Новый магнитный филамент позволяет печатать детали, избирательно поглощающие электромагнитное излучение на частоте около 49 ГГц
Учёные Томского государственного университета (ТГУ) разработали магнитный композитный материал для FDM 3D-печати, который не только сохраняет форму после печати, но и обладает заданными электромагнитными свойствами. Эксперименты показали, что изделия из нового филамента способны избирательно поглощать электромагнитное излучение на частоте около 49 ГГц, работая как узкополосный фильтр.
Основой материала стал широко используемый в 3D-печати полимер АСА (акрилонитрил-стирол-акрилат), в который добавили порошок гексаферрита бария — магнитного керамического материала.
Радиофизики ТГУ исследовали полученный композит сразу по нескольким параметрам: оценили его прочность, магнитные характеристики и поведение в КВЧ-диапазоне — области крайне высоких частот, используемой в современных системах связи и радиолокации.
Оказалось, что магнитный наполнитель сохраняет свои свойства даже после печати готового изделия. Чем больше гексаферрита содержится в пластике, тем сильнее материал ослабляет сигнал на частоте около 49 ГГц. Однако у этого есть и обратная сторона: высокая концентрация порошка снижает механическую прочность деталей, поэтому при разработке пришлось искать баланс между прочностью и требуемыми электромагнитными характеристиками.
«Ферритовый порошок работает как узкополосный фильтр. Мы доказали, что это свойство сохраняется в 3D-печатных изделиях», — рассказал доцент кафедры радиоэлектроники радиофизического факультета ТГУ Александр Бадьин. По его словам, именно возможность управлять электромагнитными свойствами готовой детали открывает путь к созданию новых функциональных компонентов.
Особенность проекта в том, что специалисты ТГУ самостоятельно выполняют весь цикл производства — от синтеза ферритового порошка до изготовления готовой нити для 3D-принтера на собственной экструзионной линии. Это позволяет быстро изменять состав материала и проверять, как разные добавки влияют на его свойства.
По словам Александра Бадьина, команда уже более пяти лет работает над созданием филаментов с различными электрофизическими характеристиками. Идея заключается в том, чтобы на обычных FDM-принтерах печатать не только корпуса или декоративные изделия, но и готовые элементы радиоэлектронных устройств — антенны, фильтры, сенсоры и другие компоненты, свойства которых задаются ещё на этапе изготовления материала.
Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Magnetic Materials. Сейчас команда готовит новую публикацию, посвящённую гибким композитным материалам для 3D-печати, а также планирует совместные исследования с химиками для дальнейшего развития технологии.