Может ли 3D-печать нарушить работу электронной промышленности?
Перемещение производства печатной платы внутрь компании может сэкономить более 60% времени на прототипирование, что позволит производить более качественные продукты и значительно сократить цепочку поставок.
Все больше компаний и университетов интегрируют 3D-печать с электронным дизайном. Нетрадиционный процесс пришел из аэрокосмической промышленности и перешел к автомобильной и медицинской отрасли. По словам Ernst&Young, электроника может быть следующей, кто извлечет выгоду из 3D-печати. Сегодня многие говорят, что мы никогда не будем использовать 3D-печатные телефоны и другие сложные, многофазные продукты. Тем не менее, когда многие компании настаивают на разработке волшебного всеохватывающего принтера, увидим ли мы, что электроника изготавливается с помощью 3D-печати?
Скорее всего, нет, но интересно то, что мы уже задумываемся о 3D-печати сложной схемы с несколькими материалами, которые когда-нибудь смогут создать полностью трехмерное электронное устройство. В то же время трехмерная печать врядли сможет быть такой, чтобы изготавливать электронные устройства, но на данный момент дизайнеры печатных плат могут сократить время их прототипирования. Фактически, в исследовании, проведенном Ernst & Young, технология 3D-печати помогла снизить время прототипирования в среднем на 63%.
Voxel8 планирует продать свой текущий принтер (на фото) для исследований. Тем не менее, в течение следующих нескольких лет, этот принтер будет предоставлять информацию, необходимую для перепроектирования других промышленных применений.
PCB прототипирование НОВОЕ VS. СТАРОЕ
Проблемы, связанные с традиционными методами прототипирования PCB, включают в себя тот факт, что для доставки печатных плат могут потребоваться несколько недель. Иногда их заказывают из других стран, потому что это более рентабельно. По сути, большинство печатных плат в мире производятся в Восточной Азии - в 2012 году Китай поставлял около 40% рынка печатных плат, сообщает Prismark Partners LLC.
Тестирование - еще одна проблема прототипирования. Для прототипирования печатных плат часто требуется всего одна из нескольких плат для тестирования. Однако многие производители печатных плат требуют какое-то количество минимального заказа, которое как правило превышает реально необходимое количество для тестов.
Обе проблемы описаные выше, могут быть решены с помощью 3D печати.
Nano Dimension находится на рубеже этой технологии и только что успешно завершил свою бета-версию Dragonfly2020 Pro. Это более надежный вариант уже имеющегося рабочего стола DragonFly2020. Dragonfly Pro в настоящее время движется в сторону начала коммерческих продаж.
Одним из первых обладателей Dragonfly 2020 от Nano Dimension является PHYTEC. «Мы проводим аутсорсинг проектов печатных плат. Простые и средней сложности платы могут иметь время изготовления 8 рабочих дней. А для наших более сложных конструкций вполне реально время выполнения до 50 дней», - говорит технический директор PHYTEC Бодо Хубер. «Существуют так-же разовые платежи за подготовку производства в сумме от $ 200 до $ 600 долларов, которые так-же могут быть удвоены с экспресс-тарифами».
Nano Dimension Dragonfly 2020 способен печатать передовые многослойные печатные платы на нескольких подложках, что означает, что вы можете получить жесткие или гибкие схемы.
«Типичные прототипы выходят в 10-15 раз быстрее, чем аутсорсинг. Кроме того, мы улучшаем качество продукта, потому что у нас есть возможность быстрой проверки разработки, что позволяет нам чаще проводить редизайн. Часто требуется от четырех до пяти итераций для нового аппаратного дизайна, и часто у вас всего две-три недели за итерацию».
Вы должны ходить по острию ножа, когда время выполнения составляет от одной до шести недель, а ваше расписание между итерациями - от двух до трех недель. Хубер также упомянул, что он считает, что 3D-печать печатных плат конечного использования в небольшом объеме может быть так-же возможна по мере созревания технологии.
Цепочка Поставок
Западные компании обращают внимание на 3D-печать, поскольку она созревает, как способ улучшить прототипирование печатных плат. Трехмерная печать может привести к значительному сокращению материалов, рабочей силы, инвентаря, распределения и т. д. Он также имеет потенциал для упрощения или полного устранения других услуг, таких как услуги складирования и послепродажного обслуживания. В конечном счете, усиленное внедрение технологии нарушит цепочку поставок электроники. Инвесторы, несомненно, будут следить за этим процессом, особенно когда затраты на прототипирование начинут снижаться и, следовательно, снизится стоимость встроенных устройств.
