Pencetakan 3D tampaknya banyak jenis metode produksi universal yang fantastis, dengan mana Anda dapat membuat apa saja: hanya memuat model, tunggu sebentar, dan sekarang ini adalah produk yang siap digunakan.
Di beberapa daerah, khususnya di bidang teknik mesin, ini telah direalisasikan: sebagian besar printer 3D difokuskan pada pencetakan dengan jenis bahan yang sama, misalnya, polimer termoplastik atau logam, yang cukup memadai untuk produksi komponen mekanis.
Produk mekanik dan komponennya bahkan dapat diproduksi menggunakan printer 3D pribadi yang murah.Segera setelah kita dihadapkan dengan kebutuhan untuk memproduksi produk yang terdiri dari berbagai jenis bahan, kebutuhan akan peralatan khusus yang lebih canggih akan muncul. Area yang berurusan dengan produk tersebut adalah elektronik.
Pencetakan 3D sudah digunakan hari ini dalam elektronik, dan manufaktur aditif memiliki keunggulan signifikan dibandingkan metode tradisional dalam produksi komponen elektronik individu, terlepas dari kenyataan bahwa penggunaan pencetakan 3D dalam elektronik mulai sangat baru - printer 3D pertama untuk mencetak komponen elektronik dijual pada tahun 2015.
Nano Dimension Dragonfly 2020 adalah printer 3D kelas profesional pertama yang dirancang untuk pembuatan PCB tambahan.Penggunaan pencetakan 3D dalam elektronik dapat dibagi menjadi dua area:
1. Pencetakan 3D dari komponen elektronik aktual: papan sirkuit tercetak, antena, dll.
2. Produksi selungkup dan aksesori lainnya untuk elektronik.
Pencetakan 3D komponen elektronik
Terlepas dari kenyataan bahwa integrasi pencetakan 3D ke dalam produksi elektronik mulai baru-baru ini, penelitian akademis di bidang ini telah dilakukan relatif lama, dan hasil karya ini, dalam banyak hal, berfungsi sebagai dasar untuk menciptakan printer 3D profesional untuk mencetak komponen elektronik. Sejarah perkembangan eksperimental di bidang ini dapat ditelusuri kembali ke tahun 1992.
Pola konduktif penyemprotan termal. Substrat adalah pra-sandblasted untuk memberikan adhesi yang lebih baik pada bahan yang disemprotkan. Dari "Pembuatan mekatronik menggunakan deposisi bentuk semprotan termal" (J. Beck, F. Prinz, D. Siewiorek, LE Weiss, Proc. Solid Freeform Fabrication Symp., 1992, hlm. 272-279).Robocasting
Pada tahun 2009, para peneliti dari University of Illinois (AS)
mengembangkan tinta konduktif berdasarkan nanopartikel perak. Saat mencetak, tinta tersebut diekstrusi dari nosel mikro dan diterapkan ke substrat polimer. Kemudian, ketika dipanaskan hingga 150 ° C, partikel perak menggumpal, membentuk susunan kontinu, dan garis tinta menjadi konduktif. Dengan demikian, menjadi mungkin untuk membuat gambar konduktor dengan metode Robocasting (Direct Ink Writing), menggabungkannya dengan komponen elektronik lainnya, yang merupakan dasar untuk desain sebagian besar perangkat elektronik.
(A) - Desain pilot plant untuk mencetak dengan tinta konduktif dengan robocasting; (B) adalah mikrograf elektron nanopartikel perak dalam tinta konduktif.Metode robocasting terdiri dalam formasi produk lapis demi lapis dengan mengekstrusi bahan seperti pasta (berbeda dengan metode FDM, di mana leburan bahan diekstrusi). Sebagai aturan, viskositas bahan tersebut sangat tergantung pada tegangan geser: dengan tegangan geser yang signifikan, viskositasnya kecil, dan bahan tersebut mudah diekstrusi dari nosel; segera setelah tegangan geser berkurang, viskositasnya menjadi lebih besar, sehingga produk yang terbentuk pada platform terus mempertahankan bentuknya. Kemudian produk dapat dikenakan perlakuan panas tambahan, untuk memberikan kekuatan mekanik yang lebih besar.
