论文标题：Additively Manufactured Antennas and Electromagnetic Devices

论文链接：https://www.mdpi.com/2813-6640/2/2/5

期刊名：Hardware

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/hardware

天线，作为无线通信的“眼睛”和“耳朵”，其性能与形状息息相关。传统制造工艺（如印刷电路板技术）虽然成熟高效，但在几何形状上存在诸多限制，难以满足未来通信系统对高性能、小型化、定制化天线日益增长的需求。当3D打印赋予了我们近乎无限的“形状自由”，电磁世界将迎来怎样的变革？

意大利萨伦托大学的研究团队在MDPI期刊 Hardware 上发表了一篇深度综述，系统梳理了增材制造（3D打印）技术在天线与电磁器件领域的前沿应用。文章不仅展示了这一技术如何突破传统制造瓶颈，创造出性能卓越的新型器件，也客观分析了当前面临的技术挑战与未来的发展方向。

制造范式的转变：从“减法”到“加法”

传统的天线制造主要依赖“减法”工艺，如CNC铣削和蚀刻，从整块材料中去除多余部分。这不仅浪费材料，更将设计束缚在二维平面或简单的几何结构中。3D打印作为一种“加法”制造技术，通过逐层堆叠材料，能够轻松实现传统方法难以企及的复杂三维结构、内部空腔、定制化材料分布，为电磁器件设计打开了全新的想象空间。

主流3D打印技术如何塑造电磁器件？

该综述将现有研究按照不同的3D打印技术进行分类剖析，其中重点探讨了最为普及的熔融沉积成型（FDM/FFF）技术。

•FDM：主打介电材料与结构创新

FDM通过挤出热塑性耗材（如PLA、ABS）构建物体。其优势在于成本低、操作简单、材料多样。在天线领域，FDM主要用于：

1.制造非传统基底：打印出具有复杂曲面或特定形状的天线基板，然后通过粘贴铜带、涂抹导电银浆或电镀等方式添加导电层。这为柔性天线、共形天线（贴合在非平面表面）的研发提供了捷径。

2.构建全介质器件：天线透镜、介质谐振器天线（DRA）、介质棒天线等，其功能完全依赖于介电材料。FDM可以通过调整打印填充率来精确控制材料的等效介电常数，从而实现如高增益透镜、波束扫描透镜等复杂功能。这对于航空航天等对重量和性能有严苛要求的领域尤为重要。

3.制作定制化外壳与支架：为RFID标签、传感器等电磁器件快速制造轻便且结构复杂的保护或支撑结构。

•其他技术的探索

综述也提及了立体光刻（SLA）、选择性激光烧结（SLS）等技术在电磁器件制造中的潜力。SLA能提供更高的表面光洁度和精度，对高频器件至关重要；SLS则可以直接烧结金属粉末，或制造用于后续金属化的复杂陶瓷/聚合物骨架。

优势与挑战并存：通向实用化的关键

核心优势：

•几何复杂度无约束：实现传统工艺无法制造的拓扑结构。

•材料特性可编程：通过控制填充率、使用多材料打印，实现介电常数在空间上的梯度分布。

•快速原型与定制化：尤其适合小批量、高性能的专用天线研发，如空间探测、医疗植入设备等。

面临挑战：

1.导电性难题：FDM打印的塑料本身不导电，后续金属化步骤（如电镀、导电漆）的附着力、均匀性和导电性与传统铜箔相比仍有差距，且增加了工艺复杂度。

2.精度与表面粗糙度：对于毫米波乃至太赫兹频段，FDM打印件的层纹和表面粗糙度会显著增加信号损耗，影响器件性能。高精度技术（如SLA）成本更高。

3.介电材料性能有限：常用热塑性塑料的介电常数较低（不利于器件小型化），且高温、高频下的稳定性需要进一步验证。

4.多材料一体化打印：如何在同一工序中无缝集成介质与高性能导体，是未来研究的核心方向。

未来展望：走向多材料、多功能集成

论文为未来发展指明了方向：

•开发新型复合材料：研发掺杂陶瓷或金属颗粒的专用耗材，以提升介电常数或实现部分导电性。

•混合制造工艺：将3D打印的复杂结构优势与传统高精度电路板工艺相结合。

•更高频段的探索：优化打印工艺和后处理技术，以满足太赫兹等超高频应用对精度的苛刻要求。

•仿真与设计的深度融合：开发能够充分利用3D打印几何自由度的专用电磁设计软件和算法。

结论

3D打印技术正在从根本上改变天线的设计与制造方式。它让我们从“我能做什么形状”转变为“我需要什么形状来实现功能”，为5G/6G通信、卫星互联网、物联网、生物医疗等领域定制化、高性能电磁器件的创新提供了强大引擎。这篇发表在Hardware上的综述，为相关领域的研究者和工程师提供了一个清晰的技术地图，指引着通往电磁器件制造未来的道路。

Hardware期刊介绍

主编：Prof. Dr. Peter C. Hauser，University of Basel, Switzerland

Hardware (ISSN: 2813-6640) 是一个国际性的、经同行评审的开放获取期刊。期刊聚焦于物理硬件系统的设计、原型制作、测试和广泛应用，涵盖的领域包括但不限于：科学仪器、开源硬件、物联网设备、机器人、医疗设备以及高性能计算硬件等。本篇关于能量收集无线传感器的论文，正体现了期刊对支撑前沿应用的核心硬件技术与系统集成的关注。