3D打印似乎是一种奇妙的通用生产方法，您可以用它来创建任何东西：只需加载模型，稍等片刻，现在它已成为现成的产品。
在某些领域，特别是在机械工程领域，这已经实现：绝大多数3D打印机都专注于使用相同类型的材料（例如，热塑性聚合物或金属）进行打印，这足以生产机械零件。
机械产品及其零件甚至可以使用便宜的个人3D打印机制造。一旦我们面临制造包含不同类型材料的产品的需求，就需要更复杂的专用设备。 处理此类产品的领域是电子产品。
3D打印如今已在电子产品中使用，尽管最近开始在电子产品中使用3D打印，但增材制造在制造单个电子部件方面比传统方法具有显着优势-已售出第一台用于打印电子部件的3D打印机在2015年。
Nano Dimension Dragonfly 2020是第一款专为增材印刷电路板制造而设计的专业级3D打印机。电子产品中3D打印的使用可以分为两个领域：
1.实际电子元件的3D打印：印刷电路板，天线等；
2.生产电子产品的外壳和其他配件。
电子元器件的3D打印
尽管将3D打印集成到电子产品生产中的事实是在最近才开始的，但相对较早的时间就对该领域进行了学术研究，这些工作的结果在许多方面都为创建用于打印电子元件的专业3D打印机奠定了基础。 该领域实验发展的历史可以追溯到1992年。
热喷涂导电图案。 对基材进行预喷砂处理，以提供对喷涂材料的更好附着力。 摘自“使用热喷涂形状沉积制造机电一体化产品”（J. Beck，F。Prinz，D。Siewiorek，LE Weiss，Proc。Solid Freeform Fabrication Symp。，1992，第272-279页）。机器人广播
2009年，美国伊利诺伊大学的研究
人员开发了基于银纳米粒子的导电油墨。 在打印时，此类墨水会从微喷嘴中挤出，并施加到聚合物基材上。 然后，当加热到150℃时，银颗粒附聚，形成连续的阵列，并且墨线变为导电的。 因此，可以通过Robocasting（直接墨水书写）方法将导体与其他电子元件连接，从而绘制导体图，这是大多数电子设备设计的基础。
（A）- 设计通过机械浇铸用导电油墨印刷的中试工厂； （B）是导电油墨中银纳米颗粒的电子显微照片。旋转浇铸法在于通过糊状材料的挤出形成逐层产品（与FDM方法相反，其中材料的熔体被挤出）。 通常，这种材料的粘度基本上取决于剪切应力：在较大的剪切应力下，粘度较小，并且材料很容易从喷嘴中挤出； 一旦剪切应力降低，粘度就会变大，因此在平台上形成的产品将继续保持其形状。 然后可以对产品进行额外的热处理，以提供更大的机械强度。
自动铸造方法的示意图：（A）-具有多个用于向打印头馈送材料的容器的3D打印机，（B，C）-产品的喷嘴和层结构，通常用于自动铸造方法。在2011年，同一组研究人员将银纳米粒子含量为72质量％的导电油墨
用于微型天线的3D打印，由于无线技术的广泛发展，其需求逐年增加。 而且，天线被印刷在半球的表面上，而不是在平坦的桌子上：这种印刷方法称为保形3D打印。 根据速度的不同，一根天线的打印时间为0.5到3小时。 为了获得最大的电导率，对于给定的墨水成分，在550°C下对印刷天线进行热处理。
在玻璃半球的外（A）和内（B）表面上印刷导电材料天线的过程； （C，D）-成品天线。还
使用类似的用导电墨水自动浇铸的方法来组织印刷电路板上的互连：使用FDM，SLS或SLA方法制造印刷电路板的底部，然后在电路板表面上形成导电图案。 用经典方法制造印刷电路板是一个漫长的过程。 如果印刷电路板的设计需要多阶段优化，则原型产品的生产时间将大大增加。 因此，用于现场快速制造印刷电路板的技术与电子开发商相关。
通过3D打印生产电子电路板的主要阶段以及带有电子元件的成品电路板，其基础是FDM的Ultem 9085。3D打印极大地简化了从电子设备的经典平面布局到
