快速成型产业的发展开创了PCB工程的新时代

10月3日

3D打印机制造电子零件

电子工程的下一个量子飞跃正在地平线上，并且已经彻底改变了电子原型工业。3D打印机的最新发展能够在一个小时内生产印刷电路板，即使印刷电路板(pcb)有多层和许多互连。

3D打印机被归类为“增材制造”，即通过从CAD文件中逐层连接材料来构建部件的过程。传统的PCB制造采用“减法制造”，即从材料中切割和减法，例如高精度钻孔和化学蚀刻。

最后，快速成型行业的发展为海外和非现场制造pcb原型带来了可行的替代方案。原始设备制造商(oem)现在有办法收回对其原型制造的控制权，并通过将其重新置于公司监督之下来保护其知识产权。开云体育官方登录

海外原型机制造的巨大缺点已成为令人望而却步的障碍。漫长的周转时间、巨大的资本投资、超出设计师需求的昂贵最低订单要求、不同的时区、如果存在组装问题，产品上市会延迟，以及最近的关税战争。快速成型行业的增长满足了原始设备制造商将海外成本转化为对未来技术投资的需求，以保持竞争力。

3D打印是如何工作的?

3D打印，或增材制造，是一种从数字文件制作三维固体物体的过程。3D打印物体的创建是通过铺设连续的材料层来实现的。对象开始时为计算机辅助设计(CAD)文件．在可以打印物体之前，它的CAD文件必须转换为3D打印机可以理解的格式，通常是。stl格式(“立体平版印刷”的首字母缩写)，这是3D系统最初创建的文件格式。该文件格式用于快速原型制作、3D打印和计算机辅助制造。

相比之下，目前在PCB制造中建立的制造工艺是减法-它们涉及到的使用还原性化学品，蚀刻激光器或者机械铣床和钻头。这些方法既浪费又有操作人员因暴露于危险化学品、气体和吸入微小颗粒而受伤的风险。增材制造是制造科学与数字化制造的融合。

经过20年的发展，许多类型的3D打印机已经被开发出来。3D打印机有共同的特点，如:

地层速度快
能够处理各种材料
CAD软件控制
小得像桌面设备
制造成本低，价格低
绿色、无污染、无噪音制造。

制造金属部件的机器

利用3D打印可能有很高的初始成本价值，但节省了大量的时间和原型。

快速原型工业的发展如何彻底改变PCB制造?

3D打印机现在能够打印“刚性-柔性”电子元件——在单个元件中包含刚性和柔性部件。这种双重功能允许在设计中需要机械强度的地方具有刚性，在需要弯曲的地方具有灵活性。

现在3D打印天线、阵列和射频标识符是可能的。这是用导电纳米粒子银和介电油墨完成的。这种3D打印创新使天线能够在更多样化的产品和潜在位置发挥作用。

3D打印机的另一个进步是打印电磁铁或微型特斯拉设备的能力。电磁铁是天线、触摸传感器和发电机的关键部件，其多功能性使其适用于广泛的设备。3D打印可以显著提高电磁铁线圈的分辨率。

在众多生产3D打印机的公司中领先的是成立于2012年的Nano Dimension公司。他们的打印机的工作原理是首先沉积介电绝缘材料，然后在电路中沉积银基纳米墨水(传统设计需要铜电路)。Nano Dimension公司于2016年推出的“蜻蜓2020”，可以在多层板上打印高清痕迹，符合导电性、强度、热稳定性和介电性能的行业性能标准。PCB层数的唯一限制是机器z轴的高度。“蜻蜓”是目前市场上唯一可以同时打印电介质和导电材料的设备，将原型机的研发和制造时间从几周缩短到几个小时。现在，Nano最新的打印机蜻蜓LDM，继续他们的3D打印创新路线。

这些进步对3D打印的重要性不容低估，因为这项技术现在可以实现可扩展的生产，融合电气、机械和软件设计。联网设备的发展，即物联网(IoT)，将通过3D打印的这些进步得到加强。

快速原型机行业将以怎样的方式增长?

虽然快速成型设备已经进入汽车和航空航天市场一段时间了，但它还没有扩散到电子原型市场，主要是由于原始设备制造商继续依赖海外制造商。随着电子行业逐渐意识到，不仅可以在短短几小时内用3D打印机在内部高效地生产原型，还可以在纳米尺度上制造刚性-柔性组件、天线、传感器、电磁铁和发电机，3D打印相对于海外制造的优势将是引人注目的。从逻辑上讲，海外制造在财务上没有多大意义，尤其是考虑到失去宝贵知识产权的风险。

此外，准备接受3D打印原型的制造商将能够缩短他们的创新产品上市时间，这将允许在PCB设计方面有更多的创意时间。他们将能够分段制造和测试pcb，允许不同部门在组合它们之前独立开发功能设计，大大缩短了测试时间。在小型化的竞争中，3D打印机将极大地帮助设计定制。

工作人员拿着马克笔和用户体验设计原理图