3D打印技术用于制造带有嵌入式电子器件的设备已经得到了发展。在早期,特殊的3D打印机将介质墨水注入到建筑的一层上,创造出电子痕迹,以制造电子部件。纳米尺寸是第一家开发这样一个系统的公司,并且它不断地发展技术。如今,它提供增材制造电子产品(Additive Manufacturing Electronics, AME)。
Nano Dimension公司的首席执行官Yoav Stern表示,3D打印电子产品的技术分为两种,一种是注入银等油墨在机身上创建电路的打印机,另一种是将导电或介电油墨打印到多层上以构建三维电子印刷电路板的最新系统。AME系统添加了更多的聚合物和更多的导电材料,一层一层地创建一个3D对象。“这不是一层电路。它有几十层,如果不是数百层,有孔,你不需要钻孔,”斯特恩说。这两种材料是介电材料和导电材料。导电材料是一种特殊的银,介电材料是一种聚合物。
进化
在过去的两年中,电子产品的3D打印技术已经发生了变化,工程师们可以从数字文件中创建最终用户的电子产品。
“这是发生的一件大事,”斯特恩说。“现在,在过去的两个月里出现了一个巨大的趋势。大企业们已经意识到,他们已经沉迷于远东地区的印刷电路板和电子产品制造。他们沉迷于中国大陆和台湾供应的低成本、高数量。他们意识到,在一次危机之后,实际上是两次危机;第一个是美国政府强迫与中国打贸易战和征收关税,第二个是冠状病毒。
“现在他们意识到,过去几年他们在远东制造电子产品赚的钱,现在可能都亏了。此外,他们如此依赖,他们没有地面制造,他们没有缓冲区。因此,行业中有一种趋势,他们意识到需要在地面上制造pcb或特殊电子产品的能力。“我们的AME系统可以在这里发挥作用。因为这个行业是数字化的,它是生态友好的,它将在他们的远东来源之间提供缓冲制造。你在内部设计,你的原型,你的制造,这一切都是一个数字产业。因此,在过去的两个月里,由于流感大流行,这一趋势加快了。另外,你可以将你的IP保持在本地。”
AME系统可以打印元件、电容器、转换器以及线圈。“客户正处于原型设计和概念验证阶段,进入早期生产阶段。我相信在未来12到18个月内,会有更多的产品进入生产阶段。”
关键设计注意事项
根据Nano Dimension的说法,加法制造电子产品的一个关键因素是AME系统的综合性。该技术与用于设计的软件相结合。斯特恩说:“当你有设计软件时,比如Mentor Graphics或SolidWorks, CAD/CAM电子、CAE、计算机辅助电子都在使用传统的设计规则。”“他们不熟悉这项技术的新功能。因此,我们开发了软件(利用硬件能力)。”
AME系统的功能包括让设计师插入一个50层电容器,该机器可以生产。“或者某种线圈。你可以使用设计规则打印自己的线圈,并利用机器制造能力的优势。”
材料的考虑
斯特恩说:“材料和工艺是AME的秘密配方。”“一切都围绕着材料。”在这个系统中使用的聚合物通常在100摄氏度以上融化。银在900摄氏度以上融化,系统将它们一起注入到建造过程中。
斯特恩继续说:“它们必须像注射的那样生活在一起,从机器中出来,熔化,铸造在一起,工作。这是真正的挑战。它不是简单的银,也不是简单的聚合物。一旦你改变了银,它就不能和聚合物一起工作了,所以你必须改变聚合物。一旦你改变了这两者,你就必须改变一个过程。”
需要考虑的因素包括过程的温度,最终产品工作的温度,以及产品必须保持的温度,以保持其特性而不改变它们。要问的问题包括,随着时间的推移聚合物和银会发生什么,当它们暴露在太阳下,紫外线热,冷,它会失去它的特性吗?这会改变特征吗?能给他们多长时间?产品的强度有多大?它能在重力作用下断裂吗?什么时候会破裂?它与传统的pcb或电子产品相比如何?
斯特恩说:“所以,一切都是围绕着这些材料。“一旦你改变材料以适应最终产品或你正在销售的垂直行业的规格,那么你就必须改变过程,你必须改变其他材料,因为它们都是相互关联的。所以,一旦你提出这个问题,你就几乎触及了三维电子制造的核心突破,包括材料的化学和物理,以及可以实时控制如此微妙过程的算法。”
协作
当客户使用Nano Dimension的AME系统时,他们发现了公司设计师不知道的功能。“我们非常兴奋,”斯特恩说。“我们有客户使用我们的机器开发出我们没有意识到机器可以做的产品。我们不知道它可以这么用!它非常有意思。
“客户们很兴奋,因为他们看到自己参与了下一代机器的开发。所以,他们正在帮助我们打破障碍,然后他们告诉我们,‘这个可以做到这个!“这非常令人兴奋。
“我们正在考虑为我们的研发和产品团队组建一个客户顾问委员会。客户很兴奋,因为他们在工作,分享信息,因为他们知道这将扩大行业。”
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