WO2024023054A1 - Verfahren zur herstellung von hochfrequenztechnischen funktionsstrukturen und hochfrequenztechnische funktionsstruktur - Google Patents

Verfahren zur herstellung von hochfrequenztechnischen funktionsstrukturen und hochfrequenztechnische funktionsstruktur Download PDF

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WO2024023054A1
WO2024023054A1 PCT/EP2023/070517 EP2023070517W WO2024023054A1 WO 2024023054 A1 WO2024023054 A1 WO 2024023054A1 EP 2023070517 W EP2023070517 W EP 2023070517W WO 2024023054 A1 WO2024023054 A1 WO 2024023054A1
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WO
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image
mold
waveguide
melt
functional structure
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PCT/EP2023/070517
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Mark SIPPEL
Konstantin LOMAKIN
Gerald Gold
Andreas Hofmann
David Panusch
Lucas Peter Pelchen
Fabian Teichmann
Sebastian Müller
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Golden Devices Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/002—Manufacturing hollow waveguides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing high-frequency functional structures with the steps:
  • SLM selective laser melting
  • high-frequency functional structures are a smooth surface to reduce losses and high geometric precision with high geometric complexity. This minimizes the reflections of electromagnetic waves in the functional structure and the radiation of an electromagnetic wave occurs as desired when the functional structure is used as an antenna.
  • a high-frequency functional structure should preferably be designed in such a way that electromagnetic waves with the highest possible frequencies can be conducted through the functional structure with acceptable attenuation. Good thermal stability of the geometry should be aimed for, particularly at high electrical power levels. Basically, there is a desire for sufficient mechanical strength.
  • the present invention is based on the object of providing a method for producing high-frequency functional structures with optimized properties. This task is solved by the method with the features of independent claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the invention provides that over 90%, preferably over 95%, in particular over 99% of the mass of the image consists of a pure substance.
  • the material from which the image is made therefore comprises over 90%, preferably over 95%, in particular over 99%, of a pure substance.
  • the rest of the mass of the image is made up of other substances.
  • the present invention further relates to a method for producing high-frequency functional structures with the features of claim 2. The following steps are then provided:
  • the functional structure and/or the image being a slotted waveguide and/or a waveguide with non-radiating openings and/or a high-frequency component derived therefrom.
  • a component can be understood, for example, as a component that has one (or more) slotted waveguides and/or one (or more) waveguides with non-radiating openings.
  • the mold can be a permanent mold.
  • the casting mold can comprise a core, preferably additively manufactured.
  • the invention also provides that the functional structure is a slotted waveguide.
  • the image is preferably an ideally exact replica of the functional structure.
  • a casting system should preferably be molded into the molding material in addition to the image.
  • This casting system is used in particular to expel the image from the molding material and to pour the melt into the casting mold.
  • the casting system preferably refers to the structures, such as openings and channels in the casting mold, as well as the corresponding structures that are molded in and thus form the openings and channels, as well as the melt solidified in these channels and openings.
  • the casting system should preferably be removed after the solidified melt has been removed from the mold so that the functional structure is created.
  • the casting system and the image are preferably referred to as a model.
  • a slotted waveguide preferably has slots or openings in or on its side walls that are non-radiative and are smaller than the guided wavelength.
  • the slots or openings promote the washing of the wax image, i.e. the removal of support structures from the interior and, especially in the case of complex geometries, the removal of the mold.
  • the respective materials and process media can flow in and/or escape through these openings.
  • a slotted waveguide is preferably a waveguide in which openings are provided in the outer wall which do not lead to radiation. This is the case if the openings are small compared to the guided wavelength and/or do not intersect the current density associated with the wave in the waveguide on the conductive wall transversely to its flow direction.
  • rectangular waveguides are openings in the narrow sides of the waveguide.
  • the image is produced using an additive process, preferably multi-component printing, preferably the multijet printing process.
  • the image can be produced using an additive process, preferably a stereolithographic, resin-based and/or filament printing process and/or selective laser sintering.
  • support structures are arranged on the image, wherein the support structures consist at least partially of a material that is different from the material of the image or of the same material as the image.
  • the support structures can preferably be washed clean chemically.
