3D打印讓電子元件產(chǎn)業(yè)“騰飛”

    你可能不是第一次聽說“盒子里的工廠”，它在現(xiàn)實(shí)中有多種表現(xiàn)形式：小到視桌面機(jī)為家用生產(chǎn)設(shè)備的創(chuàng)客社群，大到像考文垂制造技術(shù)中心這樣的機(jī)構(gòu)––該機(jī)構(gòu)最近啟動(dòng)了一項(xiàng)計(jì)劃，旨在將英國(guó)中小型制造企業(yè)轉(zhuǎn)化為全球數(shù)字工廠。

    2012年創(chuàng)建的以色列科技公司Nano Dimension對(duì)這個(gè)詞有新的想法，其推出的DragonFly 20203D打印機(jī)用于實(shí)現(xiàn)專業(yè)電子元件的終極快速原型制作。作為用于解決電子元件制造過程中實(shí)際問題的第一款系統(tǒng)，DragonFly通過“盒子”將制造過程中的傳統(tǒng)外包部分轉(zhuǎn)為內(nèi)部生產(chǎn)。

    與3D打印一樣，打印電子元件很早之前已被推出，但直到最近才開始走向成熟。Nano Dimension決不是第一家從事3D打印電子元件設(shè)計(jì)生產(chǎn)的公司，但與生產(chǎn)Developer’s Kit 3D打印機(jī)的初創(chuàng)公司Voxel8不同，Nano Dimension將自己定位為第一家在專業(yè)領(lǐng)域完全專注于3D打印電子元件的公司。

    Nano Dimension首席商務(wù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Simon Fried說：“塑料打印和金屬打印各有各的適用范圍，但在我們生活的星球上電子設(shè)備無處不在。為實(shí)現(xiàn)電子元件和3D打印的融合，我們必須探索各種新型制造方式并最終制造出不同產(chǎn)品。”

    印制電路板的生產(chǎn)是一項(xiàng)極其冗長(zhǎng)的過程。其他制造過程已開始接受增材制造等時(shí)間壓縮技術(shù)，而印制電路板的生產(chǎn)仍是一個(gè)緩慢的過程。在描述生產(chǎn)電子產(chǎn)品的傳統(tǒng)工作流程時(shí)，Simon認(rèn)為電子團(tuán)隊(duì)“面臨的掣肘問題是，他們每完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)都必須委托第三方進(jìn)行原型制作”，最終影響整個(gè)生產(chǎn)周期。

    DragonFly使用噴墨沉積與固化系統(tǒng)，在數(shù)小時(shí)內(nèi)便可完成多層電路板的打印。該設(shè)備可同時(shí)打印兩種材料，全部使用Nano Dimension自主開發(fā)的AgCite納米顆粒導(dǎo)電銀墨。Nano Dimension的打印墨粉專家能夠提取10-100+納米級(jí)純銀顆粒，通過控制納米顆粒的尺寸、形狀和離散實(shí)現(xiàn)最高水平的電導(dǎo)率、靈活性和附著力。Simon認(rèn)為使用專有材料是實(shí)現(xiàn)電子元件正常運(yùn)行所需終極精度的“必由之路”。

    Simon說道：“它是真正意義上的一套完整系統(tǒng)，各部分密切配合——每個(gè)部件的設(shè)計(jì)都與其他部件完美配合。”

    設(shè)備入門只需少量培訓(xùn)，在Nano Dimension技術(shù)將印制電路板轉(zhuǎn)換為打印對(duì)象之前，工程師可繼續(xù)使用Cadence等常規(guī)設(shè)計(jì)軟件包。DragonFly通過預(yù)定的10分鐘學(xué)習(xí)曲線為工程師提供各種電子元件的設(shè)計(jì)新思路。

    印制電路板的現(xiàn)有制造方式受各方面的限制。為了保證高解析率，它們采用垂直或平行布置，它們的耐受能力遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)打印的部件。因此，Simon認(rèn)為3D打印在電子行業(yè)中的發(fā)展?jié)摿�遠(yuǎn)高于其他任何行業(yè)，因?yàn)樗�能夠�(yàn)楣こ處熖峁└�多自由和靈活性，從而完全改變印制電路板的總體應(yīng)用思路。

    鑒于3D打印的種種優(yōu)勢(shì)，Nano Dimension希望看到更多的電子工程師大膽創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。10或12層印制電路板典型的10天周期通常意味著工程師對(duì)過程仍持保守態(tài)度，因?yàn)槿魏问д`都會(huì)引起成本和時(shí)間方面的高風(fēng)險(xiǎn)。工程團(tuán)隊(duì)能夠利用3D打印改變其工作方式，將線性工作流程轉(zhuǎn)變?yōu)楦�加靈活的系統(tǒng)，在不斷重復(fù)嘗試的過程中打印一整塊電路板或部分電路。

    Simon評(píng)論：“你可以向著極限條件做進(jìn)一步探索，因?yàn)槭д`的代價(jià)無非就是在明天之前完成重新打印，這意味著你承受得起更多的創(chuàng)新工作。”

    盡管目前還無法實(shí)現(xiàn)，但我們的最終目標(biāo)是將10種不同的打印墨與元器件融合制成完整產(chǎn)品。這會(huì)對(duì)諸如智能手表等消費(fèi)性技術(shù)的生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響：成品中可嵌入更加復(fù)雜的電子元件取代目前任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都必須考慮的印制電路板。

    Simon說：“我們目前是在打印印制電路板，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，印刷電路板必將消失并成為各種相應(yīng)物件的內(nèi)在組成部分。它只是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的固有部分而已。”

    從概念到試制產(chǎn)品只需數(shù)月時(shí)間

    DragonFly本身就是一種3D創(chuàng)新產(chǎn)品。該設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)綜合采用SOLIDWORKS 3D設(shè)計(jì)軟件、Composer、Simulator和PDM Professional，僅僅17個(gè)月內(nèi)便將來自自然的靈感(汽車、蜻蜓造型)實(shí)現(xiàn)為產(chǎn)品。

    該設(shè)備計(jì)劃于今年晚些時(shí)候在美國(guó)、歐洲和亞洲的主要制造和技術(shù)活動(dòng)上進(jìn)行商業(yè)發(fā)布。他們已經(jīng)與少數(shù)幾家公司展開初步合作，包括硅谷3D打印服務(wù)提供商 FATHOM和航空技術(shù)開發(fā)商以色列航空工業(yè)公司，這兩家公司將是最先收到打印機(jī)的客戶。Nano Dimension正在尋求電信、航空、消費(fèi)電子、汽車甚至是物聯(lián)網(wǎng)等各行業(yè)合作伙伴。每個(gè)行業(yè)對(duì)該技術(shù)的需求都不盡相同：有的行業(yè)只需提升開發(fā)速度，有的行業(yè)要求實(shí)現(xiàn)輕量化，有的行業(yè)則要求植入消費(fèi)性產(chǎn)品。

    Simon總結(jié)道：“各行各業(yè)提出各種不同的問題。我們目前不能一一解答這些問題，但隨著各領(lǐng)域工作的不斷深入，這些問題都會(huì)隨時(shí)間推移日漸明朗。”