Representasi skematis dari metode robocasting: (A) - Printer 3D dengan beberapa tangki untuk mengumpankan bahan ke print head, (B, C) - nozzle dan struktur lapisan produk, khas untuk metode robocasting.Pada tahun 2011, oleh kelompok peneliti yang sama, tinta konduktif dengan kandungan partikel nano perak 72% menurut massa
digunakan untuk pencetakan 3D antena miniatur, kebutuhan yang meningkat setiap tahun, karena perkembangan luas teknologi nirkabel. Selain itu, antena dicetak di permukaan belahan bumi, dan tidak di atas meja datar: metode pencetakan ini disebut pencetakan 3D konformal. Waktu cetak satu antena, tergantung pada kecepatan, berkisar 0,5 hingga 3 jam. Untuk mencapai konduktivitas maksimum, dengan komposisi tinta yang diberikan, antena yang dicetak dipanaskan pada 550 ° C.
Proses pencetakan antena bahan konduktif pada permukaan luar (A) dan dalam (B) belahan bumi; (C, D) - antena jadi.Metode serupa pengecoran robot dengan tinta konduktif juga
digunakan untuk mengatur interkoneksi pada papan sirkuit cetak: dasar papan sirkuit cetak dibuat menggunakan metode FDM, SLS atau SLA, dan kemudian pola konduktif listrik terbentuk pada permukaan papan. Pembuatan papan sirkuit cetak dengan metode klasik adalah proses yang panjang. Jika desain papan sirkuit tercetak memerlukan optimalisasi multi-tahap, waktu produksi produk prototipe meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, teknologi untuk pembuatan papan sirkuit cetak yang cepat di tempat relevan untuk pengembang elektronik.
Tahap utama produksi papan sirkuit elektronik dengan pencetakan 3D dan papan sirkuit jadi dengan komponen elektronik, yang dasarnya terbuat dari Ultem 9085 oleh FDM.Pencetakan 3D sangat menyederhanakan transisi dari tata letak planar klasik perangkat elektronik ke
tata letak volumetrik , yang memungkinkan penggunaan volume yang jauh lebih efisien untuk tata letak elemen yang padat. Pengaturan ini paling relevan dalam industri dirgantara.
Dadu elektronik heksagonal yang berisi mikroprosesor, akselerometer, dan LED, yang dibuat menggunakan metode SLA (untuk mencetak array kubus) dan DIW (untuk membuat pola konduktif listrik).Sensor hall untuk mengukur kekuatan medan magnet, diproduksi oleh SLA dan robocasting.Robocasting microaccumulator lithium-ion.Printer 3D untuk Pembuatan PCB
Produksi pola konduktif listrik dengan metode robocasting telah menemukan aplikasi dalam printer pribadi kompak V-One dari perusahaan Kanada Voltera, yang dimaksudkan untuk produksi papan sirkuit cetak.
Voltera V-One adalah perangkat multifungsi yang menggabungkan kemampuan printer 3D dan router CNC.
Penampilan Printer Voltera V-One.Karakteristik
- Fitur Utama dari Printer Voltera V-One:
- Dimensi keseluruhan, mm: (L × W × H) 390 × 257 × 207
- Berat, kg: 7
- Area Pencetakan, mm: 128 × 105
- Teknologi Pencetakan: Robocasting (penulisan tinta langsung)
- Lebar lintasan minimum, mm: 0,2
- Bahan dukungan PCB: FR4 fiberglass
- Ketebalan maksimum papan sirkuit cetak, mm: 3
- Suhu maksimum platform kerja, ° C: 240
- Komposisi Pasta Solder: Sn (42%) / Bi (57,6%) / Ag (0,4%)
- Suhu pemanasan papan dalam mode solder, ° C: 180-210
- Kecepatan putaran spindle maksimum dari kepala bor, rpm: 13000
- Sistem Operasi: Windows 7, 8, 10 (64bit), OSX 10.11+
- Format File: Gerber
- Antarmuka untuk menghubungkan ke komputer: USB kabel
- Harga, ₽: 637 872
Pada tahap pertama produksi PCB menggunakan V-One, proyek PCB Gerber (* .gbr), dibuat, misalnya, menggunakan paket perangkat lunak Eagle, dimasukkan ke dalam perangkat lunak printer.