  • the material of the support structures can be a material that is dissolved in methanol and/or isopropanol and/or in another solvent.
  • the multi-component print can, for example, be a two-component print and can also be referred to as multijet.
  • the image can also be produced by selective laser sintering (SLS), stereolithography (SLA) or by casting, for example injection molding.
  • SLS selective laser sintering
  • SLA stereolithography
  • the image can also be created using FDM (Fused Deposition Modeling) - a filament melting process.
  • the pure substance is wax, plastic, tin or lead or another metal.
  • electromagnetic waves with significantly higher frequencies can be passed through the produced functional structures with lower losses than in functional structures produced using methods known from the prior art.
  • Residue-free preferably means that the residues of the image in the mold amount to less than 10%, preferably less than 5% or less than 1%, of the mass of the image or that the image is completely expelled from the molding material.
  • a high purity of the image i.e. an image in which over 90%, preferably over 95%, in particular over 99% of the mass of the image consists of a pure substance advantageously enables expulsion that is precisely tailored to the pure substance.
  • parameters for expulsion such as temperature or atmosphere, can be precisely adapted to the pure substance. This then enables expulsion in such a way that no or only negligible residues of the pure substance remain in the mold.
  • the slots of the slotted waveguide promote the creation of the shape, particularly on the insides of the slotted waveguide image.
  • a region of the surface or the entire surface of the image and/or the mold and/or the functional structure is smoothed.
  • the smoothing can, for example, be carried out by removing and/or applying, preferably galvanically.
  • Post-treatment in the form of smoothing of the image, the mold or the functional structure can be provided to improve the high-frequency properties of the functional structure.
  • the smoothing can be carried out by removal, for example using a multi-phase fluid or a gas with solids.
  • the smoothing can be done by application, for example by applying metal.
  • Smoothing can be done by deforming the surface or by blasting, such as sandblasting, shot blasting or dry ice blasting.
  • the smoothing can take place at any point in the process.
  • the slots of the slotted waveguide promote smoothing on the insides of the slotted waveguide.
  • the slots of the slotted waveguide promote the filling of the melt or its accessibility to the inner sides of the slotted waveguide.
  • the casting mold can be filled with protective gas at a gas pressure of approx. 2 bar.
  • the casting mold can also be rinsed several times before or during the filling of the melt with protective gas.
  • Protective gases are, for example, noble gases such as argon.
  • pressure is exerted on the melt before or during the filling of the melt.
  • the molding material has or is gypsum and/or salt and/or sand and/or concrete and/or silicon and/or one or more phosphate-bound substances.
  • melt or the functional structure has one or more of: aluminum, copper, steel, silver, tin, zinc, bronze, brass, gold, titanium and/or magnesium.
  • the functional structure is a high-frequency line, in particular a, preferably slotted, waveguide, or an antenna, in particular special is a horn, helix or waveguide slot antenna, or a filter or a resonator or a coupler or another passive RF part or comprises one or more of these components.
  • the invention also relates to a high-frequency functional structure that was partially or completely produced using a method according to the invention.
  • a casting process has several advantages, particularly compared to metal printing. It is possible to process significantly more metals. More complex and finer structures are possible. The surface roughness is lower. The material quality is higher because solid material is present in the end product.
  • the image is preferably better reflected in the molding material or in the investment material.
  • the surface quality and roughness are preferably significantly improved again.
  • the functional structure is preferably monolithic and metallic.
  • the non-radiating openings of the slotted waveguide are arranged along the propagation direction at distances smaller than a guided wavelength and/or that their size is smaller than half of the guided wavelength.
  • the support material is washed out through the non-radiating openings of the slotted waveguide or the removal is at least promoted thereby.
  • the sprue structures required for a metal casting are placed at points on the HF component where no relevant HF functionality is required and in particular on the outer sides of the waveguide or the waveguide component.
  • waveguide includes not only the waveguide as such, but also HF components, such as antennas, which have such a waveguide.
  • the invention is therefore not limited to the production of a waveguide per se, but also includes the production of structures which have at least one waveguide.
  • a slotted waveguide which is produced using the method according to the invention.
  • a slotted waveguide is a box-shaped conductor that has slots on the side walls.
