作為美國的重要戰(zhàn)略布局科研機構(gòu)，坐落在斯坦福大學中的SLAC國家加速器實驗室專門從事粒子加速器的設計與建造以及高速粒子的研究工作，并在這一專業(yè)領(lǐng)域取得了巨大成就，其中包括三項榮獲諾貝爾獎的重要發(fā)現(xiàn)。SLAC實驗室在化學、材料學、能源科學、生物科學、聚變能源科學、高能物理和宇宙學等多個前沿科學領(lǐng)域均有所貢獻。

其中，正交模耦合器（Ortho-Mode Transducer）是天線系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，用于分離和混合兩個相互正交的極化波，能夠?qū)⑤斎胄盘柗蛛x成兩個正交極化方向的信號，并將它們分別傳輸?shù)较鄳慕邮掌骰虬l(fā)射器中。這項技術(shù)是SLAC實驗室的重點研究方向之一，它在衛(wèi)星通信、雷達、射電望遠鏡等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為提升這些系統(tǒng)的性能和效率提供了重要的支持。

1. 發(fā)現(xiàn)問題與應對挑戰(zhàn)

SLAC國家加速器實驗室的項目經(jīng)理Gregory Peter Le Sage開發(fā)了一種高頻OMT。實驗初期，該團隊嘗試使用立體光刻（SLA）技術(shù)進行3D打印。然而，由于SLA打印的OMT樣件未能達到性能預期，這促使Le Sage必須去尋找更高精度和機械強度的精密制造解決方案。

在打印OMT時，該團隊發(fā)現(xiàn)使用光學精度為50 μm的SLA打印設備會導致OMT出現(xiàn)了嚴重的性能缺陷。該OMT樣件在71 GHz處的插入損耗達到11 dB，遠超過了數(shù)控加工原型中觀察到的可接受損耗閾值1.5 dB。由于SLA技術(shù)較低的分辨率，導致樣件的公差較大，致使打印樣件尺寸不精確，這嚴重影響了OMT的高頻性能，進而導致信號衰減和失真。模擬結(jié)果表明，即使是10 μm的輕微偏差，也可能大幅降低組件的有效性。

2. 重新設計和工藝改進

經(jīng)過相關(guān)實驗后，Le Sage意識到，為了達到預期的效果，OMT樣件的精細度和機械強度必須要得到提升。因此，他對OMT模型進行了專門針對3D打印技術(shù)的重新設計。重新設計的目的是增強部件的結(jié)構(gòu)完整性，這對于OMT的性能和耐用性都是至關(guān)重要的。最終，他選擇了摩方精密面投影微立體光刻（PµSL）3D打印技術(shù)，該技術(shù)以其高精度、高質(zhì)量、高公差控制能力等特點，可以制造出全新設計的OMT模型。

3. 先進制造和性能評估

借助摩方精密的microArch® S240（精度：10 μm）3D打印設備，該團隊完成了全新的OMT設計打印，其精度與高頻應用所需的精度一致，進一步保障了OMT的高頻性能。3D打印完成后，OMT樣件進行了電鍍處理，通過改進了對內(nèi)部表面的接觸，進一步確保了電鍍效果。

通過本次研究，3D打印技術(shù)對高頻組件性能有著至關(guān)重要的影響。與傳統(tǒng)制造工藝相比，摩方精密微納3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)高精度復雜零件的加工制造，保障了OMT能夠滿足微波通信系統(tǒng)對高性能的嚴格要求。這一技術(shù)在分辨率和公差控制上的能力對于推動研究成果的應用具有重要意義，并助力微波通信系統(tǒng)的發(fā)展，為通信技術(shù)的未來進步開辟了新的路徑。