Desain PCB dalam perangkat lunak Autodesk Eagle.Desain PCB dalam program persiapan cetak untuk Voltera V-One.Kemudian, dasar papan PCB dipasang pada platform printer yang dipanaskan menggunakan klem linier, setelah itu Anda dapat melanjutkan untuk mencetak pola konduktif papan dengan tinta khusus yang mengandung 90% partikel perak. Parameter listrik dari tinta tersebut cocok untuk perangkat digital dan elektronik arus rendah yang beroperasi pada frekuensi hingga 5 GHz.
Cetak pola konduktif pada papan sirkuit cetak dengan tinta khusus dengan konten perak tinggi.Selama pencetakan, pasta berada dalam kartrid jarum suntik yang dapat diganti dengan penggerak mekanis sederhana untuk mengumpankan pasta. Satu kartrid cukup untuk mencetak trek dengan panjang total 100 meter, dengan lebar trek 0,2 mm. Simpan kartrid tinta di dalam kulkas.
Print head Voltera V-One.Setelah lapisan konduktif dicetak, papan ditolak oleh pola konduktif dan ditempatkan pada rel untuk mencegahnya menyentuh permukaan platform, yang dipanaskan untuk menyembuhkan tinta. Di bawah pengaruh pemanasan, bahan konduktif beralih dari pucat ke keadaan padat. Pengeringan tinta membutuhkan waktu sekitar 30 menit. Saat pemanasan platform dihidupkan, lampu samping printer berubah warna dari biru menjadi merah, untuk memperingatkan operator.
V-One memungkinkan Anda mencetak papan dua lapis yang berisi dua lapisan konduktif. Oleh karena itu, printer mampu menerapkan bahan dielektrik pada lapisan konduktif pertama untuk mengisolasinya dari lapisan konduktif kedua. Lapisan konduktif kedua dicetak setelah lapisan bahan isolasi dikeringkan.
Penerapan bahan isolasi di persimpangan lapisan konduktif selama produksi papan sirkuit cetak dua lapis.Mengganti kartrid untuk pencetakan dengan bahan lain tidak perlu dibongkar dan sangat cepat, karena kartrid terpasang pada dudukan magnet.
Pada tahap akhir, dengan bantuan printer, pasta solder diterapkan di tempat pemasangan komponen elektronik. Tempel tidak mengandung timbal, yang melindungi kesehatan pengguna. Anda dapat menerapkan pasta tidak hanya pada papan yang dicetak pada V-One, tetapi juga pada papan dengan pola konduktif yang sudah jadi.
Menerapkan pasta solder setelah mencetak pola konduktif: A - proses penerapan pasta solder ke papan yang dicetak menggunakan V-One; B - papan yang benar-benar siap untuk pemasangan komponen elektronik; C - menerapkan pasta solder ke papan dengan pola konduktif selesai.Penempatan komponen elektronik pada papan sirkuit tercetak bersifat manual.Setelah menempatkan komponen elektronik di papan, platform memanas dan komponen disolder ke bantalan.
Jika perlu untuk membuat papan sirkuit tercetak dua sisi dengan pola konduktif pada kedua sisi PCB (jangan dikelirukan dengan dua lapisan satu), maka V-One menyediakan kemampuan untuk mengebor lubang pada papan sirkuit semacam itu dengan menggunakan kepala bor khusus (lubang dapat 0,7, 0,8, 0,9, 1.0 dan 1.6 mm). Kepala bor adalah modul otonom, yang kekuatannya terhubung secara terpisah.
Kepala pengeboran Voltera V-One.Pengeboran lubang di PCB menggunakan Voltera V-One, sebelum mencetak pola konduktif.Perangkat elektronik yang selesai dibuat dengan Voltera V-OneV-One dapat digunakan untuk mencetak dengan senyawa kental, yang membuka peluang besar untuk eksperimen.