  • an image of the slotted waveguide is made, which consists of over 99 percent pure wax.
  • the image is produced, for example, using a 3D printing process.
  • 3D printing requires supporting the unfinished areas with support structures, depending on the geometry of the printed product.
  • parts of the support structures are used as a casting system and other parts are washed free.
  • the parts that are washed free are made of a material that is soluble in methanol.
  • the cleaning is carried out, for example, by dipping the printed product in methanol and dissolving the part of the support structures that consist of a material that is soluble in methanol.
  • the image with the casting system can be called a model.
  • the model is now molded into a molding material that has plaster or is plaster.
  • plaster When the plaster is molded in, it can enter the interior of the slotted waveguide more easily through the slots in the slotted waveguide.
  • the plaster is now hardened. Curing can be done by air drying. Hardening can also be done by firing the plaster.
  • the model After hardening or before or during firing, the model is expelled from the plaster. To do this, the plaster and the model are brought to a temperature at which the wax melts, for example over 40 °C.
  • the model then melts and the wax runs out of the plaster, leaving a mold cavity.
  • the escape of the wax from the inner areas of the model is in turn promoted by the slots in the slotted waveguide.
  • the mold cavity is then flushed with argon so that the air or oxygen is displaced from the mold cavity.
  • the mold cavity can be smoothed beforehand by blowing it out with a gas containing abrasive particles.
  • a melt of an aluminum alloy is then poured into the mold cavity, which is partially enclosed by plaster.
  • This melt is then subjected to a pressure of approx. 2 bar, so that the melt is pressed into the entire mold cavity.
  • the entry of the melt into the interior of the slotted waveguide is in turn promoted by the slots in the slotted waveguide.
  • the plaster mold After the melt has cooled, the plaster mold is destroyed and the cooled melt is removed from the mold. During demoulding, the slots in the slotted waveguide facilitate the removal of the plaster mold from the interior of the slotted waveguide.
  • the casting system is then removed from the functional structure.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Schritten: - Herstellen eines Abbilds der Funktionsstruktur; - Einformen des Abbilds in einen Formstoff; - Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff, so dass eine Gussform entsteht; - Einfüllen einer Schmelze in die Gussform; - Entformen der erstarrten Schmelze, wobei über 90 %, vorzugsweise über 95 %, insbesondere über 99 % der Masse des Abbilds aus einem Reinstoff bestehen.

Description

Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen und hochfrequenztechnische Funktionsstruktur
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Schritten:
- Herstellen eines Abbilds der Funktionsstruktur;
- Einformen des Abbilds in einen Formstoff;
- Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff, so dass eine Gussform entsteht;
- Einfüllen einer Schmelze in die Gussform;
- Entformen der erstarrten Schmelze.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt hochfrequenztechnische Funktionsstrukturen mittels spanender Verfahren, wie Drehen oder Fräsen herzustellen. Dabei kann eine erforderliche geometrische Komplexität der Funktionsstruktur nur unter hohem Aufwand erreicht werden. Die Funktionsstrukturen werden dabei üblicherweise im aufwändigen Splitblockverfahren hergestellt und eine Miniaturisierung der Funktionsstrukturen ist ebenso nur unter einem hohen Aufwand möglich.
Bekannt ist es auch hochfrequenztechnische Funktionsstrukturen mittels Metalldruck, wie selektivem Laserschmelzen (SLM) herzustellen. Nachteilhaft sind dabei die rauen Oberflächen sowie die Einschränkungen in der geometrischen Komplexität, da Stützstrukturen bereits früh im Prozess verwendet werden. Die Ausgangswerkstoffe für SLM, die als Pulver oder Strang vorliegen können, sind ineffizient in Hinblick auf Energiebedarf und Werkstoffausnutzung.
Auch bekannt ist das Herstellen eines Grundkörpers aus Kunststoff und Metallisierung desselben, so dass eine hochfrequenztechnische Funktionsstruktur entsteht. Nachteilhaft dabei ist die schlechte thermische Stabilität bei hohen elektrischen Leistungen. Zudem haben kunststoffbasierte Körper in den meisten Fällen eine gegenüber dem metallischen Pendant schlechtere mechanische Stabilität.
