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3D打印電子結(jié)構(gòu)件的三大挑戰(zhàn)
發(fā)布時間：
2023-01-11 12:43
隨著數(shù)字革命的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)的發(fā)展，電子結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域的專家一直在尋找新方法，以改進(jìn)那些較小，復(fù)雜且功能強(qiáng)大的電子器件的生產(chǎn)，例如RFID標(biāo)簽，傳感器，顯示器，智能卡等等。
3D打印電子結(jié)構(gòu)件是增材制造應(yīng)用的新興領(lǐng)域之一，3D打印對這個行業(yè)的影響或許是深遠(yuǎn)的，然而，目前仍然面對一系列的挑戰(zhàn)。
圖：3D打印在電子行業(yè)的應(yīng)用。
來源：《3D打印與電子產(chǎn)品白皮書》
技術(shù)蓬勃發(fā)展三大挑戰(zhàn)是重點(diǎn)
然而，用于增材制造的最新發(fā)展在電子產(chǎn)品的制造方面遇到了三個主要挑戰(zhàn)。這些主要挑戰(zhàn)是材料，技術(shù)(硬件)和數(shù)據(jù)。
圖：3D打印在電子行業(yè)的主要應(yīng)用。
來源：《3D打印與電子產(chǎn)品白皮書》
材料
根據(jù)制造目的，生產(chǎn)商可以使用兩種主要類型的材料：介電材料(這意味著在施加電壓時不會有電流流過該材料)和導(dǎo)電材料(這意味著該材料可以傳導(dǎo)電流)。不過并不是所有的導(dǎo)電材料都是金屬的，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，例如Electrifi(Multi3D LLC)，石墨烯基導(dǎo)電PLA(Black Magic 3D)甚至炭黑基導(dǎo)電PLA(Proto-pasta)都是導(dǎo)電的材料。
這些各種材料在制造過程中提出了交叉污染的挑戰(zhàn)。實(shí)際上，在3D打印過程中很難將兩種不同的長絲結(jié)合在一起。根據(jù)美國杜克大學(xué)的一項(xiàng)研究，導(dǎo)電材料的交叉污染將導(dǎo)致導(dǎo)電跡線之間的短路，或者導(dǎo)致導(dǎo)電跡線被非導(dǎo)電材料中斷。
盡管在市場上可以找到帶有多個噴嘴的3D打印機(jī)-了解FDM 3D打印機(jī)-但大多數(shù)都無法防止交叉污染，而典型的多材料3D打印機(jī)在相同的Z軸高度使用兩個單獨(dú)的噴嘴，目前解決此問題的另一種方法是通過同一噴嘴擠出多種材料。
在工業(yè)方面，專門從事3D打印電子產(chǎn)品的公司之一Nano Dimension提到需要更多的材料選擇來生產(chǎn)高復(fù)雜度和高功能部件，而對于電子產(chǎn)品，介電常數(shù)和松動度等功能方面至關(guān)重要。
硬件
到目前為止，一些公司可以有效地為電子產(chǎn)品提供3D打印機(jī)。盡管存在硬件方面的限制，包括Nano Dimension，Optomec，BotFactory和Voxel 8等在市場上一直保持技術(shù)的進(jìn)步。
Nano Dimension的3D打印機(jī)DragonFly 2020于2017年發(fā)布，使用噴墨技術(shù)以近30 μm的橫向分辨率進(jìn)行導(dǎo)電跡線的多層打印。不過開發(fā)用于噴墨工藝的新型電子墨水非常耗時，更不用說打印過程中遇到的困難了。這主要是由于需要調(diào)整油墨的表面張力和粘度(8-12 cp)以獲得所需的墨滴尺寸(約30 μm)和可再現(xiàn)的噴射特性。此外，如果顆粒的尺寸過大或油墨中的固體含量過高，則可能會發(fā)生堵塞。
Optomec已經(jīng)開發(fā)了Aerosol Jet工藝。3D打印機(jī)可以沉積高分子材料和金屬墨水，用于制造傳感器等電子結(jié)構(gòu)件。打印過程是非接觸過程，可與各種導(dǎo)電，絕緣和電阻材料兼容。Optomec的3D打印機(jī)已經(jīng)能夠生產(chǎn)用于芯片上和芯片外電子產(chǎn)品的保形傳感器，低損耗無源器件和天線。
數(shù)據(jù)處理
一般來說要進(jìn)行3D打印的電子結(jié)構(gòu)件零件越復(fù)雜，所生成的數(shù)據(jù)就越多。數(shù)據(jù)處理的進(jìn)步進(jìn)一步促進(jìn)了3D打印電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，電子結(jié)構(gòu)件打印的數(shù)據(jù)處理難度幾乎超出了想象，例如當(dāng)你打印金屬的時候，與打印絕緣材料(塑料)所需要的層厚是不同的，幾乎打印十層金屬的層厚才能達(dá)到打印一層塑料的層厚。如果讓數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的”告訴“打印機(jī)區(qū)別不同材料的層厚，這本身就是一種挑戰(zhàn)。
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