Pencetakan tinta konduktif pada permukaan kaca dengan Voltera V-One.Untuk mencetak dengan bahan khusus, Anda perlu membeli satu set kartrid kosong dan aksesori untuk mengisi bahan bakar. Anda dapat mencetak tidak hanya pada textolite, tetapi juga pada permukaan bahan lain yang tahan terhadap suhu 200 ° C, di mana tinta konduktif menyembuhkan pada gelas, pelat plastik atau film. Tinta standar tidak cocok untuk mencetak perangkat elektronik yang fleksibel, karena mereka kehilangan kekuatan mekaniknya setelah dibengkokkan berulang kali. Pengembang berjanji dalam waktu dekat untuk memperkenalkan komposisi yang sesuai untuk tujuan ini.
Printer 3D pribadi lain untuk pembuatan perangkat elektronik adalah
Voxel8 , yang diproduksi oleh perusahaan Amerika Voxel8 Inc. Perlu dicatat bahwa Voxel8 Inc. didirikan oleh tim peneliti dari University of Illinois yang pada tahun 2011 menunjukkan kemampuan untuk mencetak antena dengan tinta konduktif (lihat awal ulasan ini). Contoh nyata dari keberhasilan implementasi hasil penelitian akademis dalam produk komersial praktis.
Voxel8 sepenuhnya menggabungkan fungsi printer FDM klasik dan printer DIW. Voxel8 tidak berfokus pada produksi papan sirkuit cetak saja, ini adalah printer FDM dengan kemampuan untuk mengintegrasikan komponen komponen elektronik yang berubah-ubah ke dalam produk.
Penampilan Voxel8 3D Printer.Karakteristik
- Volume area pencetakan: 150 × 150 × 100 mm
- Teknologi Pencetakan: FDM, Robocasting (penulisan tinta langsung)
- Tinggi Lapisan: 0.2mm
- Media cetak: PLA, tinta konduktif
- Waktu penyembuhan tinta konduktif: 5 menit
- Diameter filamen, mm: 1,75
- Platform berpemanas: ya
- Lebar Trek: 0,25 mm
- Perangkat Lunak: Autodesk Project Wire, Euclid
- Format File: STL
- Antarmuka untuk menghubungkan ke komputer: WiFi, Ethernet
- Harga, ₽: 1,065,168
Karena Voxel8 dirancang untuk perangkat elektronik tiga dimensi sepenuhnya, editor 3D khusus Autodesk Project Wire, dibuat bersama oleh Autodesk dan Voxel8, digunakan untuk menempatkan komponen elektronik dan menyatukannya.
Project Wire memungkinkan Anda mengimpor model 3D produk masa depan tanpa komponen elektronik. Kemudian pengguna, dalam lingkungan Project Wire, menempatkan komponen elektronik dalam volume produk, dan program secara otomatis membebaskan tempat bagi mereka dalam model. Komponen elektronik dapat dipilih dari basis data komponen Project Wire. Setelah penempatan, komponen dihubungkan oleh trek konduktif, arah dan bentuknya dapat diedit dengan memindahkan titik kontrol.
Jendela Project Wire untuk menempatkan dan menghubungkan komponen elektronik dalam volume model.Mengiris model produk dengan sirkuit elektronik tiga dimensi terintegrasi.Basis model dicetak dari PLA. Printer secara otomatis menyela pencetakan untuk penempatan manual komponen elektronik dalam model. Untuk kemudahan instalasi, platform printer, bersama-sama dengan produk, dapat dilepas. Kemudian, cetak resume.
Pencetakan quadrocopter dengan sirkuit elektronik 3D.Pemasangan komponen elektronik internal selama pencetakan.Pencetakan berlanjut setelah memasang komponen elektronik internal.Gambar tomografi terkomputasi dari quadrocopter menunjukkan distribusi spasial komponen elektronik di dalam perangkat.Model dan produk elektronik jadi dibuat menggunakan Voxel8.Sebagai printer untuk prototipe PCB profesional, pertimbangkan
Nano Dimension DragonFly 2020 Pro .