Bekannt ist auch die gießtechnische Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen.
Bevorzugte Eigenschaften von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen sind eine glatte Oberfläche, um Verluste zu reduzieren, und eine hohe geometrische Präzision bei hoher geometrischer Komplexität. Damit werden die Reflexionen von elektromagnetischen Wellen in der Funktionsstruktur minimiert und die Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle erfolgt, bei Nutzung der Funktionsstruktur als Antenne, wie gewünscht. Ebenso ist eine hochfrequenztechnische Funktionsstruktur vorzugsweise derart auszulegen, dass elektromagnetische Wellen mit möglichst hohen Frequenzen bei einer akzeptablen Dämpfung durch die Funktionsstruktur geleitet werden können. Insbesondere bei hohen elektrischen Leistungen ist eine gute thermische Stabilität der Geometrie anzustreben. Grundsätzlich besteht der Wunsch nach einer ausreichenden mechanischen Festigkeit.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit optimierten Eigenschaften bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass über 90 %, vorzugsweise über 95 %, insbesondere über 99 % der Masse des Abbilds aus einem Reinstoff bestehen.
Das Material aus dem das Abbild besteht, umfasst somit zu über 90 %, vorzugsweise zu über 95 %, insbesondere zu über 99 % einen Reinstoff. Der Rest der Masse des Abbilds wird durch andere Stoffe gebildet.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Danach ist sind folgende Schritte vorgesehen:
- Herstellen eines Abbilds der Funktionsstruktur;
- Einformen des Abbilds in einen Formstoff;
- Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff, so dass eine Gussform entsteht;
- Einfüllen einer Schmelze in die Gussform;
- Entformen der erstarrten Schmelze, wobei die Funktionsstruktur und/oder das Abbild ein geschlitzter Hohlleiter und/oder ein Hohlleiter mit nicht abstrahlenden Öffnungen und/oder eine davon abgeleitete Hochfrequenz-Komponente ist. Unter einer solchen Komponente kann z.B. ein Bauteil verstanden werden, dass einen (oder mehrere) geschlitzte Hohlleiter und/oder einen (oder mehrere) Hohlleiter mit nicht abstrahlenden Öffnungen aufweist.
Auch eine Kombination der Merkmale der Ansprüche 1 und 2 ist denkbar und von der Erfindung umfasst.
Die Gussform kann eine Dauerform sein. Die Gussform kann einen, vorzugsweise additiv gefertigten, Kern umfassen. Ebenso ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Funktionsstruktur ein geschlitzter Hohlleiter ist.
Das Abbild ist vorzugsweise eine idealerweise exakte Nachbildung der Funktionsstruktur.
Aus gießtechnischen Gründen ist vorzugsweise neben dem Abbild, ein Gusssystem in den Formstoff einzuformen.
Dieses Gusssystem dient insbesondere zum Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff und zum Einfüllen der Schmelze in die Gussform.
Als Gusssystem werden vorzugsweise die Strukturen, wie Öffnungen und Kanäle in der Gussform, als auch die korrespondierenden Strukturen, die eingeformt werden und damit die Öffnungen und Kanäle bilden sowie die in diesen Kanälen und Öffnungen erstarrte Schmelze bezeichnet.
Das Gusssystem ist nach dem Entformen der erstarrten Schmelze vorzugsweise zu entfernen, damit die Funktionsstruktur entsteht.
Das Gusssystem und das Abbild werden vorzugsweise als Modell bezeichnet.
Ein geschlitzter Hohlleiter weist vorzugsweise Schlitze bzw. Öffnungen in oder an seinen Seitenwänden auf, die nicht abstrahlend sind und kleiner als die geführte Wellenlänge sind. Die Schlitze bzw. Öffnungen begünstigen ein Freiwaschen des Wachsabbilds, also die Entfernung von Stützstrukturen aus den Innenräumen und vor allem bei komplexen Geometrien, die Entfernung der Gussform. Durch diese Öffnungen können die jeweiligen Materialien sowie Prozessmittel hineinströmen und/oder entweichen. Bei einem geschlitzten Hohlleiter handelt es sich vorzugsweise um einen Hohlleiter, bei dem Öffnungen in der Außenwand vorgesehen sind, die nicht zur Abstrahlung führen. Dies ist dann der Fall, wenn die Öffnungen klein gegenüber der geführten Wellenlänge sind und/oder den mit der Welle im Hohlleiter verknüpften Stromdichte auf der leitfähigen Wand nicht quer zu seiner Flussrichtung schneiden.
