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3D-Druck von Nanopartikeln ermöglicht 5G

Komplex strukturierte Linsen könnten durch „NanoParticle Jetting“ entstehen
Erschwingliche 5G-Antennen dank 3D-Druck

Die University of Delaware arbeitet an der Antennentechnik „Passive Beam Steering“, die für 5G-Netze eingesetzt werden wird. Heikel ist die Fertigung der dafür benötigten Mini-Linsen – die vielversprechendste Chance bietet der 3D-Druck durch „NanoParticle Jetting“.

Die University of Delaware (Udel) ist dabei, eines der größten Probleme bei 5G-Netzen zu lösen. 5G-Signale übertragen Daten bis zu 20-mal schneller als 4G/3G. Sie reagieren jedoch empfindlicher auf Objekte und Interferenzen, was eine Vielzahl von Antennen notwendig macht. Doch die klassische Antennentechnologie ist zu teuer, um die für 5G erforderliche Infrastruktur zu skalieren. Dies berichtet die israelische XJet Ltd., deren „NanoParticle Jetting“-Technologie (NPJ) nun zum Einsatz kommen soll. Bei NPJ dienen Tintentröpfchen, die per Inkjet versprüht werden, als Carrier für metallische oder keramische Nanopartikel.

Die Udel hat Software und Algorithmen entwickelt, die kleinere, leichtere und kostengünstigere Konstruktionen für die 5G-Antennen möglich machen. Das Hauptproblem bestand darin, dass es bisher keinen Prozess gab, um die Linse mit ihrer komplexen Struktur, den kleinen Kanälen und den Materialeigenschaften zu fertigen. Dann wurden die Forscher auf XJet aufmerksam. „Die Entdeckung der NanoParticle-Jetting-Technologie von XJet war ein echtes Aha-Erlebnis“, sagt Mark Mirotznik, Professor of Electrical Engineering an der Udel. „NPJ ist als einziger Prozess in der Lage, die Innenwände jedes Kanals mit der erforderlichen Genauigkeit und Gleichmäßigkeit herzustellen, um die Wellenrichtung beizubehalten.“

„Das von XJet verwendete Material ist ein isotroper, hochdichter Keramikwerkstoff mit der richtigen Dielektrizitätskonstante, der das Signal nicht absorbiert oder abschwächt“, erklärt Mrotznik. „Jede noch so geringe Toleranzschwankung kann das Signal zum falschen Ort umleiten, und das können wir uns nicht leisten.”

Kennwerte wie bei nicht 3D-gedruckten Kristallen

Rückendeckung erhält Mrotznik von der Youngstown State University. „Wir haben Forschungen durchgeführt, um die Art und die Eigenschaften von Zirkonoxid beim Druck mit dem XJet-System zu ermitteln“, sagt Prof. Eric MacDonald, Friedman Chair for Manufacturing. „Die Ergebnisse zeigten, dass die Kristallstruktur der Drucke fast gleichförmig ist. Die Dielektrizitätskonstante ist hoch, die Verlusttangente ist niedrig. Beide sind nahezu mit dem Wert identisch, den man von einem nicht gedruckten Kristall erwarten würde.“ Die Dielektrizitätskonstante mit geringem Verlust erschließe neue Möglichkeiten für den 3D-Druck einer Vielzahl von Mikrowellengeräten, einschließlich Antennen, Linsen und Filtern.

Die Arbeiten in Delaware lösen Begeisterung bei XJet aus. „Der Einsatz der NanoParticle-Jetting-Technologie für Antennen ist eine bahnbrechende Entwicklung“, konstatiert CEO Hanan Gothait. „5G wird eine Revolution herbeiführen und die Konnektivität mit sich bringen, um von fahrerlosen Autos über Smart Cities bis hin zur Telechirurgie alles zu unterstützen“, so Gothait. Als weitere fortschrittliche Anwendungen nennt er Live-Streaming von Virtual-Reality-Inhalten und die Aussicht auf ein „unbegrenztes Internet of Things“. (os)

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