Трехмерная печатная схема будет популярной технологией. Схемы с батареями и всем необходимым могут быть напечатаны на самоклеящихся пленках, которые так-же могут быть напечатаны, очищены и нанесены непосредственно на подложку. Подложка и соединительные пути на этой схеме печатаются в трехмерном формате. Электронные компоненты собираются и монтируются одной машиной от BotFactory.
В техническом документе, подготовленном tti и TE, описывается, как трехмерная печать может изменить электронную цепочку поставок: «Цепочка поставок сокращена и упрощена, поскольку исходные материалы заменяются полуфабрикатами. Затраты на закупку могут быть снижены по мере того, как затраты на рабочую силу вычитаются из производственных затрат».
Трехмерная печать уже нарушает многие другие технологии и цепочки поставок. В производстве она может устранить необходимость в инструментах и пресс-формах или распечатать их быстрее, чем традиционные процессы изготовления. 3D-печать также расширяет возможности подстройки или персонализации. Печать нескольких деталей в виде одной детали исключает затраты на сборку и время сборки. Консолидация также упрощается при 3D-печати: производственные этапы осаждения пленки, литографии и травления могут быть объединены в один шаг.
По мере развития технологий мы видим тенденции сокращения рабочей силы и сокращения производства. Как было сказано выше, это уменьшает количество шагов от производителя до клиента. Важно отметить, что эта технология упоминалась только как метод прототипирования. По мере того как 3D-печать созревает, малое производство может очень хорошо вписаться в картину.
Традиционные процессы все еще будет работать в обозримом будущем. Однако ранние пользователи технологии 3D-печати будут иметь конкурентное преимущество. По мере продвижения этой технологии она начнет нарушать, но все таки не полностью заменять традиционные процессы.
Будущие возможности
Ранние пользователи, обращая внимание на эти достижения, поймут, как лучше всего использовать эту технологию. В то время как новые разработки для чернил и паст быстро разрабатываются для расширения рынков печатных плат и датчиков, нити, безусловно, не остаются позади.
Иллюстрация того, как трехмерные печатные ячейки метаматериала могут быть объединены, как блоки Lego, для создания структур, которые изгибают или фокусируют микроволновое излучение сильнее, чем любой материал, найденный в природе. Требуется около 20 минут для трехмерной печати одной ячейки с метаматериалом с использованием электролитической нити и относительно недорогого 3D-принтера. Объединив ряд этих ячеек, каждый из которых способен взаимодействовать с электромагнитной волной определенным образом, исследователи могут создать структуру, которая может сильно манипулировать микроволновым излучением.
В последнее время школа инженеров Pratt в Университете Дьюка опубликовала «3-D Printers Open New Design Space для беспроводных устройств». В докладе подробно описывается, как школа смогла напечатать электромагнитный метаматериал с использованием электропроводящего материала, который можно печатать на стандартной плавке - Filamentfabrication (FFF). Такой подход сэкономил бы много денег по сравнению с использованием металлического принтера, с нанесением порошкообразного слоя, что стоило бы сотни тысяч долларов.
Нити не такие проводящие, как чернила. Тем не менее Бенджамин Уили, доцент кафедры химии Университета Дьюка и Шенгринг Е., докторант-исследователь группы Wiley, создали материал для 3D-печати, который в 100 раз более проводящий, чем предыдущая проводящая нить Black Magic 3D. Black Magic 3D имеет объемное сопротивление 0,6 Ом-см. Новый материал Electrifi Conductive 3D показывает 0,006 Ом-см. Electrifi Filament - это запатентованный металл-полимерный композит, состоящий в основном из биодеградируемого полиэфира и меди.
Это может показаться не большим шагом, так как удельное сопротивление меди составляет 1,68 × 10-5 Ом см. Тем не менее Стив Куммер, профессор электротехники и вычислительной техники в Duke, считает, что материал может быть достаточно проводящим, чтобы создать 3D-печатный электромагнитный метаматериал (синтетический композит из материалов, который не встречается в природе). После тестирования 3D-печатный материал взаимодействовал с электромагнитными волнами в 14 раз лучше, чем его двумерная копия.
Компании, способные внедрять и разрабатывать креативные решения, с использованием этой технологии, будут расширять не только возможности 3D-печати, но и возможности своих электронных изделий, в несколько раз увеличив свою продуктивность. Со временем 3D-печать электроники может пойти по тому же пути, что мы уже видели в автомобильной и аэрокосмической промышленности. По мере того, как новые инженеры проходят через современную систему обучения и изучают эту технологию, мы будем наблюдать рост популярности 3Д-печати.