Vorzugsweise handelt es sich hierbei bei Rechteckhohlleitern um Öffnungen in den Schmalseiten des Hohlleiters.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Abbild mit einem additiven Verfahren, vorzugsweise einem Mehrkomponentendruck, vorzugsweise dem Multijet-Druckverfahren, hergestellt wird.
Das Abbild kann mit einem additiven Verfahren, vorzugsweise einem stereolithographischen, kunstharzbasierten und/oder Filamentdruckverfahren und/oder selektivem Lasersintern hergestellt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass an dem Abbild Stützstrukturen angeordnet werden, wobei die Stützstrukturen mindestens teilweise aus einem von dem Material des Abbilds verschiedenen Material oder auch aus demselben Material wie das Abbild bestehen.
Die Stützstrukturen können vorzugsweise chemisch freigewaschen werden. Beispielsweise kann das Material der Stützstrukturen ein Material sein, welches in Methanol und/oder Isopropanol und/oder in einem anderen Lösemittel gelöst wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die für die additive Fertigung erforderlichen Stützstrukturen des Abbildes vor Einformen des Abbilds in einen Formstoff entfernt werden. Der Mehrkomponentendruck kann beispielsweise ein Zweikomponentendruck sein und auch als Multijet bezeichnet werden.
Das Abbild kann auch durch selektives Lasersintern (SLS), Stereolithographie (SLA) oder durch Gießen, beispielsweise Spritzgießen, hergestellt werden. Das Abbild kann auch mittels FDM (Fused-Deposition-Modeling) - also einem Filament- Schmelzverfahren - erstellt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Reinstoff Wachs, Kunststoff, Zinn oder Blei oder ein anderes Metall ist.
Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei der der Reinstoff Wachs ist und das Abbild mit einem Mehrkomponentendruck hergestellt wird, können elektromagnetische Wellen mit deutlich höheren Frequenzen bei geringeren Verlusten als bei mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellten Funktionsstrukturen durch die hergestellten Funktionsstrukturen geleitet werden.
Denkbar ist, dass das Abbild rückstandsfrei aus der Gussform ausgetrieben wird.
Unter rückstandsfrei ist vorzugsweise zu verstehen, dass die Rückstände des Abbilds in der Gussform weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % oder weniger als 1 %, der Masse des Abbilds betragen oder dass das Abbild vollständig aus dem Formstoff ausgetrieben wird.
Eine hohe Reinheit des Abbilds, also ein Abbild, bei dem über 90 %, vorzugsweise über 95 %, insbesondere über 99 % der Masse des Abbilds aus einem Reinstoff bestehen ermöglicht in vorteilhafter Weise ein genau auf den Reinstoff ausgelegtes Austreiben. So können Parameter für das Austreiben, wie Temperatur oder Atmosphäre genau auf den Reinstoff angepasst werden. Dies ermöglicht dann ein derartiges Austreiben, dass keine oder nur vernachlässigbare Rückstände des Reinstoffs in der Gussform verbleiben. Vorzugsweise begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters die Erzeugung der Form insbesondere auf den Innenseiten des geschlitzten Hohlleiterabbilds.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Bereich der Oberfläche oder die gesamte Oberfläche des Abbilds und/oder der Gussform und/oder der Funktionsstruktur geglättet wird.
Das Glätten kann beispielsweise abtragend und/oder auftragend, vorzugsweise galvanisch durchgeführt werden.
Es kann eine Nachbehandlung in Form einer Glättung des Abbilds, der Gussform oder der Funktionsstruktur zur Verbesserung der hochfrequenztechnischen Eigenschaften der Funktionsstruktur vorgesehen sein.
Die Glättung kann durch Abtrag, beispielsweise mittels eines mehrphasigen Fluids oder durch ein Gas mit Feststoffen, erfolgen.
