STAR - 3D Fertigung von RF- und Mikrowellenkomponenten für Raumfahrtanwendungen

Mikrowellen- und Radiofrequenz (RF)-Filter finden in einem breiten Spektrum von Kommunikationssystemen Verwendung, insbesondere Satelliten, Bodenstationen, Mobilfunk- Basisstationen und andere Punkt-zu-Punkt Richtfunksystemen. Ein Filter ist eine frequenzselektives Zweitor Komponente, das vorgeschriebene Frequenzbänder zulässt, während andere unerwünschte Frequenzbereiche eliminiert werden. Das Filter wird oft als Baustein für komplexere Komponenten wie Multiplexer und Signalteiler verwendet. Filter auf der Basis von Dielektrika spielen bei modernen Satelliten eine immer wichtigere Rolle, da dort die Notwendigkeit besteht das Gewicht und die Abmessungen zu reduzieren. Allerdings ist die Konstruktion solcher hochkomplexer Filter durch die derzeit verfügbaren formgebenden Fertigungstechnologien für dielektrischen Materialien sehr stark eingeschränkt. Da auch die Anforderungen an die in Satelliten verwendeten Filter immer anspruchsvoller werden, gibt es einen immer größeren Bedarf an komplexen dielektrischen Bauteilen für Filteranwendungen, welche konventionell nicht mehr gefertigt werden können. Ein sehr vielversprechender Ansatz für die Herstellung solcher individuell geformten dielektrischen Strukturen ist die generative Fertigung (GF, koll. 3D-Druck). Diese Technik ermöglicht bei der Konstruktion mehr Flexibilität und eröffnet damit neue Möglichkeiten für das Design leistungsfähigerer Filter. Dennoch muss diese Technologie noch weiter entwickelt werden, bevor eine generative Fertigung effektiv für die Herstellung von Filtern eingesetzt werden kann. Dazu zählt eine verbesserte Genauigkeit des Herstellungsprozesses, eine bessere Reproduzierbarkeit und die Verbesserung der allgemeinen elektrischen Eigenschaften des Materials. STAR wird sich mit den derzeitigen Einschränkungen beschäftigen und einen GF-Prozess mit deutlich verbesserter Genauigkeit und Reproduzierbarkeit entwickeln. Dies geschieht durch die Einführung einer neu entwickelten Kombination von Belichtungseinheit und Optik sowie mittels einer entkoppelten und vollständig kontrollier- und steuerbaren Prozesskammer. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts wird die Entwicklung eines keramischen Ausgangsmaterials für die Herstellung von Komponenten mit hoher Dielektrizitätskonstante, welches über den momentanen Stand der Technik in GF hinaus geht. Parallel zu diesen Entwicklungen an Maschine und Material, wird im Projekt STAR auch die Simulation und das Design dieser neuartigen Filter erforscht, um das Potenzial der neuen Fertigungsmöglichkeiten in GF möglichst effizient zu nutzen. Durch diese Ausrichtung wird STAR schließlich neue photo-härtbare Pasten für das Drucken von Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante sowie ein GF-System für die reproduzierbare Fertigung hochpräziser Teile entwickeln. Damit können Filter mit engen Toleranzen von 25 μm in x- und y-Richtung und 15 μm in z-Richtung hergestellt werden, wodurch verbesserte und leistungsfähigere Mikrowellen- und RF-Filter realisiert werden können.