Vítejte, dnes je
neděle
22.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Zabývám se zejména technologiemi pasivních elektronických součástek, ale při současném nedostatku některých pasivních součástek, který může ohrozit celou výrobu elektroniky, mne zaujal technologický pokrok dosažený v oblasti 3D aditivního tisku DPS. Obrátil jsem se proto s dotazem na izraelskou firmu Nano-dimension, jejíž 3D tiskárna DPS získala cenu za inovaci na poslední výstavě productronica 2017 v Mnichově. Zajímalo mne, jestli je tato technologie již připravena na průmyslové využití, a také to, zda je možné tímto procesem tisknout pasivní součástky přímo v desce DPS. Přijal jsem pozvání k návštěvě do jejich sídla v Izraeli k osobnímu seznámení se s jejich technologií a k diskusi nad možnostmi 3D aditivních tisků DPS. Na cestě mne doprovodil pan Radek Nekarda, ředitel firmy Amtech.
3D aditivní tiskárna desek plošných spojů DragonFly 2020 Pro byla uvedená na trh na podzim 2017 a získala cenu za inovaci. Popišme si tedy, jak funguje a jaké má možnosti.
Principem tisku DragonFly je aditivní proces, při kterém tisková hlava tiskne souběžně kapky nevodivého fotopolymeru a vodivého nanostříbrného inkoustu. Jedná se o plně aditivní proces, tzn. jak polymer, tak stříbro se postupně tisknou po jednotlivých kapkách a vrstvách. Rozlišení nanostříbrného inkoustu (0,3 mm) a polymeru (3 mm) je dostatečné k tisku jemných struktur, vodivých či nevodivých otvorů apod. flexibilně v 3D prostoru.
Nanesená kapička je okamžitě vytvrzena. Fotopolymer je vytvrzen UV světlem, kdežto stříbrný inkoust je „sintrován“ teplem, aby došlo ke spolehlivému vodivému propojení nanočásteček stříbra. Tím je dosaženo stabilních vlastností vytisknuté desky DPS.
Výsledná deska může být osazena automatickým osazovacím strojem, ale při pájení je zatím podporován pouze nízkoteplotní proces v rozmezí 140−150 °C. Elektrické vlastnosti jsou podobné materiálu FR4, mechanické o něco horší, nicméně stále dostačující pro prototypovou výrobu. Tenčí desky je možno i flexibilně ohnout do požadovaného tvaru, nejsou však určeny k trvalému ohýbání. Průběh výrobního procesu lze také přerušit, vložit na vytvářenou desku diskrétní součástky a pokračovat v tisku.
Výhodou je, že 3D prostor desky plošných spojů nabízí neomezenou flexibilitu v návrhu desky, to znamená, že lze zrealizovat i věci, které jsou tradičními metodami těžko řešitelné – například cívka ve spirále vedoucí přes všechny vrstvy tloušťky DPS.
DragonFly 2020 Pro pracuje se standardními Gerber soubory, které jsou 2D výstupy z návrhových programů desek. 3D struktury lze navrhnout v SolidWorks, pro který již existuje plug-in, který návrh zpracuje a pošle přímo do tiskárny.
Pana Simona Frieda, spoluzakladatele firmy Nano-dimension a prezidenta pro Severní Ameriku jsem se zeptal na pár otázek:
Nedá se říct, že by se jednalo pouze o jedinou klíčovou technologii. K vývoji „průmyslového“ 3D tisku DPS bylo zapotřebí zvládnout více výzev z oblasti materiálů inkoustů, technologických postupů a vysoce přesného hardware. Největší překážkou na cestě náhrady tradičního procesu výroby DPS a začátkem éry „výrobní závod v boxu“ je schopnost ve stejném čase tisknout a zpracovávat více materiálů (polymery a kovy).
Největší význam má DragonFly pro vývojové skupiny − ať již v průmyslu, nebo na univerzitách, kterým umožňuje prověřit geometrie a konstrukce obtížně realizovatelné nebo zcela nerealizovatelné tradičními metodami. Velký zájem je také z obranného průmyslu, neboť vývoj lze zrealizovat v utajení ve své firmě. Obecně jsou výrobci desek tlačeni do stále rychlejší a flexibilnější přípravy prototypů, zde může DragonFly významně pomoct celý proces zrychlit a ověřit správnost návrhu. Příkladem může být i výzkum a vývoj konstrukce antén, které se dají prostřednictvím 3D aditivního tisku DPS jednoduše vyrobit a ověřit.
3D aditivní technologie tisku DPS nalézá stále lepší odpověď na zvyšující se počet pasivních součástek v elektronických obvodech. Schopnost včlenit pasivní součástky s požadovanými elektrickými a mechanickými parametry roste spolu s hustotou a rozlišením tisku.
Již dnes můžeme s jistotou říct, že tato technologie nezmizí a bude se dále vyvíjet. Výběr z více druhů materiálů inkoustů, větší/rychlejší systémy nebo integrované systémy umožní vysokou komplexnost přípravy a montáže elektromechanických sestav. Výsledkem je proces, který přinese schopnost pracovat v utajení, vysokou úroveň uzpůsobení potřebám zákazníků, snadný přenos výroby mezi lokacemi nebo změnu logistických postupů.
Velké společnosti jako Siemens nebo Dassault se snaží spojit elektroniku a mechaniku v jeden výrobní celek. Budoucí vývojový cyklus výrobků bude spojovat prvky z oblasti jak mechanických, tak elektrických disciplín, což přinese zcela nové požadavky na konstrukci, automatizaci a návrhový software.
Vybrané technické vlastnosti tiskárny DragonFly 2020 Pro:
Jaké jsou tedy dnešní možnosti 3D aditivního tisku DPS a co lze reálně očekávat od současné špičkové tiskárny DragonFly 2020 Pro od společnosti Nano-dimension?
DragonFly 2020 Pro je první generací 3D tiskárny DPS, která je určena pro širší využití v průmyslu. Hlavním evolučním krokem je proces zpracování více typů materiálů – dielektrických a vodivých inkoustů − rozdílnými technologiemi vytvrzování ve stejném čase.
Není to stroj, který by dokázal sériově vyrábět velké množství DPS, nicméně může významně pomoct v prototypové výrobě nebo při vývoji originálních návrhů v kusové výrobě.
Prostřednictvím vícemateriálového 3D aditivního tisku DPS se nám otevírá nová éra možností návrhů a vývoje DPS s klíčovými přínosy ve zrychlení ověření prototypové desky, utajení konstrukce či zcela nových možností designu.
Z mého specifického pohledu − nedostatek pasivních součástek v hromadné výrobě nám tedy asi nevyřeší, nicméně potenciál k vývoji nových pasivních součástek je velmi zajímavý.
V případě zájmu o podrobnější informace můžete kontaktovat společnost AMTECH, spol. s r. o. (www.amtech.cz), která tuto technologii zastupuje na českém a slovenském trhu.