DragonFly 2020 Pro
Penampilan printer DragonFly 2020 Pro.Karakteristik
- Dimensi keseluruhan, cm: (L × W × H) 140 × 80 × 180
- Berat, kg: 500
- Teknologi Pencetakan: Inkjet
- Bahan: konduktif (berdasarkan nanopartikel perak) dan tinta dielektrik
- Jumlah Printhead: 2
- Lebar Trek mm: 0,1 mm
- Volume ruang kerja kamera, mm: 200 × 200 × 3
- Akurasi, mm: 0,001
- Format File: Gerber
- Kemampuan untuk mencetak papan sirkuit tercetak multilayer: ya
- Sistem Operasi: Windows, Mac OS, Linux
DragonFly 2020 Pro mencetak tidak hanya pola konduktif papan, tetapi juga alasnya. Ini dicetak dari resin dielektrik, sifatnya mirip dengan fiberglass FR4, sehingga produk dapat berbentuk apa saja dan mengandung lubang pemasangan. Tidak seperti printer PCB yang dipersonalisasi, DragonFly 2020 Pro menggunakan teknologi inkjet untuk memastikan manufaktur presisi tinggi.
Bahan konduktif dan insulasi disembuhkan dengan cahaya selama pencetakan.Beberapa papan sirkuit tercetak pada platform DragonFly 2020 Pro.Mempersiapkan produksi PCB untuk DragonFly 2020 Pro dilakukan dalam paket perangkat lunak Switch.Nano Dimension mengirimkan plug-in SolidWorks dengan printer.
Plugin untuk SolidWorks memungkinkan Anda untuk menetapkan bahan ke berbagai bagian produk, menempatkan produk di dalam kamera printer, melakukan pemotongan dan mulai mencetak.Contoh perangkat elektronik yang dibuat dengan DragonFly 2020 Pro.Pengembang lain dari printer 3D profesional untuk elektronik adalah Optomec (Optomec). Perusahaan ini menawarkan teknologi semprot aerosol (Aerosol Jet) untuk mencetak komponen elektronik. Dalam printer yang menggunakan teknologi ini, tinta pertama kali memasuki ruang alat penyemprot, di mana ia menyebar menjadi suspensi partikel dengan diameter 1-5 mikron. Kemudian, dengan aliran gas pembawa, aerosol ini diterapkan ke substrat. Metode ini mengingatkan pada metode pengendapan laser (Directed Energy Deposition) yang digunakan untuk mencetak logam.
Pencetakan semprotan antena.Teknologi Aerosol Jet mencetak resistor, kapasitor, antena, dan transistor film tipis. Karakteristik elektronik komponen dapat dikontrol dengan mengubah pengaturan cetak. Teknologi ini memungkinkan Anda mencetak pada permukaan berbagai jenis: plastik, keramik, dan logam. Setelah aplikasi, tinta disinter dengan cahaya.
Optomec menawarkan berbagai printer 3D profesional yang menggabungkan teknologi Aerosol Jet. Pada beberapa model printer, metode ini dikombinasikan dengan sistem pemosisian substrat multi-sumbu, sehingga komponen elektronik dapat dicetak di hampir semua permukaan. Misalnya, antena dapat dicetak langsung ke case ponsel. Salah satu model tersebut:
Optomec Aerosol Jet 5X
Penampilan instalasi Aerosol Jet 5X.Karakteristik
- Dimensi area kerja, mm: 200 × 300 × 200;
- : 2 ( );
- , : ± 2;
- , : ± 10 ( 100 )
- ;
- ;
- , , : 0,1 — 6;
- , : 1-5;
- , : 10-20 ( );
- ;
- 3D- ( ).
