Fabricação de antenas helicoidais por manufatura aditiva de polímeros com metalização por tinta condutiva

Abstract

Este trabalho avalia experimentalmente a viabilidade da fabricação de antenas helicoidais com ângulo de pitch não uniforme por meio da manufatura aditiva de impressão 3D em FDM (Modelagem por Deposição Fundida), utilizando o polímero ácido polilático (PLA), e a posterior metalização de suas superfícies por aplicação de tinta condutiva à base de flocos de cobre revestidos com prata. O método proposto busca representar uma alternativa de maior acessibilidade e menor custo em comparação a processos de manufatura de nível industrial de elevada precisão dimensional e alto custo associado, como a manufatura aditiva metálica, para a produção desse tipo de antena helicoidal de geometria complexa não uniforme. A metodologia adotada envolveu a reprodução física de três modelos de antenas helicoidais originados do trabalho de referência, a otimização dos parâmetros de impressão 3D por meio de sucessivas iterações até que se obtivessem amostras com integridade estrutural satisfatória, a aplicação manual da tinta condutiva e a caracterização eletromagnética das amostras por meio de medições da magnitude do coeficiente de reflexão. Os resultados foram comparados às respostas da simulação e às curvas obtidas para antenas produzidas por técnicas de maior precisão dimensional, que incluem sinterização seletiva a laser e manufatura aditiva metálica. As amostras produzidas neste trabalho alcançaram resultados satisfatórios de impressão e construção, além de curvas da magnitude do coeficiente de reflexão próximas às das antenas metálicas de referência, embora levemente inferiores devido às limitações intrínsecas do método FDM e da aplicação manual da tinta. Os resultados evidenciam que o método proposto constitui uma alternativa viável, de maior disponibilidade, de baixo custo e compatível com prototipagem, fabricação e estudo experimental de antenas que apresentam geometrias complexas, sendo especialmente útil em ambientes acadêmicos, didáticos e de pesquisa.

This work experimentally evaluates the feasibility of fabricating helical antennas with non-uniform pitch angle through additive manufacturing using Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printing with polylactic acid (PLA) polymer, followed by surface metallization by applying a conductive paint composed of silver-coated copper flakes. The proposed method aims to represent an alternative with greater accessibility and lower cost compared to industrial-grade manufacturing processes that offer high dimensional precision but are associated with high costs, such as metal additive manufacturing, for the production of this type of helical antenna with non-uniform complex geometry. The methodology adopted involved the physical reproduction of three helical antenna models originating from the reference work, the optimization of 3D printing parameters through successive iterations until samples with satisfactory structural integrity were obtained, the manual application of the conductive paint, and the electromagnetic characterization of the samples through measurements of the magnitude of the reflection coefficient. The results were compared with the simulated responses and with the curves obtained for antennas produced by higher-precision manufacturing techniques, including selective laser sintering and metal additive manufacturing. The samples produced in this work achieved satisfactory printing and construction results, as well as curves of the magnitude of the reflection coefficient close to those of the metallic reference antennas, although slightly inferior due to intrinsic limitations of the FDM method and the manual paint application. The results demonstrate that the proposed method constitutes a viable, widely accessible, and low-cost alternative compatible with the prototyping, fabrication, and experimental study of antennas with complex geometries, being particularly useful in academic, educational, and research environments.