Płytka drukowana w 3D-Tradycyjne metody produkcji płytek drukowanych są kosztowne i dość ograniczające pod względem skali i złożoności projektu. Mogą być również marnotrawne, ponieważ cięcie laserowe i frezowanie CNC odcina niepotrzebne sekcje. Jednak proces drukowania 3D PCB może tworzyć warstwy dużych i złożonych niestandardowych PCB w przystępnej cenie, przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości odpadów. Te korzyści umożliwiają hobbystom i majsterkowiczom budowanie obwodów drukowanych w 3D z zacisza własnego domu. Poniżej szczegółowo omówiliśmy te płytki drukowane i jeśli potrzebujesz jednego dla swojego projektu, czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej!
Czym jest płytka drukowana w 3D? Dlaczego warto z niej korzystać?
Płytka drukowana w 3D to płytka PCB wykonana w procesie addytywnym, który tworzy trójwymiarową płytkę z cyfrowego pliku projektowego. Większość tradycyjnych procesów produkcji PCB obejmuje frezowanie CNC, cięcie laserowe lub prasowanie na błyszczącym papierze. Jednak w przypadku procesu drukowania 3D PCB, płytki są tworzone przez układanie ścieżek przewodzących lub pustych w środku. Jedyna różnica polega na procesie produkcji, ale te gotowe płytki wyglądają i działają jak zwykłe PCB.
Drukarka 3D
Jak zrobić płytki drukowane 3D?
Istnieje kilka metod tworzenia obwodów drukowanych 3D, ale dwie podstawowe to:
Użycie filamentu przewodzącego
Ta metoda polega na użyciu drukarki 3D do ułożenia najpierw elementu przewodzącego, tworząc wzory linii podobne do tych, które można znaleźć na zwykłej płytce PCB.
Możesz użyć innych materiałów, aby rozwinąć wiele warstw przy użyciu druku z włókna przewodzącego. Ponadto, można tworzyć różne kształty PCB, nie tylko zwykłą płaską powierzchnię.
Typowe materiały filamentowe używane do drukowania to farby przewodzące lub TPU, ABS, HIPS i PLA z grafenem. Druk filamentowy tworzy płytkę, na której dopiero można lutować elementy elektroniczne.
Tworzenie pustych śladów
Druga metoda jest przeciwieństwem przewodzącego druku filamentowego. Tworzenie pustych śladów polega na drukowaniu litego bloku z utworzonymi wewnątrz kanałami dla śladów przewodzących. Następnie można wypełnić szczeliny materiałem przewodzącym, takim jak przewodząca żywica epoksydowa lub farba elektryczna.
Tworzenie pustych śladów jest łatwiejsze i szybsze niż używanie przewodzącego filamentu, ponieważ nie wymaga lutowania poprodukcyjnego. Jednak proces ten jest mniej zdolny do tworzenia złożonych projektów o wysokiej gęstości komponentów.
Najlepsze stacjonarne drukarki 3D do płytek drukowanych
Niektóre z najlepszych drukarek 3D na rynku obejmują następujące elementy.
Drukarka PCB Voltera V-One
Voltera V-One to idealna drukarka 3D PCB dla początkujących, ponieważ jest stosunkowo niedroga (nieco powyżej 2000 USD). Pomimo niskiej ceny, urządzenie posiada przyzwoity build volume i może drukować płytki o wymiarach do 135 x 113,5 mm. Dodatkowo, jest kompatybilne z kilkoma pakietami oprogramowania CAD.
V-One może nakładać warstwy o minimalnym skoku 0,8 mm pin-to-pin przy użyciu atramentu przewodzącego oraz o minimalnym skoku 0,6 mm przy użyciu pasty lutowniczej. Niezależnie od śladu przewodzącego, szerokość nie może być mniejsza niż 200 μm.
Drukarka PCB Nano Dimension DragonFly 2020
Zapowiadana jako pierwsza drukarka 3D na świecie, DragonFly 2020 jest pierwszym urządzeniem tego typu, które spełnia wytyczne IPC. Urządzenie może wytwarzać płytki PCB o następujących właściwościach.
Dokładność pozycjonowania 25μm na każdej osi
200 x 3 x 200 mm maksymalny rozmiar konstrukcji
Minimalne i maksymalne rozmiary elementów, odpowiednio 80 μm i 1,5 mm
Minimalna grubość warstwy 0,03 mm lub 30 μm
Płyty wielowarstwowe o całkowitej grubości 3 mm
Drukarka obsługuje przewodzące i dielektryczne tusze polimerowe dla pustych śladów. Jest jednak droga, ponieważ ceny zaczynają się od 50 000 USD.
Płytka drukowana w 3D-Drukarka PCB Othermill Pro
Drukarka Othermill Pro to precyzyjna, przenośna frezarka zbudowana do produkcji dwustronnych płytek drukowanych o szerokości śladu nawet 150 μm. Może tworzyć płytki PCB o maksymalnych wymiarach 140 x 114 mm z dokładnością pozycjonowania 75 μm. Mimo przystępnej ceny, maszyna nie może pracować z twardymi materiałami, jak FR-4 i szkło, i jest dostępna tylko w USA. Jest jednak kompatybilna z kilkoma systemami operacyjnymi i oprogramowaniem CAD.
Płytka drukowana w 3D-Drukarka PCB Voxel8
Jedną z unikalnych cech tej drukarki Voxel8 jest jej podwójna głowica drukująca. Pierwsza z nich wykorzystuje srebrny (przewodzący) atrament, natomiast druga wykorzystuje fused wire w oparciu o typową technologię FFF/FDM.