体积布局的过渡，从而可以更有效地利用体积来实现元素的密集布局。 这种安排与航空航天业最相关。
包含微处理器，加速计和LED的六角形电子骰子，它们是使用SLA（用于打印立方体阵列）和DIW（用于创建导电图案）方法创建的。SLA和自动广播制造的用于测量磁场强度的霍尔传感器。机器人铸造锂离子微型蓄能器。用于PCB制造的3D打印机
已经发现通过自动流延法生产导电图案的方法已经应用于加拿大Voltera公司的紧凑型个人打印机V-One中，该产品用于生产印刷电路板。
Voltera V-One是一种多功能设备，结合了3D打印机和CNC路由器的功能。
Voltera V-One打印机的外观。特点
- Voltera V-One打印机的主要功能：
- 外形尺寸，毫米：（长×宽×高）390×257×207
- 重量（公斤）：7
- 印刷面积，毫米：128×105
- 印刷技术：机器人广播（直接墨水书写）
- 最小轨道宽度，毫米：0.2
- PCB底材：FR4玻璃纤维
- 印刷电路板的最大厚度，mm：3
- 工作平台的最高温度，°C：240
- 焊膏成分：锡（42％）/铋（57.6％）/银（0.4％）
- 焊接模式下的电路板预热温度，°C：180-210
- 钻头的最大主轴转速，rpm：13000
- 操作系统：Windows 7，8，10（64bit），OSX 10.11+
- 档案格式：Gerber
- 连接到计算机的接口：有线USB
- 价钱：₽： 637872
在使用V-One进行PCB生产的第一阶段，将例如使用Eagle软件包创建的Gerber（* .gbr）PCB项目加载到打印机软件中。
Autodesk Eagle软件中的PCB设计。Voltera V-One的印刷准备程序中的PCB设计。然后，使用线性夹将PCB板的基座固定在打印机的加热平台上，然后，您可以继续使用包含90％银颗粒的特殊墨水来打印板的导电图案。 此类墨水的电参数适用于数字设备和以高达5 GHz的频率运行的低电流电子设备。
用高银含量的特殊油墨在印刷电路板上印刷导电图案。在打印过程中，糊状物位于可更换的注射器盒中，该注射器盒具有简单的机械驱动器，用于喂入糊状物。 一个墨盒足以打印总长度为100米，轨道宽度为0.2 mm的轨道。 将墨盒存放在冰箱中。
打印头Voltera V-One。印刷导电层后，通过导电图案将电路板向下翻转，然后将其放置在导轨上，以防止其接触平台的表面，该表面被加热以固化墨水。 在加热的影响下，导电材料从糊状转变为固态。 干燥墨水大约需要30分钟。 当平台加热装置打开时，打印机的侧灯的颜色从蓝色变为红色，以警告操作员。
V-One允许您打印包含两个导电层的双层板。 因此，打印机能够在第一导电层上施加介电材料以使其与第二导电层隔离。 在绝缘材料层干燥之后，印刷第二导电层。
在生产两层印刷电路板期间，在导电层的相交处施加绝缘材料。由于将墨盒安装在磁性支架上，因此更换墨盒以使用其他材料进行打印不需要拆卸并且非常快速。
在最后阶段，在打印机的帮助下，将焊膏涂在电子元件的安装位置。 锡膏不含铅，可以保护使用者的健康。 您不仅可以将糊状物涂在V-One上印刷的板上，而且可以涂在具有现成导电图案的板上。
在印刷导电图案后施加焊膏：A-将焊膏施加到使用V-One印刷的板上的过程； B-完全准备好安装电子元件的电路板； C-将焊膏涂在具有完成导电图案的电路板上。电子元件在印刷电路板上的放置是手动的。将电子组件放在板上后，平台会加热，并且组件会焊接到焊盘上。
如果需要制造在PCB的两面都具有导电图案的双面印刷电路板（不要与两层印刷电路板混淆），则V-One可以使用特殊的钻头在此类电路板上钻洞（孔可以为0.7、0.8、0.9， 1.0和1.6毫米）。 钻头是一个自主模块，其电源单独连接。