Die Glättung kann durch Auftrag, beispielsweise mittels Metallauftrags, erfolgen.
Es kann eine Glättung durch Verformung der Oberfläche bzw. durch Strahlen, wie beispielsweise Sandstrahlen, Kugelstrahlen oder Trockeneisstrahlen erfolgen.
Die Glättung kann an einer beliebigen Stelle im Verfahren erfolgen.
Vorzugsweise begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters die Glättung auf den Innenseiten des geschlitzten Hohlleiters.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass vor oder während des Einfüllens der Schmelze mindestens einer der folgenden Schritte erfolgt:
- Evakuieren der Gussform;
- Füllen der Gussform mit Schutzgas. Vorzugsweise begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters das Einfüllen der Schmelze beziehungsweise deren Zugänglichkeit zu den inneren Seiten des geschlitzten Hohlleiters.
Das Füllen der Gussform mit Schutzgas kann bei einem Gasdruck von ca. 2 bar erfolgen. Es kann auch ein mehrmaliges Spülen der Gussform vor oder während des Einfüllens der Schmelze mit Schutzgas vorgesehen sein.
In vorteilhafter Weise bleiben keine Reste in der Gussform bzw. im Formhohlraum. Es sind filigranere Strukturen möglich und es sind keine oder nur eine solche Anzahl von Lunkern vorhanden, so dass keine Funktionsbeeinträchtigungen der Funktionsstruktur vorhanden sind. Es können auch reaktive Metalle verarbeitet werden, da kein Sauerstoff in der Gussform vorhanden ist.
Schutzgase sind beispielsweise Edelgase, wie Argon.
Es kann vorgesehen sein, dass vor oder während des Einfüllens der Schmelze, Druck auf die Schmelze ausgeübt wird.
Denkbar ist, dass der Formstoff Gips und/oder Salz und/oder Sand und/oder Beton und/oder Silizium und/oder einen oder mehrere phosphatgebundene Stoffe aufweist oder ist.
Denkbar ist ferner, dass die Schmelze oder die Funktionsstruktur eines oder mehrere von: Aluminium, Kupfer, Stahl, Silber, Zinn, Zink, Bronze, Messing, Gold, Titan und/oder Magnesium aufweist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Funktionsstruktur eine Hochfrequenzleitung, insbesondere ein, vorzugsweise geschlitzter, Hohlleiter, oder eine Antenne, insbe- sondere eine Horn-, Helix- oder Hohlleiterschlitzantenne, oder ein Filter oder ein Resonator oder ein Koppler oder ein sonstiges passives HF-Teil ist oder eine oder mehrere dieser Komponenten umfasst.
Die Erfindung betrifft auch eine hochfrequenztechnische Funktionsstruktur, die teilweise oder vollständig mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
Insbesondere gegenüber Metalldruck weist ein Gussverfahren mehrere Vorteile auf. Es ist die Verarbeitung von deutlich mehr Metallen möglich. Es sind komplexere und feinere Strukturen möglich. Die Oberflächenrauigkeit ist geringer. Die Materialqualität ist höher, da Vollmaterial im Endprodukt vorliegt.
Durch die Verwendung eines Stoffes hoher Reinheit bildet sich das Abbild vorzugsweise besser in dem Formstoff bzw. in der Einbettmasse ab. Die Oberflächengüte und die Rauheit sind vorzugsweise nochmals deutlich verbessert.
Die Funktionsstruktur ist vorzugsweise monolithisch und metallisch.
Denkbar ist es, dass die nicht-abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters entlang der Ausbreitungsrichtung in Abständen kleiner als eine geführte Wellenlänge angeordnet sind und/oder dass ihre Größe kleiner als die Hälfte der geführten Wellenlänge ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei der Entfernung der Stützstrukturen des Abbilds das Stützmaterial durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters ausgewaschen wird oder die Entfernung hierdurch zumindest begünstigt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Einformen des Abbildes in den Formstoff dieser durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des Abbildes des geschlitzten Hohlleiters in dessen Innere gelangt oder der Eintritt hierdurch begünstigt wird.
Beim Entformen des zu entfernenden Formstoffs kann vorgesehen sein, dass dieser durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters austritt oder der Austritt hierdurch zumindest begünstigt wird.
