3D tisk elektroniky úspěšně pokračuje

Izraelská firma Nano Dimension, známá svou průmyslovou 3D tiskárnou desek plošných spojů DragonFly Pro, rozšiřuje možnosti použití této tiskárny a současně se stává jednou z nejvýznamnějších firem v oboru inovativního přístupu k výrobě elektronických komponentů. Místo 3D tisk používá spíše výraz „additive manufacturing“, protože konečný produkt vzniká postupně přidáváním různých materiálů, v tomto případě vodivých a izolačních, s různými vlastnostmi. Tiskárna je určena pro rychlou výrobu prototypů a malých zkušebních sérií.

Výsledný produkt vzniká tiskem inkoustu z nanočástek stříbra pro vodivé a pájitelné části desky a inkoustu s dielektrickými vlastnostmi blížící se vlastnostem FR4, alespoň s ohledem na Td a Tg. Oba inkousty mají vlastní tiskové hlavy. Protože je dielektrický materiál částečně průhledný, lze sledovat vnitřní strukturu desky.

Pro přípravu tisku desky plošných spojů na tiskárně DragonFly Pro je určen vlastní software nazvaný Switch, který představuje most mezi návrhem desky a vlastní tiskárnou. Zde je možné definovat pořadí jednotlivých vrstev při tisku, jejich tloušťky atd.

Poslední novinky společnosti Nano Dimension naznačují, že tiskárna zvládne i výrobu složitějších komponentů, než je jenom tisk běžných desek plošných spojů. Zde jsou stručně uvedeny některé z nich.

Obr. 1 Deska vyrobená 3D tiskem na DragonFLy Pro

3D tisk DPS umožňuje postranní montáž SMT

Nano Dimension představila možnost tisku funkčních částí desky i na bocích desky. Je to první známá technologie, která tak umožňuje využití bočních hran desky pro plošné spoje a pájecí plošky, čímž se zvětšuje použitelná plocha desky. I když je deska po obvodu poměrně tenká, mnohé dnešní SMT součástky jsou již tak malé, že zde mohou být usazené a připájené. Kromě toho mohou být boční strany využity i pro jiné účely, například pro připojení na jiné desky.

Postranní montáž součástek je ideální aplikací v případech, jakými jsou např. modulární antény, nestandardní a inovativní provedení desek v produktu apod. Nabízí se také aplikace tisku několika napájecích vrstev uvnitř desky s vyvedením na bok pro anténní systémy, u kterých je potřeba použít několik různých napětí.

Obr. 2 Aditivní 3D tisk od Nano Dimension umožňuje boční montáž SMT

Návaznost na návrh v SolidWorks

Protože tiskárna DragonFly Pro umožňuje i tisk neplanárních struktur, přišla firma Nano Dimension s add-on softwarem pro 3D MCAD systém SolidWorks. Tento přídavný software je zdarma a umožňuje v programu SolidWorks navrhovat neplanární 3D struktury multimateriálové elektroniky tak, aby je bylo možné tisknout na tiskárně DragonFly Pro.

A proč návrh v 3D MCAD systému? Pokud struktura elektroniky není rovinná, nelze ji navrhovat v běžných EDA programech pro návrh desek plošných spojů. Add-on software od Nano Dimension umožňuje navrhovat vodivé i nevodivé části elektroniky v třírozměrném prostoru s přímým výstupem pro tiskárnu DragonFly Pro.

Neplanární elektronika zahrnuje např. MID (Molded Interconnect Devices) komponenty, které integrují mechanické a elektronické funkce v jednom kusu, čímž se optimalizuje a zjednodušuje konstrukce a současně zlepšuje funkce, výkon a spolehlivost.

Obr. 3 Příklady tištěných neplanárních struktur: elektromagnet (vlevo) a MID (vpravo)

Embedded elektronika

3D tisk vodivých a nevodivých materiálů s různými vlastnostmi může být využit pro výrobu elektronických dílů s embedded součástkami i spoji. Toho lze využít pro prototypování embedded snímačů, antén, elektromagnetů, komponentů s komplexní geometrií atd.

Spolupráce s Harris Corporation

Výborné výsledky s 3D tiskem elektroniky našly odezvu i v nabídce na spolupráci s americkou technologickou společností Harris Corporation. Firma Nano Dimension se tak bude spolupodílet na vývoji hardwaru, který bude létat na vesmírnou stanici ISS a komunikovat s pozemní stanicí pro sledování satelitů na Floridě.

Cílem projektu je analyzovat 3D tištěné materiály pro vesmírné vysokofrekvenční systémy, zejména pro nanosatelity.