Una nuova interruzione nella stampa 3D elettronica: LDM, produzione digitale illuminata
La produzione incustodita a basso volume di circuiti funzionanti è ora un’opzione
È stato un anno di primati per la stampa 3D elettronica, con il lancio di Lights-Out Digital Manufacturing (LDM), una tecnologia di produzione in cui i sistemi funzionano con scarso o nessun intervento umano tutto il giorno . Ecco una rapida occhiata alla tecnologia LDM e allo sviluppo di una varietà di innovative applicazioni di stampa 3D per l’elettronica stampata.
La stampa 3D sta trasformando il modo in cui progettiamo e produciamo elettronica. Supera i vincoli negli approcci tradizionali al circuito stampato (PCB) e alla produzione elettronica, in termini di velocità, flussi di lavoro complessi e risorse. I nuovi progetti possono essere eseguiti rapidamente attraverso un processo di produzione interno più efficiente, fornendo un’esecuzione più rapida dei cicli di progettazione, costruzione e test.
Sistema di produzione digitale DragonFly Lights-out
Ciò consente ai produttori di superare i limiti, promuovere l’innovazione e arrivare sul mercato più rapidamente dei loro concorrenti. Tuttavia, con l’imminente rivoluzione della produzione digitale, l’automazione è sempre più perseguita per estendere le capacità della produzione additiva dalla prototipazione rapida alla produzione a basso volume e di breve periodo. L’obiettivo principale è aumentare la produzione in fabbrica, ridurre i costi operativi e produrre circuiti elettronici funzionali unici che è impossibile realizzare con qualsiasi altro metodo.
Il primo sistema con tecnologia LDM specificamente progettato per automatizzare il processo di produzione per la fabbricazione di PCB è l’innovativa piattaforma di produzione additiva DragonFly LDM ™. Introdotto da Nano Dimension il 24 luglio 2019, questo esclusivo sistema per la stampa 3D 24 ore su 24 di circuiti elettronici con intervento umano scarso o nullo, può comportare un uptime del sistema dell’85% e ridurre significativamente i costi generali relativi alla manutenzione settimanale e preventiva le misure.
Le prime implementazioni di DragonFly LDM sono con il fornitore tedesco di sensori e elettronica per la difesa HENDSOLT e il Manufacturing Technology Center (MTC), una struttura di ricerca e sviluppo nel Regno Unito. La loro risposta a DragonFly LDM è che il nuovo sistema consente una significativa riduzione di tempi e costi per la realizzazione di circuiti stampati (PCB) multistrato, condensatori, bobine, antenne di sensori e altro ancora.
La produzione additiva di elettronica viene anche utilizzata per lo sviluppo di applicazioni avanzate, inclusi dispositivi che richiedono funzionalità sempre più complesse, complessità geometriche elevate e dimensioni molto ridotte per dispositivi connessi in modo intelligente, Industria 4.0 e per l’Internet delle cose. Di seguito sono riportati alcuni esempi di numerosi studi sulla qualificazione di prove concettuali che hanno portato ad alcuni elementi elettronici stampati in 3D molto dinamici.
condensatori
Nano Dimension ha sviluppato condensatori stampati in 3D sul pionieristico sistema DragonFly dell’azienda. Producendo condensatori utilizzando la stampa 3D, gli utenti possono evitare quello che è spesso un processo di assemblaggio multiplo e complesso poiché DragonFly stampa l’intero condensatore e il PCB in un unico processo di stampa. Ciò consente alle aziende di superare molte delle sfide imposte dalle tecniche di produzione tradizionali. Inoltre, la produzione additiva di condensatori all’interno degli strati interni dei circuiti può liberare spazio per soddisfare la tendenza sempre crescente verso la miniaturizzazione e la planarità dei dispositivi elettronici per applicazioni di consumo, industriali e di difesa. Con spazio aggiuntivo, i progettisti possono aggiungere più funzionalità al circuito stampato e ridurre le dimensioni dei componenti, il tutto senza compromettere l’affidabilità.
