprega fluxos de gás para depositar precisamente tinta condutora de prata, e outra impressora que se baseia em minúsculas vibrações para dispensar a nova tinta.

Imagem: Uma impressora constrói uma superfície seletiva a frequências dispensando camadas de tintas funcionais.

Os pesquisadores ainda estão experimentando com seus materiais e com o design do dispositivo. Eles também estão explorando maneiras de combinar dispositivos impressos com chips de alta potência que são essenciais para os sistemas de radar. McCarroll diz que o "sonho" é imprimir todo o sistema de radar, mas o objetivo a curto prazo é desenvolver processos eficientes para a construção de sistemas de ambos os componentes impressos e daquelas feitas com meios convencionais.

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