Wykorzystanie druku 3D w produkcji urządzeń elektronicznych

ELECTRONICS · DESIGN · CONSULTING

Druk 3D w elektronice, znany również jako addytywna produkcja, staje się coraz bardziej popularnym narzędziem w projektowaniu i wytwarzaniu urządzeń elektronicznych. Technologia druku 3D w elektronice otwiera nowe możliwości w zakresie projektowania, personalizacji oraz optymalizacji procesów produkcyjnych, szczególnie w przypadku niskoseryjnej produkcji. Dzięki swojej elastyczności druk 3D znajduje zastosowanie w wielu obszarach, od projektowania obudów po tworzenie narzędzi wspierających montaż.

Zastosowania druku 3D w produkcji urządzeń elektronicznych

Druk 3D w produkcji elektroniki znajduje szerokie zastosowanie w wielu obszarach, szczególnie tam, gdzie wymagana jest elastyczność i szybkie dostosowanie projektów. Oto przykłady obszarów jego wykorzystania:

Prototypowanie mocowań PCB

Druk 3D umożliwia szybkie tworzenie zarówno niestandardowych prototypów mocowań i uchwytów do płytek drukowanych (PCB), jak i powszechnie dostępnych rozwiązań, takich jak nóżki dystansowe czy zatrzaski, jeśli gotowe komponenty są niedostępne lub wymagają modyfikacji do specyficznych potrzeb projektu. Dzięki temu projektanci mogą testować różne warianty i dopasować najlepsze rozwiązania do konkretnego projektu. 

Produkcja stelaży testowych

Nowoczesne technologie druku 3D w elektronice umożliwiają również precyzyjne, proste i ekonomiczne dopasowanie stelaży testowych do specyficznych wymagań projektów. Stelaże testowe wykorzystywane są przede wszystkim do sprawdzania funkcjonalności komponentów elektronicznych, a zastosowanie druku 3D sprawia, że mogą być one projektowane jako modułowe oraz wielokrotnego użytku. Takie rozwiązanie znacząco ułatwia szybkie wprowadzanie zmian i modyfikacji w konstrukcjach dostosowując je do zmieniających się wymagań testowanych urządzeń. 

Produkcja fikstur do montażu przewlekanego z wykorzystaniem druku 3D

Fikstury do montażu przewlekanego to specjalistyczne narzędzia wspierające proces montażu komponentów przewlekanych. Ich główne zadania obejmują precyzyjne pozycjonowanie elementów, zapewniają dokładne umieszczanie komponentów w otworach płytki PCB. Stabilizację podczas lutowania, utrzymują elementy w odpowiednim miejscu. Ochronę delikatnych komponentów i PCB, minimalizują ryzyko uszkodzeń w trakcie montażu. Przyspieszają produkcję i zwiększają jej wydajność dzięki powtarzalności i wygodzie użytkowania. Zastosowanie druku 3D umożliwia ich szybkie, precyzyjne i ekonomiczne wytwarzanie.

Produkcja obudów do urządzeń elektronicznych

Druk 3D znajduje szerokie zastosowanie w projektowaniu i wytwarzaniu obudów, umożliwiając szybkie prototypowanie oraz produkcję małych serii. Technologia ta nie tylko przyspiesza proces projektowania, ale także pozwala na testowanie różnych wersji produktu, co jest istotne w sytuacjach wymagających elastyczności, personalizacji i szybkiej reakcji na zmiany.

Najważniejsze zalety wykorzystania druku 3D w produkcji obudów:

  • Eliminacja drogich form wtryskowych. Brak konieczności tworzenia form znacząco obniża koszty, co jest szczególnie ważne w przypadku produkcji jednostkowej i małoseryjnej.
  • Szybkie wprowadzanie zmian i korekt. Druk 3D umożliwia elastyczne modyfikowanie projektów, co pozwala na bieżąco dostosowywać obudowy do zmieniających się wymagań.
  • Prototypowanie i testowanie. Drukowane obudowy mogą być wykorzystywane do szybkiego prototypowania, testów produktu i oceny jego funkcjonalności przed uruchomieniem produkcji na większą skalę.
  • Niestandardowe możliwości projektowe. Dzięki technologii druku 3D można łatwo tworzyć obudowy o skomplikowanych kształtach, które byłyby trudne lub niemożliwe do wykonania tradycyjnymi metodami.