Każda głowica atramentowa posiada dyszę o średnicy 250 mikronów, a łoże drukujące jest magnetyczne, co zapewnia wysoką powtarzalność. Łoże to pozwala na tymczasowe usunięcie niekompletnego obiektu podczas drukowania w celu wstawienia komponentów, a następnie wznowienie procesu.
Płytka drukowana w 3D-Squink firmy BotFactory
Unikalną cechą Squink jest możliwość drukowania wielowarstwowych płytek na różnych sztywnych i elastycznych podłożach o maksymalnym rozmiarze 84 x 152 mm. Może jednak drukować większe płyty jednowarstwowe, których maksymalny rozmiar wynosi 152 x 152 mm. Zalecany rozmiar wydruku cech to 0,508 mm, ale może zejść nawet do 0,254 mm.
Drukarka 3D
Drukarka zawiera trzy głowice, jedną do drukowania, drugą do klejenia, a trzecią do pick & place. Oprócz drukowania, urządzenie może złożyć cztery części na minutę, przy czym najmniejszy rozmiar pakietu to 15,4 mm. Jednakże, maszyna nie może automatycznie umieszczać elementów z otworami przelotowymi.
Zalety i wady obwodów drukowanych w 3D
Płytki drukowane w 3D mają następujące zalety i wady.
Płytka drukowana w 3D-Wady obwodów drukowanych w 3D
Szybka produkcja: Drukowanie 3D PCB zapewnia obsługę procesów projektowania i wytwarzania przez komputery. Ta operacja przyspiesza czas produkcji w celu zwiększenia wydajności i zdolności produkcyjnych.
Mniej odpadów materiałowych: W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, które frezują lub korodują nadmiar materiału, druk 3D jest metodą osadzania, która wykorzystuje tylko wymagany materiał. Dlatego też marnuje mniej, co przekłada się na wysokie oszczędności.
Większa elastyczność projektowania: Projektowanie wspomagane komputerowo daje dużą elastyczność. Dzięki temu można eksperymentować z różnymi warstwami, formami lub kształtami podczas tworzenia obwodów drukowanych dla różnych branż.
Płytka drukowana w 3D-Ograniczenia druku 3D PCB
Mniej efektywne materiały przewodzące: Przewodząca farba lub żywica epoksydowa używana do tworzenia ścieżek elektrycznych w drukowaniu pustych śladów nie jest tak skuteczna jak metal. Opór elektryczny tych materiałów może stanowić problem w zależności od skali projektu.
Ryzykowne podczas lutowania: Lutowanie jest konieczne podczas korzystania z drukowania przewodzącego filamentu. Osadzenie stopionego metalu na płytce może ją znacznie osłabić. Pamiętaj, że lutownice mogą uderzać w 300°C, a takie temperatury mogą uszkodzić drukowany metal.
Brak wsparcia dla oprogramowania: Programy CAD mogą być kosztowne. Istnieją jednak aplikacje projektowe typu open-source, które są bezpłatne. Jednak zazwyczaj brakuje w nich wsparcia lub wskazówek. Dlatego też próba projektowania i drukowania płytek drukowanych 3D może być wyzwaniem (chyba, że masz jakieś doświadczenie w projektowaniu).
Płytka drukowana w 3D-Fajne projekty druku 3D
Elektryczny ekspres do kawy z częściami drukowanymi w 3D
Elektryczny ekspres do kawy zawiera kilka części i złączy, łatwiej jest zamówić wewnętrzne komponenty. Możesz jednak zaprojektować i wydrukować 3D części obudowy indywidualnie. Mając wszystkie elementy gotowe, zmontuj ekspres do kawy i wypróbuj swoje nowe urządzenie.
Płytka drukowana w 3D-Teleskop drukowany w 3D
Drukowanie 3D teleskopu wymaga pewnych umiejętności i wiedzy. Pobranie i wydrukowanie części jest łatwe, ale montaż lustra, kamery i ogniskowania może stanowić wyzwanie. Potrzebujesz też Raspberry Pi do sterowania kamerą.
Płytka drukowana w 3D-Rozszerzenie głośnika na iPhone'a
Jeśli wolisz słuchać muzyki z iPhone'a bez użycia wkładek dousznych lub słuchawek, głośnik wydrukowany w 3D może pomóc wzmocnić dźwięk. Głośnik będzie miał po obu stronach komory echa, które podnoszą poziom dźwięku. Możesz użyć tych plików projektowych dla iPhone 6 i 6+.
Zautomatyzowany wydruk płytki drukowanej 3D.
Gdy już się opanujesz, powinieneś być w stanie drukować 3D plastikową płytkę i jednocześnie deponować materiał przewodzący lub lut. To powinno stworzyć kompletną płytkę drukowaną w jednej lub dwóch turach. Proces obejmuje drukowanie uchwytu komponentów, wstawianie komponentów, a następnie drukowanie płytki i jej ścieżek przewodzących w celu ukończenia obwodu.
Podsumowanie
Podsumowując, płytki drukowane 3D znacznie zmniejszają koszty prototypowania i tworzenia projektów DIY. Zakup drukarki 3D PCB może być kosztowny, ale warto. Ponadto, musisz nauczyć się Computer Aided Design. Ale kiedy już to zrobisz, skrócisz czas produkcji o szeroki margines. To tyle jeśli chodzi o ten artykuł. Jeśli masz jakieś pytania lub komentarze, zostaw wiadomość, a my wrócimy do ciebie w krótkim czasie.