快速成型行业的发展开启了PCB工程的新时代

2019年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即将到来，并且已经彻底改变了电子原型工业。最新的3D打印机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零件的过程。传统的PCB制造采用“减法制造”，即对材料进行切割和减法，例如高精度钻孔和化学蚀刻。

最后，快速成型行业的增长为pcb原型的海外和非现场制造带来了可行的替代方案。原始设备制造商(oem)现在有办法收回对原型制造的控制权，并通过将其纳入公司监管来保护自己的知识产权。

海外原型制造的巨大缺点已经成为令人望而却步的障碍。漫长的周转时间，大量的资本投入，昂贵的最低订单要求超过了设计师的需求，不同的时区，如果有组装问题，产品上市的延迟，以及最近的关税战。快速成型行业的发展满足了oem将海外成本转化为对未来技术的投资以保持竞争力的需求。

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实体物体的过程。3D打印对象的创建是通过铺设连续的材料层来实现的。对象开始为计算机辅助设计(CAD)文件．在打印对象之前，必须将其CAD文件转换为3D打印机可以理解的格式，通常是。stl格式(“立体光刻”的首字母缩写)，这是3D系统最初创建的文件格式。这种文件格式用于快速原型，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的-它们涉及使用还原化学物质，蚀刻激光或者机械磨和钻头。这些方法可能会造成浪费，并且操作员可能因暴露于危险化学品、气体和吸入微小颗粒而受伤。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，已经开发出多种类型的3D打印机。3D打印机具有以下共同特点:

快速地层速度
能处理各种材料
CAD软件控制
像桌面设备一样小
制造成本低，价格低廉
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，但节省了很多时间和原型。

快速原型工业的发展如何革新PCB制造业?

3D打印机现在能够打印“刚性-柔性”电子元件——由刚性和柔性部件组成的单一组件。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。

现在可以3D打印天线、阵列和射频标识符。这是使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的位置发挥作用。

3D打印机的另一个进步是能够打印电磁铁或微型特斯拉设备。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各种设备。3D打印可以显著提高电磁线圈的分辨率。

在生产3D打印机的公司中，走在前列的是成立于2012年的Nano Dimension公司。他们的打印机的工作原理是首先沉积一种介电绝缘材料，然后是用于电路的银基纳米油墨(传统设计需要铜电路)。纳米尺寸公司于2016年推出的“蜻蜓2020”，可以在多层板上打印高清走线，在电导率、强度、热稳定性和介电性能方面达到行业性能标准。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介电和导电材料的设备，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生产，融合电气、机械和软件设计。物联网(IoT)连接设备的发展将通过3D打印的这些进步得到加强。

快速样机行业的增长前景如何?

虽然快速成型设备已经进入汽车和航空航天市场有一段时间了，但它并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。随着电子行业意识的传播，不仅可以在短短几小时内用3D打印机成本有效地生产出内部原型，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好处将是引人注目的。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通过创新产品缩短上市时间，这将允许更多的创造性时间围绕PCB设计。他们将能够分段构建和测试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。

一个人坐在桌前，拿着记号笔和UX设计示意图