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3D PCB Printer

La produzione additiva multimateriale simultanea per l'elettronica di domani

La stampante 3D per il PCB consente alle aziende che operano in elettronica di avere il pieno controllo dei propri cicli di sviluppo, grazie alla stampa “in casa” dei circuiti. Dalla realizzazione di proof of concept alla validazione della progettazione, la stampa 3D di PCB è in grado di ridurre di settimane e persino mesi i cicli di progettazione e test.

Questo consente di introdurre processi di sviluppo hardware più agili in ogni fase di prototipazione, ridurre il time to market e riservare all’azienda una maggiore capacità di innovare. La stampante 3D per PCB Dragonfly di Nano Dimension unisce una stampante a getto d'inchiostro estremamente precisa, che utilizza nano inchiostri  dedicati, a nuovi software in grado di consentire a progettisti e ingegneri di realizzare notte tempo il proprio prototipo. L'intera gamma di elementi tipici di un PCB può essere stampata in modo assolutamente efficiente comprese le interconnessioni come i vias e i fori passanti - senza incisioni, forature, placcature o scarti.

Perché la stampante 3D per PCB ti aiuta ad arrivare sul mercato prima e meglio

La stampante 3D per PCB consente a progettisti e ingegneri di sviluppare diverse parti del circuito in parallelo - testando e iterando al volo per accelerare l'innovazione e migliorare le prestazioni organizzative.

Con la stampante 3D per PCB, molte delle complessità e dei colli di bottiglia relativi alla fase di prototipazione dei PCB vengono rimossi, permettendo alle aziende di prendere il pieno controllo dei loro cicli di produzione. Il risultato è una riduzione dei tempi complessivi di sviluppo, una maggiore flessibilità e una mitigazione dei rischi. Ciò consente alle aziende di portare rapidamente la migliore elettronica sul mercato, rispettando i budget e mantenendo le informazioni di progettazione più sensibili in-house.

Simultaneous multi-material additive manufacturing is a revolutionary approach that helps redefine the electronics of tomorrow for attributes including density, size and flexibility.

La produzione additiva multimateriale simultanea è un approccio rivoluzionario che ha già iniziato a porre le basi per l’elettronica di domani e ha aperto scenari ad oggi inesplorati.

Dalla progettazione al dispositivo funzionante stampato in 3D

La stampante 3D per PCB stampa digitalmente e produce in modo additivo dispositivi elettronici funzionali. Ecco come:

  1. Il primo passo è quello di caricare i file ECAD (che sono Gerber più  Excellon) all’interno del software SWITCH che li converte in un file di stampa digitale. Diversi dispositivi stampati in 3D possono essere stampati in un unico processo di stampa.
  2. Il progetto viene quindi caricato sul software 3D PCB Printer e inviato in stampa.
  3. Il dispositivo viene stampato strato per strato simultaneamente attraverso il getto di inchiostri conduttivi e dielettrici. Le nano particelle d'argento sono centrate per formare le tracce conduttive, i piani, i poligoni, i fori e i vias. Il materiale dielettrico viene trasformato in un polimero in grado di isolare  gli elementi conduttivi e creare la struttura esterna del dispositivo.
  4. La fase di stampa termina, il prodotto entra in  linea di assemblaggio e passa successivamente alla saldatura. 
  5. Il dispositivo elettronico realizzato con la stampa 3D è pronto.

Nel seguente breve video, è possibile vedere come avviene tutto il processo.

Scopri come funziona esattamente una stampante 3D per PCB e quali materiali vengono utilizzati

La stampante 3D per PCB produce in modo additivo dispositivi elettronici funzionali. La stampante 3D per PCB stampa dispositivi elettromeccanici planari e 3D basati su progetti creati attraverso un software ECAD. Nel video più sotto ti mostriamo una panoramica della stampante 3D per PCB e dei suoi componenti.

Inchiostri Conduttivi e Dielettrici

Al centro del sistema ci sono due testine di stampa che contemporaneamente gettano:

  • inchiostro conduttivo, noto come CI
  • inchiostro dielettrico, noto come DI.

Nel nostro caso, entrambi gli inchiostri sono stati sviluppati esclusivamente per il sistema Dragonfly sviluppato da Nano Dimension. Ogni testina di stampa ha 512 ugelli attraverso i quali vengono spruzzati gli inchiostri.

L'inchiostro conduttivo è composto da nanoparticelle d'argento che sono sospese in un solvente e altri liquidi. Quando l'inchiostro viene gettato sul vassoio di stampa bollente, i suoi liquidi evaporano e le . particelle di nanosilver che rimangono sul vassoio vengono esposte al calore del ferro. Questo permette alle nanoparticelle di aggregarsi fino a formare un unico pattern conduttivo.

