“增材制造（AM）”有一个随意但相当准确的俗称——“3D打印”，对此你肯定不陌生。毫无疑问，自从几十年前AM系统问世以来，其硬件性能在尺寸精度、准确性、光洁度等方面都有显著进步，成本也大幅降低。同时，3D打印的材料也越来越多，包括树脂、聚合物、液化和粉末金属以及其他特殊材质的“油墨”。面对这么多选择，用户一定可以找到自己需要的机械性能组合。
广义的“增材制造”实际上是指ASTM F42委员会-增材制造中七个分类中的任意一种（ASTM是“美国材料与试验协会”的缩写，像其他很多组织和企业一样，现在它已成为一个合法注册的缩写名称）。这七个分类是：
AM的各种应用包括：
近年来，除了纯机械元件，电子元件也开始利用AM来制造，尤其是制造高频射频（RF）应用元件。这种以RF为中心的AM不仅涉及金属表面制造，还涉及合适的电介质制造，因此AM的挑战在于：找到并构建合适的几何形状，以及导体和电介质的分层制造。电子元件的增材制造目前主要集中在四个领域：
AM用于RF时，还有另一个难题。受益于集成技术的许多应用都是高频应用，其频率可高达数十千兆赫（GHz）。但随着频率的增加，设备尺寸会缩小，耐受问题就会显得突出。细微的表面瑕疵（或粗糙）在500MHz频率下可以被容忍，但在几千兆赫的频率下就可能是一个严重的问题。
此外，AM电介质的详细RF规范需要加以表征并统一，这些规范与纯机械AM部件的规范完全不同。介电常数和损耗角正切等因素也很重要。绝缘性能优异的树脂和聚合物，其RF特性却可能较差。另一方面，可以有针对地改变混合材料的比例，以创造出适用性好的特殊电介质，比如阶跃或渐变折射率光纤。
尽管存在这些问题——也可能正是因为这些问题，AM在高频RF中的潜在优势引起了大学和企业研究人员的广泛关注。他们正在探索和利用AM来制造外形更小、性能更好的器件；又或者，他们希望利用AM来制造一些使用常规技术无法实现的设计。一些项目使用了AM来制造整个器件及其金属表面，还有一些项目则使用AM来制造不导电的元件基体，然后用常规的铜或银电镀来添加所需的导电表面。
举两个例子。一个研究小组改变了树脂“填充物”的介电常数，形成平板波导，在几乎不影响基本模式的情况下，提高了第二电磁模式的截止频率。该器件的中心部分具有较高的介电常数，准TE10基本模式的电场更强，而两侧的介电常数较低，准TE20第二模式电场更强（图1）。
图1：（a）上图是贴上铝箔和添加金属过孔之前集成平板波导（SISW）互连的3D打印衬底；（b）下图是贴上铝箔后的SISW互连。（图片来源：Radio Engineering）
另一个有趣的项目使用AM来制造适用于X波段能量的集成式SMA到波导过渡元件。他们设计了适用于8.6至10.4GHz的电介质填充单元和适用于9.4至10.7GHz的空气填充单元，两种单元具有不同的性能指标（图2）。
图2：采用电介质填充的波导设计制造和组装过程。（图片来源：State University of New York/New Paltz）
这只是该领域众多研究工作的两个例子。用谷歌搜索“增材制造RF”将出现数十篇论文和项目，虽然许多都在各个IEEE协会及其他机构的付费专区，但大多数参考文献是免费的。
你是否一直在关注RF电子应用或其他的AM信息？是否想过将AM用于RF元件？也或许你已经实际操作过了，比如在简易面包板上搭建或制作原型，甚至进行小批量生产？
（原文刊登于EDN姐妹网站Planet Analog，参考链接：Additive manufacturing gets added to the RF-component toolkit，由Jenny Liao编译。）
本文为《电子技术设计》2020年6月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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