3D打印電子產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)和其他類型打印實(shí)現(xiàn)的零件很相似。

3D打印共形電子能夠從根本上改變集成電路工業(yè)（圖片來自 nScrypt）

       我最近在Additive Report網(wǎng)站上寫了一個(gè)博客，印刷電路板和集成電路工業(yè)正在發(fā)生翻天覆地的變化，電子制造的未來是其中一家公司能夠3D打印嵌入電子的智能零件。

     我同樣闡明了我們?nèi)栽?D打印電子開拓進(jìn)取的階段，關(guān)于IC的發(fā)明人 Jack Kilby曾在應(yīng)用幾年后才他在1958年發(fā)表了小型化電路方面的專利。

       它證明我是錯(cuò)的。在博客中描述的未來已經(jīng)在這了，它伴隨著一個(gè)閃亮的縮寫名：AME-Additively manufactured electronics。

電子增材

      “AME允許制造商來3D打印復(fù)雜的電路，像傳感器和天線一次無縫成型”市場(chǎng)副董事長Valentin Storz說道。

       NanoDimension公司Dragonfly LDM（無人值守?cái)?shù)字化制造）3D打印設(shè)備能夠通過雙噴頭噴射導(dǎo)電銀“納米墨水”復(fù)合樹脂基的介電材料沉積在非導(dǎo)電基板上。Storz 說道墨水被用來創(chuàng)建導(dǎo)電通路，每層可以沉積300nm高，110μm寬，介電材料可以達(dá)到2.5微米或者更大。

       可以在一個(gè)電路板中打印高達(dá)50個(gè)交替層，允許構(gòu)建線圈、電容器、濾波器以及其他嵌入電子器件，其通?？梢圆捎米詣?dòng)化拾取和放置設(shè)備。同時(shí)，不像傳統(tǒng)PCB制造方法，3D打印去除了蝕刻、電鍍和鉆孔的工藝過程。

       互聯(lián)孔和通孔可以在任意方向都可以打印，因?yàn)殡娐房梢员欢询B和實(shí)現(xiàn)層之間的互聯(lián)互通，潛在的器件密度可以更高，由于其可以在非平面表面工作。

       Storz所涉及到這些下一代PCB作為高性能電子器件或者高性能的電子設(shè)備?！拔疫@樣稱呼它們是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)能夠使電子制造商為傳統(tǒng)的PCB帶來更多的可能”他說道?！耙?yàn)椴粫?huì)被限制在平板結(jié)構(gòu)了，你可以構(gòu)建和嵌入電子器件，像電容器、線圈，甚至是MEMS器件。在傳統(tǒng)IC和PCB制造商，每個(gè)疊層都會(huì)增加復(fù)雜程度和成本，限制了可以達(dá)到多高。對(duì)我們而言，如其他的增材過程，復(fù)雜程度不受限制?！?/p>

      nScrypt的CEO Kenneth Church完全同意，他講到增材制造電子已經(jīng)應(yīng)用了超過二十年了。

       在90年代后期，他的研發(fā)公司Sciperio（nScrypt的母公司）和其他組織參加了DARPA的贊助“合作競(jìng)爭(zhēng)”來制造中尺度的電子產(chǎn)品，意圖是縮小宏觀和微觀制造工藝的差距。他們稱作這個(gè)項(xiàng)目為細(xì)觀集成共形電子（MICE-Mesoscopic Intergarated Conformal Electronics）

Nano Dimension的DragonFly 打印設(shè)備采用雙頭在非導(dǎo)電基板上噴射沉積導(dǎo)電銀墨水復(fù)合介電墨水（圖片來自 Nano Dimension）

       合作的成果指導(dǎo)開發(fā)了很多直寫3D打印技術(shù)，現(xiàn)在工業(yè)市場(chǎng)上不相上下。nScrypt的高精度微分配直寫數(shù)字制造是MICE的衍生品。

      Church 描述一個(gè)與NanoDimension顯著不同的制造方法。nScrypt的FIT工具包是一個(gè)FDM類型的打印頭，可以打印上千種材料。不像大多數(shù)的3D打印設(shè)備，然而，它是混合的。它配置有高速加工軸和自動(dòng)化切換頭，它可以拾取和放置任何電子器件，其是不可以被3D打印的。配置FIT工具包，其同樣可以選擇在線燒結(jié)，UV固化樹脂，機(jī)器視覺以及集成了激光。

     取決于材料，F(xiàn)IT工具包可以打印導(dǎo)電線路和小至20μm和50μm的點(diǎn)滴，尤其是可以在共形打印在粗糙或者曲面上。

        在最近的一個(gè)案例中，我們和美國空軍合作構(gòu)建了3D打印的陣列天線，包括七層射頻電路，接著在它們周圍簡(jiǎn)單打印了四旋翼。-Church 說道。我們同樣開發(fā)了一些列3D打印電路筒，其在壁厚中嵌入了電子器件。這些是非常牢固的，可以被調(diào)整用于特殊應(yīng)用，完全消除PCB的需求。

       撇開設(shè)備的特性和制造能力，Storz和Church一致認(rèn)為電子增材（AME）的市場(chǎng)建立的非?？?。Church 指出研究預(yù)估它會(huì)在未來幾年某處增長到30億美元，并且Nano Dimension的 Storz 估計(jì)在可穿戴和柔性電子的增速將會(huì)達(dá)到傳統(tǒng)PCB制造的兩倍。

       考慮到更大的設(shè)計(jì)自由度，加速產(chǎn)品的上市時(shí)間，較低的加工費(fèi)用，3D打印是最有效的方法以滿足高端電子制造商。

裝備

      盡管3D打印的效能，很明顯傳統(tǒng)PCB和集成電路在任何時(shí)間都不會(huì)很快離開，這意味著制造他們的工具也不會(huì)。在這，因此3D打印正在扮演著越來越重要的角色。

      在一個(gè)典型的PCB工廠，技術(shù)人員可能會(huì)花幾小時(shí)坐在一個(gè)長凳上，手工在特定的掩膜部位粘膠帶為共形噴涂做準(zhǔn)備—Garrett Harmon解釋道?！拔覀兛梢源蛴《ㄖ啤⒃谝欢螘r(shí)間內(nèi)可重復(fù)使用的電子產(chǎn)品友好的掩膜材料，像防靜電的TPU材料，比傳統(tǒng)制造的掩膜可以更長時(shí)間使用?！?/p>

      在奧斯汀和德克薩斯州，公司成排的高速擠出型打印設(shè)備，盡管不是用于打印電子，但可以在工業(yè)找到很大的應(yīng)用。不說所提到的共形涂覆掩膜，也有很多特殊的貨盤和托盤需要在制造過程中來運(yùn)輸PCB板，如同夾具、固定裝置、機(jī)架以及導(dǎo)軌等。

      制造中有趣的事，尤其在電子工業(yè)中，人們經(jīng)常尋求這些巨大、復(fù)雜的項(xiàng)目來在3D打印中驗(yàn)證其合理的投資。但是對(duì)于我而言，這些小的，對(duì)產(chǎn)品每天涉及的器件像掩膜和托盤會(huì)導(dǎo)致增加產(chǎn)品成本以及增加交付時(shí)間。在這，增材制造通常會(huì)有很大的影響。