Denkbar ist es weiterhin, dass die für einen Metallguss erforderlichen Angusstruktu- ren an Stellen der HF-Komponente angesetzt werden, an denen keine relevante HF- Funktionalität erforderlich ist und insbesondere an den Außenseiten des Hohlleiters oder der Hohlleiterkomponente.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente. Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.
Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Hohlleiter“ nicht nur den Hohlleiter als solchen umfasst, sondern auch HF-Bauteile, wie z.B. Antennen, die einen solchen Hohlleiter aufweisen. Die Erfindung ist somit nicht auf die Herstellung eines Hohlleiters per se beschränkt, sondern umfasst auch die Herstellung von Strukturen, die wenigstens einen Hohlleiter aufweisen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft einen geschlitzten Hohlleiter, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Ein geschlitzter Hohlleiter ist ein kastenförmiger Leiter, der an den Seitenwänden Schlitze aufweist.
Zunächst wird ein Abbild des geschlitzten Hohlleiters angefertigt, welches zu über 99 Massenprozent aus einem reinen Wachs besteht.
Das Abbild wird beispielsweise in einem 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Aus technischen Gründen ist bei einem 3D-Druck, je nach Geometrie des Druckprodukts das Stützen der unfertigen Bereiche durch Stützstrukturen notwendig.
Diese Stützstrukturen können nun derart ausgelegt werden, dass sie teilweise als Gusssystem dienen oder auch teilweise vor einem Einformen des Abbilds entfernt werden.
In diesem Beispiel werden Teile der Stützstrukturen als Gusssystem verwendet und andere Teile werden freigewaschen. Dabei sind diejenigen Teile die freigewaschen werden aus einem Material, welches in Methanol löslich ist.
Das Freiwaschen erfolgt beispielsweise durch Tauchen des Druckprodukts in Methanol und Auflösen des Teils der Stützstrukturen, die aus einem Material, welches in Methanol löslich ist, bestehen.
Das Abbild mit dem Gusssystem kann als Modell bezeichnet werden.
Das Modell wird nun in einen Formstoff, der Gips aufweist oder Gips ist, eingeformt. Beim Einformen des Gipses kann dieses durch die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters einfacher in den Innenraum des geschlitzten Hohlleiters eintreten.
Der Gips wird nun ausgehärtet. Das Aushärten kann durch Trocknen an der Luft erfolgen. Das Aushärten kann zusätzlich durch Brennen des Gipses erfolgen.
Nach dem Aushärten oder vor oder während des Brennens wird das Modell aus dem Gips ausgetrieben. Dazu werden der Gips und das Modell auf eine Temperatur, bei der das Wachs schmilzt, beispielsweise auf über 40 °C gebracht.
Das Modell schmilzt daraufhin und das Wachs läuft aus dem Gips und hinterlässt einen Formhohlraum. Das austreten des Wachses aus den inneren Bereichen des Modells wird wiederum durch die Schlitze im geschlitzten Hohlleiter begünstigt.
Der Formhohlraum wird dann mit Argon durchspült, sodass die Luft bzw. der Sauerstoff aus dem Formhohlraum verdrängt wird. Zuvor kann eine Glättung des Formhohlraums mittels Ausblasen mit einem mit abrasiven Partikeln versetzten Gases erfolgt sein.
In den durch Gips teilweise umschlossenen Formhohlraum wird sodann eine Schmelze einer Aluminiumlegierung eingegossen.
Diese Schmelze wird sodann mit einem Druck von ca. 2 bar beaufschlagt, sodass die Schmelze in den gesamten Formhohlraum gedrückt wird. Das Eintreten der Schmelze in den Innenraum des geschlitzten Hohlleiters wird wiederum durch die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters begünstigt.
Nach Abkühlen der Schmelze wird die Gipsform zerstört und die abgekühlte Schmelze wird entformt. Bei der Entformung begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters das Entfernen der Gipsform aus dem Inneren des geschlitzten Hohlleiters.
Danach wird das Gusssystem von der Funktionsstruktur entfernt.