钻头Voltera V-One。在印刷导电图案之前，请使用Voltera V-One在PCB上钻孔。使用Voltera V-One制造的全成品电子设备V-One可用于与任何粘性化合物一起打印，这为实验提供了巨大的机会。
使用Voltera V-One在玻璃表面进行导电油墨印刷。要使用定制材料进行打印，您需要购买一套空墨盒和配件以为其加油。 您不仅可以在织物上打印，而且可以在耐200°C温度的其他材料的表面上进行打印，在此温度下，导电墨水可以在玻璃，塑料板或薄膜上固化。 标准油墨不适合打印柔性电子设备，因为它们在反复弯曲时会失去机械强度。 开发人员保证在不久的将来为这些目的引入合适的组合物。
另一种用于制造电子设备的个人3D打印机是
Voxel8 ，由美国公司Voxel8 Inc.制造。 值得注意的是Voxel8 Inc. 由伊利诺伊大学的一组研究人员创立，他们在2011年展示了使用导电油墨打印天线的能力（请参阅本评论的开头）。 在实际的商业产品中成功实施学术研究成果的生动例子。
Voxel8完全结合了传统FDM打印机和DIW打印机的功能。 Voxel8不仅专注于印刷电路板的生产，它还是一种FDM打印机，能够将电子组件的任意组件集成到产品中。
Voxel8 3D打印机的外观。特点
- 打印区域体积：150×150×100mm
- 印刷技术：FDM，自动播报（直接墨水书写）
- 层高：0.2毫米
- 印刷介质：PLA，导电油墨
- 导电油墨固化时间：5分钟
- 细丝直径，毫米：1.75
- 加热平台：是
- 轨道宽度：0.25毫米
- 软体：Autodesk Project Wire，Euclid
- 档案格式：STL
- 连接到计算机的接口：WiFi，以太网
- 价钱： ₽ ： 1,065,168
由于Voxel8是为完全三维电子设备设计的，因此由Autodesk和Voxel8共同创建的特殊3D编辑器Autodesk Project Wire用于放置电子组件并将它们连接在一起。
Project Wire允许您在没有电子组件的情况下导入未来产品的3D模型。 然后，用户在Project Wire环境中将电子组件放入产品体积中，然后程序会自动为其在模型中腾出空间。 可以从Project Wire组件数据库中选择电子组件。 放置后，通过导电轨道连接组件，可以通过移动控制点来编辑其方向和形状。
Project Wire窗口，用于在模型体积中放置和连接电子组件。带有集成三维电子电路的切片产品模型。该模型的基础是从PLA印刷的。 打印机会自动中断打印，以手动放置模型中的电子组件。 为了便于安装，可以将打印机平台和产品一起卸下。 然后恢复打印。
具有3D电子电路的直升机打印。在打印过程中安装内部电子组件。安装内部电子组件后继续打印。直升机的计算机断层扫描图像，显示设备内部电子组件的空间分布。使用Voxel8制作模型和成品电子产品。作为用于专业PCB原型制作的打印机，请考虑
Nano Dimension DragonFly 2020 Pro 。
DragonFly 2020专业版
DragonFly 2020 Pro打印机的外观。特点
- 外形尺寸，厘米：（长×宽×高）140×80×180
- 重量，公斤：500
- 印刷技术：喷墨
- 材料：导电（基于银纳米颗粒）和电介质油墨
- 打印头数量：2
- 轨道宽度mm：0.1毫米
- 相机工作空间的体积，mm：200×200×3
- 精度，毫米：0.001
- 档案格式：Gerber
- 能够印刷多层印刷电路板：是
- 作业系统：Windows，Mac OS，Linux
DragonFly 2020 Pro不仅可以打印电路板的导电图案，还可以打印其基底。 它是用介电树脂印刷的，其特性类似于FR4玻璃纤维，因此该产品可以是任何形状，并带有安装孔。 与个性化PCB打印机不同，DragonFly 2020 Pro使用喷墨技术来确保高精度制造。
