Le antenne sono da sempre componenti fondamentali per il funzionamento di dispositivi elettronici come smartphone, wearable e satelliti. Con il rapido sviluppo delle reti 5G e 6G e l’evoluzione delle applicazioni spaziali, la domanda di antenne sempre più leggere, efficienti e capaci di operare in ambienti estremi è in continua crescita. Tuttavia, le odierne tecniche di produzione additiva non riescono ancora a valorizzare appieno la complessità strutturale delle antenne né a integrare efficacemente materiali diversi all’interno di un unico progetto. Di recente, però, un team di ricercatori dell’Università della California – Berkeley ha sviluppato una nuova piattaforma di stampa 3D che potrebbe cambiare radicalmente il panorama della loro progettazione, offrendo nuove possibilità di personalizzazione e prestazioni superiori.
CDP, la produzione additiva alla portata di tutti
“Una nuova piattaforma di stampa 3D / produzione additiva che offre una flessibilità senza pari nella progettazione e nella capacità di stampare rapidamente strutture di antenne complesse“. Così viene introdotta dal team di ricerca dell’Università della California – Berkeley la tecnologia CDP, ovvero “Charge Programmed Multi-Material 3D Printing”.
Come riportato nella loro ricerca su Nature Communications, si tratta di una piattaforma per la produzione rapida di quasi tutti i sistemi di antenne, “in grado di modellare metalli altamente conduttivi con un’ampia gamma di materiali dielettrici in un layout 3D“.
E tutto questo senza dover impiegare soluzioni altamente costose. Secondo il professor Xiaoyu (Rayne) Zheng, a capo del team, la piattaforma “può essere applicata alle stampanti desktop basate sulla luce“. Ovvero alle normali stampanti 3D a luce digitale, più economicamente accessibili rispetto a quelle impiegate oggi a livello industriale.
Una nuova stampa 3D per le antenne del futuro
È dal 2019 che il team sta sviluppando questa piattaforma. E solo da qualche anno i ricercatori hanno iniziato a utilizzarla per stampare in 3D alcuni prototipi, tra cui i microrobot al centro dell’articolo pubblicato su Science nel 2022.
Di recente, però, hanno deciso di fare un ulteriore passo avanti, applicando la loro tecnologia alla realizzazione di antenne leggere. Secondo il professor Zheng, la piattaforma CDP è particolarmente adatta per la loro produzione, “perché quasi tutte le antenne hanno bisogno di due componenti: un componente metallico, ovvero il conduttore […] e un materiale dielettrico. [Fino ad ora] non c’è stata alcuna tecnologia in grado di modellare o sintetizzare direttamente il conduttore e i materiali dielettrici insieme“.
La piattaforma CPD, invece, è in grado di combinare materiali conduttivi e dielettrici nello stesso progetto, permettendo di stampare entrambe le fasi simultaneamente. In questo modo è possibile ottenere antenne con qualità superiore e design decisamente più complessi. Come si può vedere dall’immagine di copertina.
Dallo spazio alle reti 5G e 6G
Questa piattaforma di stampa 3D potrebbe risultare particolarmente vantaggiosa per la produzione di antenne destinate a condizioni ambientali estreme, come quelle che operano nello spazio, dove i materiali devono sopportare temperature estremamente basse o elevate. Tra l’altro, la sua capacità di combinare diversi materiali in un’unica struttura la rende superiore rispetto alle soluzioni attuali.
Dice Zheng, oggi “non è possibile utilizzare un normale polimero nello spazio. Hai bisogno di un polimero ad alta temperatura come il Kapton, che è un buon materiale nel settore aerospaziale. Ora [con CPD] è possibile avere contemporaneamente il Kapton e un modello di tracce metalliche intrecciate in 3D“.
Ma oltre che per il settore spaziale, questa tecnologia potrebbe essere utile anche per le reti 5G e 6G. In più, le antenne prodotte con CDP potrebbero offrire prestazioni superiori con un peso decisamente inferiore, dato che non devono essere posizionate su “un substrato ingombrante” come nel caso delle antenne tradizionali.