Produkcja elementów mechanicznych 

Druk 3D znajduje również zastosowanie w produkcji dedykowanych systemów liniowych, łączników czy też nietypowych kół zębatych. Technologia ta umożliwia tworzenie niestandardowych komponentów mechanicznych dostosowanych do specyficznych wymagań projektowych.

Korzyści druku 3D w produkcji urządzeń elektronicznych

Jak druk 3D obniża koszty produkcji elektroniki?

Druk 3D umożliwia szybkie i ekonomiczne tworzenie różnorodnych elementów, takich jak funkcjonalne fikstury, mocowania czy narzędzia. W porównaniu z tradycyjnymi metodami wytwarzania, które są często czasochłonne i kosztowne. Technologia druku 3D pozwala na eliminację konieczności stosowania kosztownych form wtryskowych. Rozwiązanie to ma szczególne znaczenie w przypadku produkcji jednostkowej i małoseryjnej, gdzie tradycyjne formy generują wysokie koszty początkowe. Dzięki technologii druku 3D możliwe jest nie tylko obniżenie wydatków na start, ale również ograniczenie całkowitych kosztów wytwarzania narzędzi. Dodatkowo druk 3D umożliwia łatwe i szybkie nanoszenie modyfikacji w projektach. Ta elastyczność pozwala dostosowywać produkty i narzędzia do zmieniających się wymagań rynku, bez generowania dodatkowych wysokich kosztów. Dzięki temu technologia ta zwiększa efektywność i konkurencyjność całego procesu produkcji.

Jak przyspieszyć prototypowanie urządzeń elektronicznych? 

Przyspieszenie prototypowania urządzeń elektronicznych wymaga optymalizacji procesów projektowych oraz testowych. Ważnym elementem jest zastosowanie nowoczesnych technologii, takich jak druk 3D, które pozwalają znacząco skrócić czas między pomysłem a wykonaniem prototypu. Technologia druku 3D umożliwia szybkie tworzenie prototypów komponentów, takich jak obudowy, uchwyty czy mocowania, eliminując potrzebę stosowania czasochłonnych metod wytwarzania, takich jak obróbka mechaniczna czy formowanie wtryskowe. Dzięki temu można w krótkim czasie zweryfikować projekt pod względem funkcjonalności oraz ergonomii, a następnie wprowadzać zmiany na bieżąco, bez konieczności angażowania dodatkowych zasobów. Dodatkowym krokiem w przyspieszeniu prototypowania jest zastosowanie dedykowanych narzędzi testowych, pozwalających na precyzyjne przeprowadzanie testów technicznych, przy jednoczesnym skróceniu czasu potrzebnego na przygotowanie środowiska testowego. 

Jak druk 3D wspiera elastyczność projektową i personalizację produktów?

Druk 3D oferuje wyjątkową elastyczność projektową dzięki szerokiej gamie dostępnych materiałów i technologii wytwarzania. Pozwala to na tworzenie komponentów o różnorodnych właściwościach mechanicznych, estetycznych czy funkcjonalnych. Bez względu na to, czy celem jest wytrzymałość, lekkość, czy estetyka, technologia druku 3D dostarcza rozwiązania dopasowane do konkretnych potrzeb projektowych. Jednym z największych atutów druku 3D jest możliwość łatwej personalizacji produktów. Technologia ta umożliwia dostosowanie projektów do specyficznych wymagań klientów, co jest szczególnie istotne w przypadku produkcji urządzeń na zamówienie. Druk 3D eliminuje ograniczenia tradycyjnych metod produkcyjnych, dzięki czemu projektanci mogą swobodnie dostosowywać kształty, rozmiary czy detale produktu do indywidualnych preferencji odbiorców.

Porównanie technologii druku 3D

Druk 3D obejmuje różne technologie, które różnią się sposobem działania, materiałami oraz zastosowaniami. Oto porównanie najważniejszych metod:

FDM (Fused Deposition Modeling)

FDM polega na nakładaniu stopionego filamentu warstwa po warstwie. Jest to najbardziej dostępna i ekonomiczna metoda druku 3D. Stosuje się ją głównie do tworzenia prototypów, niestandardowych obudów oraz elementów mechanicznych o umiarkowanej precyzji. Materiały używane w tej technologii to głównie PLA, ABS i PETG.

