2026年6月15日，总部位于马萨诸塞州的3D打印机制造商Inkbit公司发布了采用增材制造（AM）技术生产的梯度折射率（GRIN）透镜，专为射频（RF）和毫米波（mmWave）系统设计，并与特拉华大学（UD）合作开发。这些组件在2026年6月7日至12日举行的IEEE国际微波理论与技术研讨会（IMS）上展出。
这一成果发布标志着高频电磁元件的制造方式发生了变化：以前需要组装多个介电部件的透镜现在可以打印成单个渐变结构，尺寸和频率是早期增材制造方法无法达到的。相关研究成果以“利用视觉控制材料喷射技术制造和分析电尺寸较大的伦伯透镜/ Fabrication and
analysis of electrically large Luneburg lensesusing vision-controlled
material jetting”为题，发表在SPIE期刊《光学工程》上。
△伦伯透镜。图片来自 Inkbit。
GRIN镜片的制造瓶颈
诸如伦伯透镜之类的器件依赖于元件内部连续变化的介电常数梯度。传统的生产方法通过堆叠离散的同心介质壳来近似实现这种梯度，但这种方法会引入信号损耗，限制介电常数调节的精度，并且难以规模化。增材制造技术为解决几何难题提供了一条途径，但早期的尝试也存在自身的不足。打印透镜通常尺寸较小，或者只能在窄带宽范围内工作，无法满足高频工业应用的需求。
常见的晶胞几何形状包括：(a) 连通立方体；( b ) 空间填充曲线； (c) 螺旋体；以及 (d) 金刚石晶格
将视觉控制硬件与低损耗树脂结合使用
Inkbit 的方案是将视觉控制喷射(VCJ) 平台与专为射频应用而开发的材料相结合。VCJ 依靠实时计算机视觉来监控和校正打印过程中的材料沉积，从而能够生产出具有严格几何公差的亚波长晶格结构。这些透镜采用专为介电性能而设计的环烯烃热固性 (COT) 树脂打印而成。据 Inkbit 公司称，COT 在100 GHz 频率下的损耗角正切为 0.0018，该公司表示这是增材制造树脂中介电损耗最低的，同时还具有稳定的热机械性能。这种组合使得梯度晶格结构能够以最小的衰减引导电磁波。
100毫米卢内堡镜头的性能
与特拉华大学的合作研发出一款直径100毫米的伦伯格透镜，并在Ka、U和W波段进行了测试，工作频率最高可达100 GHz。透镜的孔径超过30个波长，实际增益超过34 dBi。作为无源波束成形器件，GRIN透镜无需外部电源即可工作，且重量轻，因此在功率预算或质量受限的应用中，可作为有源天线阵列的替代方案。其几何结构支持高方向性、宽角度覆盖和低旁瓣干扰。
△采用视觉控制喷射成型（VCJ）技术制造的 Luneburg 透镜。图片来自 Inkbit。
目标应用和可用性
这项技术旨在服务于向毫米波频段过渡的行业，包括电信、航空航天和国防。Inkbit 公司提出的潜在应用场景包括自主无人机通信、战场网络、卫星地面站和相控阵雷达。此外，这些透镜的数据吞吐量也使其成为人工智能 (AI) 数据中心、汽车雷达和工业传感阵列互连的理想选择。Inkbit 目前正与工业合作伙伴开展定制项目，并在网站上列出了标准评估镜头进行销售，使工程团队能够在自己的射频工作流程中测试组件。
△在 Ka、U 和 W 波段均测得实际增益，表明具有宽带工作能力和高达 100 GHz 的高方向性。图片来自 Inkbit
从组装外壳到单个打印结构
Inkbit 的核心策略在于将原本需要多部件组装的问题简化为单个打印作业。由堆叠介质壳构成的Luneburg
透镜在每个界面都会产生损耗和公差误差，而人工成本也推高了单位成本。将整个介电常数梯度打印成一个连续的晶格可以完全消除这些界面——但要在孔径大于
30 个波长、频率高达 100 GHz
的情况下实现这一点，需要极高的几何精度和介质纯度，而早期的增材制造平台无法同时满足这些要求。Inkbit 认为，VCJ 的闭环精度和COT
树脂的结合能够同时满足这两个要求。
透镜制造领域此前的研究成果表明了这些瓶颈所在。2021年，总部位于波士顿的Fortify公司与材料制造商Rogers
Corporation合作，利用数字光处理（DLP）技术，在一块材料上打印出Luneburg型梯度折射率（GRIN）透镜。由此得到的Radix介质损耗角正切值为0.0043，是Inkbit公司报告的COT值的两倍多，而且所展示的透镜尺寸更小，通常用于Ku波段和Ka波段。
特拉华大学早期的研究也遵循了同样的轨迹。2020年，该校研究人员与美国陆军合作，利用熔融沉积成型技术打印出用于Ka波段的单片式5G组件——伦伯格透镜。最近，加州大学领导的一个团队打印出了19GHz天线，重量减轻了90%以上——这证实了单片式设计的应用，但其频率远低于目前所宣称的频率。
每一项尝试都验证了这一概念的一部分。最终成果使 Inkbit 跻身迄今为止报道的商用增材制造 Luneburg 透镜平台中性能最强大的行列。
来源：南极熊
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