Circuiti RF
Lo scorso autunno, Nano Dimension ha lavorato con Harris Corporation, che ha utilizzato DragonFly per produrre in modo addizionale circuiti RF stampati in 3D. L’appaltatore della difesa con sede negli Stati Uniti ha scoperto che i loro circuiti stampati con DragonFly funzionavano allo stesso modo di quelli creati con la tradizionale stampa elettronica, mentre l’esclusivo sistema di stampa a getto d’inchiostro di DragonFly ha permesso loro di essere prodotti molto più rapidamente.
LDM
Il montaggio laterale su PCB, creato dal sistema DragonFly Pro, aggiunge proprietà immobiliari preziose e consente una maggiore funzionalità a bordo
Tecnologia di montaggio laterale
Di recente, Nano Dimension ha annunciato la prima tecnologia di montaggio laterale al mondo per circuiti stampati (PCB) prodotti in aggiunta . Durante i test, Nano Dimension ha utilizzato DragonFly per stampare in 3D e saldare i componenti nella parte superiore, inferiore e laterale di un PCB, con un aumento del 50% dello spazio su scheda rispetto ai PCB fabbricati tradizionalmente. Lo spazio extra offerto dal montaggio laterale consente agli ingegneri progettisti di offrire più funzionalità sul circuito stampato, che è particolarmente rilevante per l’IoT e l’Industria 4.0 dove progetti e forme personalizzati sono una domanda crescente.
Matrici a griglia a sfera
LDM
Più di recente, Nano Dimension ha annunciato che il sistema DragonFly ha abbreviato e semplificato con successo il processo di assemblaggio di array di reti a sfere (BGA) e altri componenti della tecnologia di montaggio superficiale (SMT) utilizzati per i circuiti integrati. In un test di prova, il team di Nano Dimension Application Engineering ha ridotto il tempo necessario per creare i BGA da giorni o settimane a solo un’ora.
Questa impresa in precedenza era irrealizzabile a causa delle tempistiche estese e dei processi di assemblaggio BGA tipicamente complessi associati ai metodi di produzione tradizionali. In genere, il processo dalla progettazione iniziale alla stampa, saldatura, produzione, assemblaggio e reflow richiede settimane per essere completato. Con una struttura di layout speciale che può essere raggiunta solo tramite PCB fabbricati in modo aggiuntivo, non è necessario alcun attrezzo speciale per il montaggio. Ciò consente l’assemblaggio manuale interno di componenti BGA e SMT durante la fase di progettazione e sviluppo delle applicazioni.
Dispositivo IoT completamente funzionale
Per l’IoT, sono necessari sia un trasmettitore che un ricevitore (ricetrasmettitore) per creare la comunicazione e la connessione tra due oggetti. Con DragonFly, la stampa, l’assemblaggio e il collaudo di un prototipo di ricetrasmettitore funzionante sono stati completati in un solo giorno, accelerando notevolmente lo sviluppo fino al 90%, per un processo che spesso richiede due settimane o più. Il dispositivo IoT di tipo telecomandato, più piccolo di una moneta da un dollaro d’argento (16 x 33 x 1,6 mm), è attualmente in fase di qualificazione e Nano Dimension anticipa che può essere facilmente ed efficacemente trasformato in un dispositivo di comunicazione a due vie (trasmettitore e ricevitore) come un router. I ricetrasmettitori fabbricati in modo additivo possono anche essere utilizzati come PCB completamente funzionale, consentendo ai progettisti di creare e testare rapidamente una vasta gamma di applicazioni IoT nel giro di pochi giorni anziché settimane per applicazioni come le comunicazioni tra cui case intelligenti, elettrodomestici, dispositivi indossabili, giocattoli, smartphone e altro ancora. Ciò dimostra che la capacità di sviluppare nuove innovazioni nell’IoT diventerà presto molto più semplice.
L’elettronica stampata in 3D ha molti vantaggi, il più ovvio è che riduce i tempi di sviluppo. Tuttavia, il vantaggio più significativo per Industry 4.0 e per l’Internet of Things è la capacità di avere il controllo dei processi di lavoro, dei costi operativi e delle scadenze, rendendo le aziende più competitive. Mantiene anche privati i tuoi file di progettazione sensibili mantenendo la produzione di circuiti interni anziché l’outsourcing, riducendo i rischi aziendali.