在打印过程中，导电材料和绝缘材料都会被光固化。DragonFly 2020 Pro平台上的多个印刷电路板。在Switch软件包中为DragonFly 2020 Pro准备PCB生产。Nano Dimension随附打印机随附的SolidWorks插件。
使用SolidWorks插件，您可以将材料分配给产品的各个部分，将产品放置在打印机的相机内，执行切片并开始打印。使用DragonFly 2020 Pro制造的电子设备的示例。电子专业3D打印机的另一家开发商是Optomec（Optomec）。 该公司提供用于印刷电子零件的喷雾技术（Aerosol Jet）。 在使用该技术的打印机中，墨水首先进入雾化器腔，在其中分散成直径为1-5微米的颗粒悬浮液。 然后，利用载气流将该气溶胶施加到基材上。 该方法让人联想到用于印刷金属的激光沉积方法（定向能量沉积）。
天线喷印。Aerosol Jet技术可打印电阻器，电容器，天线和薄膜晶体管。 可以通过更改打印设置来控制组件的电子特性。 该技术使您可以在各种性质的表面上进行打印：塑料，陶瓷和金属。 涂布后，将油墨用光烧结。
Optomec提供了一系列采用Aerosol Jet技术的专业3D打印机。 在某些打印机型号中，此方法与多轴基材定位系统结合使用，因此电子组件几乎可以在任何表面上打印。 例如，天线可以直接印在手机外壳上。 一种这样的模型：
Optomec气溶胶喷射5X
Aerosol Jet 5X安装的外观。特点
- 工作区尺寸，mm：200×300×200；
- 雾化器数量：2（超声波和气动）；
- 定位重复性，微米：±2；
- 定位精度，μm：±10（每100 mm）
- 支持多种墨水
- UV固化模块；
- 一遍的层厚度，微米，从：0.1-6；
- 液滴尺寸，微米：1-5；
- 最小线宽，微米：10-20（取决于材料）；
- 能够打印生物材料；
- 保形3D打印（在复杂的轮廓表面上）。
具有已安装金属工件的Aerosol Jet 5X工作腔。使用
Aerosol Jet 5X 在半球表面上印刷的电子组件。使用Aerosol Jet 5X在复杂拓扑表面上印刷的天线和传感器。3D-
(, : , , .) 3D-: FDM, SLS, SLA.
, Gemecod («») 3D- Ikilock: , , , , , Polyjet. , 3D- .
Ikilock, 3D-., SLS., FDM.3D- . . Nano-racing («-») , SLS, .
Nano-racing , 3D-.FDM.
Filamentarno! Pro Aerotex :
应当注意，为了制造电子设备的外壳，期望使用具有降低的静电放电风险的材料（ESD安全）。FDM印刷的许多常见材料都有其抗静电改性：PLA，ABS，PETG；以及 ESD安全改性的工程塑料：Ultem，PPS，PVDF，PC，POM。Apium POM-C ESD的一部分，具有降低的静电释放风险。一个很好的例子是 ABS-ESD7 Stratasys。摘自ABS-ESD7 Stratasys。结论
从上面的示例可以看出，3D打印已经取得了足够的发展，不仅可以用于制造表壳和原型，还可以用于功能齐全的电子元件。本文提到的设备可用于开发和原型制作，创建原型以及用于批量商业生产。不要忘记教育用途的可能性。紧凑型个人打印机Voltera V-One . V-One , . Voltera V-One , , , .
Voxel8 — . PLA , , . Voxel8 3D-, . , , .
3D-
Nano Dimension — . Optomec : , , .
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