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增材制造在电子领域的应用

本文将介绍3D打印在电子领域机械部件的应用并说明增材制造是如何做到提高设计和生产效率的。

同其他領域一樣,增材製造同樣為電子工業帶來諸多機遇。它將多種材料融入一個簡單的打印操作,這對於電子工業來說非常有協助。現今,3D 打印技術比之前更為普及且更易於使用,大大提升了原型設計的效率,縮短了交貨時間、降低成本,並減少了可能導致整個生產報廢的失誤。

電子產品何時選擇 3D打印?

按需生產

3D 打印技術讓擁有固定交貨期及有限成本結構的電子零件能夠按需生產,大幅縮短設計與交付時間。此外,亦可直接採用來自製造商數碼庫的多種 3D 打印材料,或客戶提供的 CAD 模型,打印各類新式或舊式設備。

3D 打印的這一優勢將改變電子產品的供應鏈,便於製造商即時滿足客戶需求。

更多創新和訂製的空間

有足夠的空間供設計師萌發出好的創意,而非被創新型設計的複雜度嚇退而局限於傳統設計。SLS 和 MJF 技術即使是複雜的設計也能夠勝任,大批量生產更是不在話下,而在以前,大批量生產還是增材製造的一個缺陷。和常規工藝相比,增材製造在電子外殼、電路試驗板等產品的批量生產上效率更高。

例如,太陽能電池板 3D 打印有助設計師打破常規設計規則。不單止係外部結構,內部電路系統亦能提升組件性能,進一步縮小尺寸、優化重量,並實現複雜精密的幾何體。

電子工業中使用的 3D 打印組件(來源:Cubicure)
電子工業 3D 打印零件(圖片來源:Cubicure)

更快速原型設計

增材製造簡化操作並提升效率,係快速原型製造的理想技術。惠普尼龍多噴嘴熔融 (MJF) 3D 打印技術價格實惠,通常用於原型設計。

熔融沉積建模 (FDM) 是較常用的增材製造形式,備選方案之一。FDM 使用簡單,打印成本低,是原型設計廉價且優秀的技術。整個工藝較之常規工藝成本更低,所以能夠在較短時間內完成重新設計與分析。

採用新的實驗材料

電子產品如印刷電路板 (PCB) 依賴於兩種材料:絕緣非導電性基板和導電元件。近年來,一些較新穎的低介電膠料以及半導電的聚合材料(兩種材料的電子性質均可調)經過改良被投入使用。先進的材料加上 3D 打印技術為設計與開發打開了新的大門。

打印機在塑膠件表面打印(圖片來源:Technocrazed)
打印機在塑膠件表面打印(圖片來源:
Technocrazed)

零件表面光潔度較好

SLA 技術採用液態樹脂材料,表面光潔度較佳。為現代電子產品如摺疊手機、防水裝置等增添柔韌性同防水性特點。若嚴格公差同精密程度係您首要考量的問題,則這兩種技術定不負所望。

此外,SLA 亦被應用於高清原型同功能性原型。

增材製造應用於電子工業的益處

合理優化的設計

模型係用電腦製作並打印,所以可能會存在好細的誤差。

傳統工藝中,電路是在後期裝入整個零件的,然而在增材工藝中,電路和零件一起打印出來,這樣電路就被直接封裝在裡面,可以保護電路免受外部損害。例如,手機裡的小型天線就可以直接和手機一起打印。

在不平整的表面上打印

電子產品如印刷電路板可以在不平整的表面上直接進行 3D 打印,但傳統方法無法做到這一點。同樣,電子產品還可以輕鬆嵌入可穿戴設備、柔性表面的感應器、血糖試紙、義肢及訂製電池。

訂製裝置及 3D 打印電池的外形和尺寸均按照具體產品及功能進行訂製,因此性能優於其他常規產品。

柔性印刷電路板(圖片來源:Instructables)
柔性 PCB(圖片來源:Instructables)

重量輕、減少材料浪費

3D 打印的一個重要特徵係比常規減材製造工藝更加慳料、浪費更少,電子工業亦都如是。3D 打印無需另外佈線,亦都無需額外電路。3D 打印電子產品將常規生產中的多個步驟濃縮成簡單的一步,因此裝配亦都變得更加簡單。

消除有害化學物質

蝕刻係指清除多餘的材料。該環節會用到有害化學物質。而增材製造直接將薄膜鋪設到位,省去了這一步,因而避免了有害化學物質的使用。

結語

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