L’inchiostro dielettrico è un inchiostro a base monomerica. Una volta spruzzato sul vassoio di stampa, l'inchiostro dielettrico è esposto alla luce UV che lo polimerizza e indurisce. L'inchiostro  polimerizzato agisce come isolante tra gli elementi conduttivi e conferisce struttura alla scheda AME. Il gruppo contiene le testine di stampa e la lampada UV. Ha anche una fotocamera che viene utilizzata per la calibrazione di stampa. Durante la stampa e le sequenze di pulizia delle testine di stampa, il gruppo si sposta non solo avanti e indietro lungo le assi del gruppo, ma anche  su e giù lungo l'asse Z.

Il processo di stampa

La stampante 3D per PCB è controllata e monitorata da una specifica applicazione, che viene installata su un PC dedicato. Il sistema di raffreddamento è responsabile di garantire che le testine di stampa non si surriscaldino. È composto da refrigeratore,  liquido refrigerante verde e tubi. Il refrigeratore è impostato a 30 gradi Celsius e  la temperatura massima consentita è di 30 gradi Celsius più o meno 1,5 gradi Celsius. La sezione pneumatica comprende le pompe d’aria e di aspirazione,  e vuoto, tubi e valvole. Questi sono utilizzati per la circolazione dell'inchiostro e per consentire la pulizia delle testine di stampa.

Il serbatoio grigio dell'inchiostro sulla destra del  video è il serbatoio principale dell'inchiostro conduttivo. Quando si riempie questo serbatoio si consiglia di aggiungere fino a 100 cc di inchiostro conduttivo alla volta. Il serbatoio giallo di sinistra invece è il serbatoio principale di inchiostro dielettrico. Quando si riempie questo serbatoio si consiglia di aggiungere fino a 200 cc di inchiostro dielettrico alla volta. L'inchiostro fluisce dai serbatoi principali ai serbatoi secondari di inchiostro conduttivo e dielettrico e da lì alle testine di stampa attraverso i tubi del sistema di erogazione.

I dispositivi elettronici stampati in 3D sono costruiti strato per strato su un supporto  di stampa che è strettamente attaccato al mandrino tramite aspirazione. Durante la stampa, il mandrino viene riscaldato a 140 gradi celsius e si sposta avanti e indietro sull'asse di stampa.
Il contenitore dei rifiuti contiene i residui di inchiostro e il liquido di lavaggio usato per le testine di stampa. Deve essere smaltito secondo le normative locali.

 

Lavaggio e spurgo delle testine di stampa

Se osservate la stazione dalle porte posteriori di servizio della stampante 3D per PCB Dragonfly, potete vedere un discreto numero di tubi. Il sistema di consegna dell'inchiostro (riconsocibile dal colore giallo),  tubi trasparenti dei sistemi pneumatici, i tubi neri e grigi dei sistemi di raffreddamento.  I processi di lavaggio e spurgo che salvaguardano gli ugelli delle testine di stampa vengono eseguiti nella stazione di pulizia che è composta da:

2 porte di lavaggio che iniettano il liquido di lavaggio verso le testine di stampa;

2 ventose che risucchiano il liquido di lavaggio;

2 vaschette di spurgo

Una lama d’aria che aspira l'eventuale inchiostro rimanente sul telaio dell’area di stampa al termine della sequenza di spurgo. La sequenza di spurgo viene eseguita automaticamente ogni 3 minuti durante la fase di stampa e quando la macchina è inattiva. Anche le testine di stampa vengono lavate ogni 2 ore durante la fase di stampa e ogni 8 ore quando la stampante è inattiva. Si noti che l'inchiostro conduttivo in eccesso raccolto durante la fase di spurgo viene risucchiato dalla ventosa e  trasferito al separatore per essere riciclato. L'inchiostro dielettrico residuo e il liquido di lavaggio utilizzato per lavare le testine di stampa vengono invece trasferiti nel contenitore dei rifiuti.

Il separatore separa l'inchiostro conduttivo rimanente dall'aria umida, e la pompa di riciclaggio rimanda l'inchiostro conduttivo al serbatoio principale CI. La pompa dell'inchiostro pompa quindi l'inchiostro conduttivo dal serbatoio principale CI al serbatoio secondario CI. L'unità elettrica principale alimenta e controlla la trasmissione di energia  ai componenti elettrici del sistema Dragonfly. Questo è tutto!

Esempi di elettronica realizzati con la stampante 3D per PCB

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