作為美國的重要戰略布局科研機構，坐落在斯坦福大學(xué)中的SLAC國家加速器實(shí)驗室專(zhuān)門(mén)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(zhuān)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。SLAC實(shí)驗室在化學(xué)、材料學(xué)、能源科學(xué)、生物科學(xué)、聚變能源科學(xué)、高能物理和宇宙學(xué)等多個(gè)前沿科學(xué)領(lǐng)域均有所貢獻。

其中，正交模耦合器（Ortho-Mode Transducer）是天線(xiàn)系統中的關(guān)鍵組件，用于分離和混合兩個(gè)相互正交的極化波，能夠將輸入信號分離成兩個(gè)正交極化方向的信號，并將它們分別傳輸到相應的接收器或發(fā)射器中。這項技術(shù)是SLAC實(shí)驗室的重點(diǎn)研究方向之一，它在衛星通信、雷達、射電望遠鏡等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用，為提升這些系統的性能和效率提供了重要的支持。

1. 發(fā)現問(wèn)題與應對挑戰

SLAC國家加速器實(shí)驗室的項目經(jīng)理Gregory Peter Le Sage開(kāi)發(fā)了一種高頻OMT。實(shí)驗初期，該團隊嘗試使用立體光刻（SLA）技術(shù)進(jìn)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(shí)，該團隊發(fā)現使用光學(xué)精度為50 μm的SLA打印設備會(huì )導致OMT出現了嚴重的性能缺陷。該OMT樣件在71 GHz處的插入損耗達到11 dB，遠超過(guò)了數控加工原型中觀(guān)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(jìn)而導致信號衰減和失真。模擬結果表明，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(jìn)

經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)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(jìn)行了專(zhuān)門(mén)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構完整性，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(diǎn)，可以制造出全新設計的OMT模型。

3. 先進(jìn)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(jìn)一步保障了OMT的高頻性能。3D打印完成后，OMT樣件進(jìn)行了電鍍處理，通過(guò)改進(jìn)了對內部表面的接觸，進(jìn)一步確保了電鍍效果。

通過(guò)本次研究，3D打印技術(shù)對高頻組件性能有著(zhù)至關(guān)重要的影響。與傳統制造工藝相比，摩方精密微納3D打印技術(shù)可以實(shí)現高精度復雜零件的加工制造，保障了OMT能夠滿(mǎn)足微波通信系統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(dòng)研究成果的應用具有重要意義，并助力微波通信系統的發(fā)展，為通信技術(shù)的未來(lái)進(jìn)步開(kāi)辟了新的路徑。