Produzione additiva nell’elettronica

Questo articolo ha lo scopo di approfondire la stampa 3D di componenti meccanici per l'elettronica e spiegare come la produzione additiva consenta processi di progettazione e produzione più rapidi.
Electronic and mechanical components

Proprio come in qualsiasi altro campo, la produzione additiva (AM) offre opportunità uniche anche nel campo dell’elettronica. La sua capacità di combinare più materiali in singoli oggetti di stampa è molto utile in questo settore. Le tecnologie di stampa 3D sono molto più accessibili e semplici di quanto non lo fossero in precedenza. Ciò consente una prototipazione significativamente più rapida, che potrebbe ridurre i tempi di consegna, i costi e gli errori che interrompono il processo produttivo.

Quando scegliere la stampa 3D per l’elettronica?

Per la produzione su richiesta

La stampa 3D consente la produzione on-demand di una parte elettronica con tempi di consegna fissi e una struttura dei costi contenuta, che riduce notevolmente i tempi di progettazione e messa sul mercato di un prodotto. Consente inoltre di produrre facilmente dispositivi vecchi e nuovi con più materiali di stampa 3D e volumi ridotti direttamente dal magazzino digitale di un determinato produttore o dal modello CAD di un cliente.

Questo è il vantaggio principale che trasformerà la catena di approvvigionamento per l’elettronica e consentirà ai produttori di soddisfare istantaneamente la domanda dei clienti.

Per mirare a una maggiore innovazione e personalizzazione

Ci sono molte possibilità per i progettisti di proporre idee innovative invece di utilizzare gli stessi disegni tradizionali a causa della complessità data dai design nuovi ed efficienti. Le tecnologie SLS e MJF sono valide anche per progetti complessi e per la produzione in lotti che in precedenza era uno svantaggio della produzione additiva (AM). Un lotto importante di involucri elettronici, breadboard ecc. può essere prodotto molto velocemente con AM, rispetto ai processi convenzionali.

Ad esempio, l’utilizzo della stampa 3D per i pannelli solari aiuta i designer a superare le regole di progettazione convenzionali. Questo non si applica solo alla struttura esterna, ma anche ai circuiti interni che potrebbero aiutare a migliorare le prestazioni dei componenti, ridurre al minimo le dimensioni, ottimizzare il peso e ottenere geometrie complesse e precise.

3D printed parts used in the electronics industry
Componenti stampati in 3D utilizzati nell’industria elettronica (Fonte: Cubicure)

Per una prototipazione più rapida

La velocità e la facilità d’uso associate alla produzione additiva la rendono ideale per la creazione di prototipi rapidi. La stampa di parti con Multi jet fusion (MJF) è un’opzione relativamente economica spesso scelta per la prototipazione.

La modellazione a deposizione fusa, la forma più accessibile di produzione additiva, è un’altra valida alternativa. FDM è la tecnologia più economica e migliore per la prototipazione grazie alla sua semplicità d’uso e al materiale di stampa più economico. Siccome l’intero processo è molto più economico rispetto ai processi convenzionali, c’è una migliore possibilità di ridisegnare e analizzare in un breve lasso di tempo.

Per avere nuovi materiali con cui sperimentare

I prodotti elettronici come i PCB dipendono principalmente da due tipi di materiali: un substrato dielettrico isolante ed elementi conduttivi. I materiali polimerici più recenti con bassa costante dielettrica e materiali polimerici semiconduttori, entrambi con proprietà elettroniche regolabili, sono stati adattati per l’uso negli ultimi tempi.

Questi materiali all’avanguardia, abbinati alla stampa 3D, possono aprire nuove prospettive in termini di design e sviluppi moderni.

Printer printing onto a plastic surface
Stampante al lavoro su una superficie di plastica (Immagine: Technocrazed)

Per ottenere parti con una buona finitura superficiale

Tecnologie come SLA o Carbon DLS utilizzano materiali in resina e sono di natura fluida offrendo una buona finitura superficiale. Forniscono proprietà come flessibilità e resistenza all’acqua che sono una preziosa aggiunta all’elettronica moderna come nei telefoni pieghevoli e i dispositivi resistenti all’acqua. Se la prima necessità è una stretta tolleranza e precisione, queste due sono le tecnologie da guardare al futuro.

Prototipi ad alta definizione e funzionali sono anche una delle applicazioni di SLA e Carbon DLS.

Benefici della produzione additiva in elettronica

Design corretto e ottimizzato

Siccome il modello è generato al computer  e stampato, c’è solo un piccolo margine di errore.

In un processo tradizionale, il circuito viene aggiunto alla parte completa nella fase successiva, ma nel processo additivo, il circuito viene stampato insieme alla parte incapsulandolo al suo interno, e salvaguardandolo da eventuali danni esterni. Ad esempio, la piccola antenna di un telefono cellulare può essere stampata direttamente su un telefono.

Stampa su superfici non piane

Le parti elettroniche come i PCB possono essere semplicemente stampati in 3D su superfici non piane, mentre i metodi convenzionali non consentono questo processo. Allo stesso modo, l’elettronica può essere facilmente incorporata in dispositivi indossabili, sensori su superfici flessibili, strisce reattive per misurare la glicemia, protesi e batterie personalizzabili.

I dispositivi personalizzati e le batterie stampate in 3D possono superare quelle normali poiché le loro forme e dimensioni sono personalizzate per adattarsi a un particolare prodotto e funzione, ottimizzando così le prestazioni.

Flexible PCB
PCB flessibile (Immagine: Instructables)

Peso leggero e minor spreco di materiale

Una delle caratteristiche significative della stampa 3D è la sua minor produzione di scarti rispetto ai tradizionali processi di asportazione e mantiene lo stesso concetto anche per l’elettronica. La stampa 3D elimina la necessità di ulteriori cablaggi e circuiti aggiuntivi. Inoltre, l’elettronica stampata riunisce le lavorazioni della produzione convenzionale in un unico passaggio facilitando così anche un assemblaggio più semplice.

Elimina le sostanze chimiche nocive

L’incisione è la fase in cui viene rimosso il materiale in eccesso. Per realizzare questo passaggio si utilizzano sostanze chimiche dannose . La produzione additiva ha eliminato questo step poiché il film viene posato direttamente sul posto senza passaggi aggiuntivi.

Conclusione

Xometry Europa offre servizi di stampa 3D online per progetti di stampa 3D on-demand, sia per prototipi che per grandi lotti. Con una rete di oltre 2.000 partner in tutta Europa, Xometry è in grado di fornire parti stampate in 3D in un massimo di 3 giorni. Caricate i vostri file CAD sul Motore di Quotazione Istananeo di Xometry per ricevere un preventivo istantaneo con varie opzioni di produzione disponibili per la stampa 3D.

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