Es kann sich eine Nachbearbeitung der Funktionsstruktur in Form einer Glättung der Oberfläche anschließen.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Schritten:
- Herstellen eines Abbilds der Funktionsstruktur;
- Einformen des Abbilds in einen Formstoff;
- Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff, so dass eine Gussform entsteht;
- Einfüllen einer Schmelze in die Gussform;
- Entformen der erstarrten Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass über 90 %, vorzugsweise über 95 %, insbesondere über 99 % der Masse des Abbilds aus einem Reinstoff bestehen. Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Schritten:
- Herstellen eines Abbilds der Funktionsstruktur;
- Einformen des Abbilds in einen Formstoff;
- Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff, so dass eine Gussform entsteht; - Einfüllen einer Schmelze in die Gussform;
- Entformen der erstarrten Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsstruktur und/oder das Abbild ein geschlitzter Hohlleiter und/oder ein Hohlleiter mit nicht abstrahlenden Öffnungen und/oder eine davon abgeleitete HF-Komponente ist. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbild mit einem additiven Verfahren, vorzugsweise einem Mehrkomponentendruck, vorzugsweise dem Multijet-Druckverfahren, hergestellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbild mit einem additiven Verfahren, vorzugsweise einem stereolithographischen, kunstharzbasierten und/oder Filamentdruckverfahren und/oder selektivem Lasersintern hergestellt wird. Verfahren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abbild Stützstrukturen angeordnet werden, wobei die Stützstrukturen mindestens teilweise aus einem von dem Material des Abbilds verschiedenen Material bestehen oder aus dem gleichen Material wie das Abbild bestehen. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die für die additive Fertigung erforderlichen Stützstrukturen des Abbildes vor Einformen des Abbilds in einen Formstoff entfernt werden. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstrukturen mit einem Lösemittel, vorzugsweise Isopropanol oder Methanol, ausgewaschen werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinstoff Wachs, Kunststoff, Zinn oder Blei oder ein anderes Metall ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbild rückstandsfrei aus der Gussform ausgetrieben wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich der Oberfläche oder die gesamte Oberfläche des Abbilds und/oder der Gussform und/oder der Funktionsstruktur geglättet wird. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Glätten abtragend und/oder auftragend, vorzugsweise galvanisch durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Einfüllens der Schmelze mindestens einer der folgenden Schritte erfolgt:
- Evakuieren der Gussform;
- Füllen der Gussform mit Schutzgas. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach oder während des Einfüllens der Schmelze, Druck auf die Schmelze ausgeübt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstoff Gips, Salz, Sand, Beton, Silizium oder einen oder mehrere phosphatgebundene Stoffe aufweist oder ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze oder die Funktionsstruktur Aluminium, Kupfer, Stahl, Silber, Zinn, Zink, Bronze, Messing, Gold, Titan und/oder Magnesium oder ein anderes Metall aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters entlang der Ausbreitungsrichtung in Abständen kleiner als eine geführte Wellenlänge angeordnet sind und dass ihre Größe kleiner als die Hälfte der geführten Wellenlänge ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entfernung der Stützstrukturen des Abbilds das Stützmaterial durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters ausgewaschen wird oder die Entfernung hierdurch begünstigt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einformen des Abbildes in den Formstoff dieser durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des Abbildes des geschlitzten Hohlleiters in dessen Innere gelangt oder der Eintritt hierdurch begünstigt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entformen des zu entfernenden Formstoffs dieser durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters austritt oder der Austritt hierdurch begünstigt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für einen Metallguss erforderlichen Angusstrukturen an Stellen der HF-Komponente angesetzt werden, an denen keine relevante HF- Funktionalität erforderlich ist und insbesondere an den Außenseiten des Hohlleiters oder der Hohlleiterkomponente. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsstruktur eine Hochfrequenzleitung, insbesondere ein, vorzugsweise geschlitzter, Hohlleiter, oder eine Antenne, insbesondere eine Horn-, Helix- oder Hohlleiterschlitzantenne, oder ein Filter oder ein Resonator oder ein Koppler oder ein sonstiges passives HF-Teil ist oder eine oder mehrere dieser Komponenten umfasst. Hochfrequenztechnische Funktionsstruktur, die teilweise oder vollständig mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
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