SLA (Stereolitografia)

SLA wykorzystuje światło laserowe do utwardzania żywicy fotopolimerowej warstwa po warstwie. Ta technologia oferuje bardzo wysoką precyzję i gładkość powierzchni, co czyni ją idealną do tworzenia precyzyjnych komponentów i prototypów. Ze względu na ograniczenia materiałowe, SLA jest częściej używana w branżach wymagających estetyki i szczegółowości, takich jak jubilerstwo czy medycyna.

SLS (Selective Laser Sintering)

SLS opiera się na selektywnym spiekaniu proszków (np. nylonu) za pomocą lasera. Technologia ta pozwala na tworzenie wytrzymałych i funkcjonalnych części bez potrzeby stosowania podpór. SLS jest szeroko wykorzystywane w przemyśle do produkcji części mechanicznych i komponentów odpornych na wysokie temperatury oraz obciążenia.

PolyJet

Technologia PolyJet umożliwia drukowanie z wykorzystaniem wielu materiałów jednocześnie, co pozwala na tworzenie skomplikowanych struktur z różnych właściwościami mechanicznymi i kolorami. Jest szeroko stosowana w prototypowaniu przemysłowym i medycynie.

MJF (Multi Jet Fusion)

MJF to metoda podobna do SLS, ale zamiast lasera wykorzystuje specjalne głowice nakładające czynnik wiążący, który następnie jest utwardzany ciepłem. MJF zapewnia jeszcze większą precyzję i kontrolę nad właściwościami mechanicznymi części, co sprawia, że jest popularna w produkcji małych serii i funkcjonalnych prototypów.

Przyszłość druku 3D w elektronice

Druk 3D w elektronice to technologia, która ma potencjał, by zrewolucjonizować przemysł elektroniczny, znacząco zmieniając procesy projektowania i produkcji. Jego przyszłość opiera się na zdolności do uproszczenia tradycyjnych metod wytwarzania, redukcji odpadów oraz kosztów. Jednocześnie umożliwiając produkcję urządzeń o unikalnych kształtach i funkcjonalnościach. 

Głównym kierunkiem rozwoju jest integracja elektroniki bezpośrednio w obiektach lub na ich powierzchniach, co będzie umożliwiało eliminację potrzeb stosowania tradycyjnych obwodów drukowanych (PCB) i otwierało nowe możliwości w projektowaniu. Perspektywy rozwoju tej technologii obejmują trzy główne obszary: elektronika na powierzchniach 3D, w pełni drukowana elektronika oraz elektronika zintegrowana z formowaniem wtryskowym (IME). Na przykład, będzie można wytwarzać w pełni drukowane urządzenia elektroniczne w jednym procesie. 

W kontekście przyszłości druku 3D w elektronice dużym wyzwaniem pozostaje rozwój materiałów funkcjonalnych, takich jak tusze przewodzące, dielektryczne, polimery przewodzące czy materiały na bazie węgla. Idealne tusze powinny charakteryzować się doskonałymi właściwościami elektrycznymi i mechanicznymi, dobrą przetwarzalnością oraz możliwością pracy w niskich temperaturach. Ciągłe inwestycje w badania i rozwój zaawansowanych materiałów będą niezbędne, aby zapewnić dalszy rozwój i popularyzację tej technologii.

Źródło: 3D printed electronics: Processes, materials and future trends. Hong Wei Tan, Yu Ying Clarrisa Choong, Che Nan Kuo, Hong Yee Low, Chee Kai Chua. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100945

Nowoczesne prototypowanie elektroniki z Device Prototype

Druk 3D to niezwykle wszechstronna technologia, która rewolucjonizuje produkcję urządzeń elektronicznych. Dzięki możliwości szybkiego prototypowania, personalizacji oraz optymalizacji kosztów, staje się ona istotnym narzędziem w procesie projektowania i wytwarzania. Zespół Device Prototype oferuje kompleksowe wsparcie w projektowaniu urządzeń elektronicznych oraz szybkim prototypowaniu. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się więcej i w pełni wykorzystać możliwości, jakie daje druk 3D w produkcji urządzeń elektronicznych.

Ostatnie wpisy
O Autorze

Oskar Pacelt

Wieloletni redaktor blogów, twórca treści SEO, pomysłodawca kampanii reklamowych z zakresu elektroniki i robotyki, tłumacz. Pasjonat wpływu nowych technologii na codzienne życie i związanych z nimi przemian społecznych.
Copyright © 2023 Device Prototype 
Masz pytania?
Skontakuj się z nami!
727 777 431
info@deviceprototype.com