Aerosol Jet 5X .,
Aerosol Jet 5X., Aerosol Jet 5X .Pencetakan rumah dan perkakas 3D untuk perangkat elektronik
Untuk produksi kasing dan peralatan mekanis (misalnya, bagian dari unit penggerak: pemandu, roda gigi, katrol, dll.) Untuk perangkat elektronik, metode pencetakan 3D klasik digunakan: FDM, SLS, SLA.Misalnya, Gemecod (Gemcode) menggunakan pencetakan 3D untuk membuat komponen mekanis untuk kunci pintu elektronik Ikilock: bagian besar yang tidak memerlukan kualitas permukaan tinggi terbuat dari poliamida, bagian kecil dengan kekasaran permukaan rendah dibuat menggunakan teknologi Polyjet. Menurut pengembang, penggunaan pencetakan 3D telah mempercepat optimasi desain produk beberapa kali.Bagian mekanis dari kunci elektronik Ikilock, dibuat dengan mencetak 3D.Penutup perangkat elektronik yang diproduksi oleh SLS.Penutup perangkat elektronik FDM.Arah yang menarik adalah penggunaan pencetakan 3D untuk pembuatan badan pesawat udara tak berawak. Bahan untuk ini harus ringan dan tahan lama. Nano-racing (Nano-racing) menggunakan pesawat buatan SLS untuk drone-nya.Drone balap nano dengan badan cetak 3D.Mencetak pesawat drone juga dapat diimplementasikan menggunakan metode FDM. Pilihan yang baik untuk tujuan ini adalah Filamentarno! Aerotex Pro :Perlu dicatat bahwa untuk pembuatan selungkup perangkat elektronik, diinginkan untuk menggunakan bahan yang mengurangi risiko pelepasan muatan listrik statis (ESD-Safe). Banyak bahan umum untuk pencetakan FDM memiliki modifikasi antistatis : PLA, ABS, PETG; ESD-Modifikasi yang aman dari plastik rekayasa: Ultem, PPS, PVDF, PC, POM.Bagian dari Apium POM-C ESD dengan pengurangan risiko pelepasan muatan listrik statis.Contoh yang baik adalah Stratasys ABS-ESD7 .Bagian dari Stratasys ABS-ESD7 .Kesimpulan
Seperti yang dapat kita lihat dari contoh di atas, pencetakan 3D telah mencapai pengembangan yang cukup untuk digunakan tidak hanya dalam pembuatan casing dan prototipe, tetapi juga dalam komponen elektronik berfitur lengkap. Perangkat yang disebutkan dalam artikel dapat digunakan baik dalam pengembangan dan pembuatan prototipe, untuk membuat prototipe, dan untuk produksi komersial serial. Jangan lupa tentang kemungkinan penggunaan pendidikan.Printer pribadi ringkas Voltera V-Oneadalah solusi yang sangat baik untuk pembuatan prototipe cepat papan sirkuit cetak sederhana dan pengoptimalannya. V-One mengikuti paradigma planar klasik dan akan berguna untuk perusahaan apa pun yang terlibat dalam desain atau perbaikan elektronik. Voltera V-One memiliki potensi besar untuk digunakan di sekolah dan universitas teknis, karena memungkinkan Anda untuk dengan cepat membuat papan prototipe dan, dengan demikian, dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam proses pendidikan.Voxel8- Solusi untuk membuat produk elektronik secara bersamaan dengan perumahan dan struktur pendukung. Penggunaan PLA dapat membatasi penggunaan printer ini dalam sejumlah tugas di mana pengoperasian elektronik dikaitkan dengan pembuangan panas yang nyata, karena plastik ini tidak tahan panas. Voxel8 dapat menjadi pilihan yang menarik bagi penggemar pencetakan 3D, pembuat dan lembaga pendidikan. Tetapi harganya, yang lebih sesuai untuk peralatan profesional, membuatnya lebih cocok untuk pengembang untuk membuat prototipe produk secara fungsional. Nano DimensionProfessional 3D Printer Specialization- produksi prototipe papan sirkuit cetak dengan kompleksitas apa pun. Aplikasi Optomec tidak terbatas pada prototipe papan sirkuit cetak: dukungan untuk berbagai macam tinta dan bahan substrat untuk pencetakan, kemampuan untuk mencetak pada permukaan yang kompleks dan desain modular membuat sistem ini solusi universal yang fleksibel untuk pengembangan, pembuatan prototipe dan produksi elektronik.Anda akan dapat memilih printer 3D untuk mencetak elektronik di Top 3D Shop .Ingin lebih banyak berita menarik dari dunia teknologi 3D?
Berlangganan kami di sosial. jaringan:
