Automatisierte Herstellung von Stoffschaltungen und Antennen

Johnson Space Center, Houston, TX

Innovatoren am Johnson Space Center der NASA haben eine kostengünstige Methode zur Herstellung stoffbasierter Schaltkreise und Antennen entwickelt, indem sie herkömmliche Stickerei mit automatisiertem Fräsen kombinieren. Die Technologie ermöglicht eine höhere Oberflächenleitfähigkeit, eine verbesserte Impedanzkontrolle, ein erweitertes Design- und Anwendungspotenzial sowie eine größere Auswahl an Materialien für eine optimierte Leistung.

Die moderne Produktion von E-Textilien nutzt eine Sticktechnik namens E-Broidery, bei der Schaltkreismuster mit leitfähigem Faden direkt auf Textilien gestickt werden. Dieser automatisierte Herstellungsprozess kombiniert die Schritte des E-Stickens und des Fräsens, um die Anwendung von E-Textilien auf Hochstrom- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen zu erweitern.

Die Herstellung beginnt mit zwei Layouts des gewünschten Leitermusters. Nach dem Zusammenfügen der Schichten aus leitenden und nicht leitenden Materialien wird die E-Stickerei mit dem zweiten Layout und dem nicht leitenden Faden durchgeführt, um die Schichten aneinander zu befestigen und das Muster für das leitende Material festzulegen. Die befestigte Baugruppe wird an eine automatisierte Fräs- oder Laserschneidmaschine übergeben, die das gewünschte Leitermuster schneidet und die nicht benötigten Teile des Leitermaterials freigibt.

Die resultierenden E-Textilien sind eng miteinander verwoben und sorgen so für eine höhere Oberflächenleitfähigkeit und Impedanzkontrolle. Erste Vergleichstests zur Bewertung der Leistung von mit dieser Methode entwickelten gewebebasierten Spiralantennen im Vergleich zu herkömmlichen Antennen zeigten keinen Leistungsverlust bei mehreren Metriken, einschließlich Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR), Strahlungsmuster und Axialverhältnisleistung.

Frühere Bemühungen, die Herstellung von Stoffschaltungen und Antennen zu automatisieren, scheiterten entweder an der Komplexität der Herstellungshardware und den damit verbundenen Kosten oder an Design- und Anwendungsbeschränkungen der resultierenden E-Textilien. Diese Herstellungsmethode bietet Vorteile in Bezug auf Kosten- und Arbeitseinsparungen und bietet Möglichkeiten für die Entwicklung von Entwurfsmustern mit höherer geometrischer Komplexität und Leistungsverbesserungen.

Zu den potenziellen Anwendungen gehören leichte Stoffantennen für Stoffflugzeuge und unbemannte autonome Fahrzeuge (UAVs); fortschrittliche Sensoren/Antennen für Raumanzüge; digitale Schlachtfeldbekleidung, die mit Stealth- und flexibler Elektronik ausgestattet werden kann; sowie drahtlose oder Mobilfunknetzwerke, RFID, Sensoren, GPS.

Die NASA sucht aktiv nach Lizenznehmern für die Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte wenden Sie sich an den Licensing Concierge der NASA unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Um es anzuzeigen, muss JavaScript aktiviert sein. oder rufen Sie unter 202-358-7432 an, um Lizenzgespräche zu beginnen. Weitere Informationen finden Sie hier.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Oktoberausgabe 2022 des Tech Briefs Magazine.

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