SLS激光燒結(jié)3D打印PCB電路板？德國(guó)EOS設(shè)備新應(yīng)用

前幾天南極熊報(bào)道的《重磅：世界首塊10層3D打印PCB電路板誕生》，引起業(yè)內(nèi)的強(qiáng)烈關(guān)注。南極熊從德國(guó)EOS獲悉，他們的客戶竟然使用激光塑料粉末SLS 3D打印機(jī)，助力PCB電路板原型生產(chǎn)。這是很不一樣的工藝技術(shù)路線！


如今，計(jì)算機(jī)芯片的制程已達(dá)到納米級(jí)別，其性能改進(jìn)的提升速度已接近平緩。從技術(shù)角度來(lái)看，進(jìn)一步縮小芯片幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。為持續(xù)改進(jìn)性能，制造商致力于對(duì)可堆疊式多結(jié)構(gòu)層的架構(gòu)進(jìn)行研究。在電路載板領(lǐng)域， 已經(jīng)形成了類似的方案。德國(guó)公司 Beta LAYOUT GmbH 已成功運(yùn)用 EOS 增材制造技術(shù)制造出此類創(chuàng)新型載板原型，并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。

采用 PA 3200 GF 材料制造而成的功能集成化的定制型電路載板

面臨的挑戰(zhàn)
一直以來(lái)，電路載板和傳統(tǒng) PCB（印刷電路板）的光芒都或多或少地被基于其運(yùn)行的微處理器所掩蓋。當(dāng)然，從某種程度上講，這并不公平，因?yàn)槿魶](méi)有高性能中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮作用，再優(yōu)秀的大腦也毫無(wú)用處。在微電子領(lǐng)域也同樣如此：幾乎所有現(xiàn)代器件都需要電路板才能嵌入一個(gè)或多個(gè)芯片以及所需的其他電子元件。這形成了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)從供電、電路系統(tǒng)到信號(hào)輸出等各種任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。在新型元器件中，可供傳統(tǒng)電路板使用的安裝空間通常非常有限。其中一個(gè)原因是許多電子設(shè)備變得越來(lái)越�。患词雇庑伪旧肀容^大，留給真正的電子系統(tǒng)的空間也呈現(xiàn)出越來(lái)越小的趨勢(shì)。例如，在現(xiàn)有的體積內(nèi)，需要安裝屏幕、容納越來(lái)越多的接口和輸出點(diǎn)，而且電池越來(lái)越大。

如今，在大多數(shù)情況下和大多數(shù)領(lǐng)域中，簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室 PCB 足以滿足新電路系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了。除了可用的安裝空間有限外，重量也是一個(gè)關(guān)鍵因素 – 采用三維結(jié)構(gòu)的緊湊型電路板此時(shí)也能發(fā)揮重要作用。


對(duì)于現(xiàn)代電子產(chǎn)品，電路系統(tǒng)通常必須爭(zhēng)奪機(jī)殼內(nèi)的有限空間。采用傳統(tǒng)堆疊方式時(shí)，PCB 無(wú)法再容納所需的所有元器件，因此上述三維電路載板成為首選的解決方案。而且，很多器件的生命周期越來(lái)越短，這也帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)：采用注塑成型工藝制造原型過(guò)于昂貴。因此，Beta LAYOUT GmbH 決定尋找一種成本更低的高性能替代方案。

解決方案
得益于 DMLS 增材制造技術(shù)，沒(méi)有任何解決方案比增材制造更能滿足多層架構(gòu)的需求。因?yàn)樵霾闹圃炖�用激光逐層打印，這也是 Beta LAYOUT 依賴該技術(shù)并使用 3D 打印制造的塑料零部件的原因所在。創(chuàng)新技術(shù)不僅僅應(yīng)用在打印過(guò)程中；打印出模型后，對(duì)模型進(jìn)行特殊加工材料涂覆。后續(xù)步驟“激光直接成型”(LDS) 形成電路布局， 激活涂層后可形成導(dǎo)線跡線。

激光會(huì)觸發(fā)物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生金屬原子，同時(shí)使表面粗糙化。激光直接成型后，將模型置于無(wú)電流的鍍銅槽中。此時(shí)，銅粒子沉淀在先前激活的區(qū)域，形成導(dǎo)線跡線。鍍銅后，導(dǎo)線跡線通過(guò)電鍍進(jìn)一步鍍銅，也可以通過(guò)表面加工直接處理。隨后，Beta LAYOUT 在公司的內(nèi)部裝配部門將各個(gè)單獨(dú)的元器件添加至整體組件中。成品件用作初始原型和模型，可對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試并對(duì)設(shè)計(jì)布局進(jìn)行檢查。


“我們?yōu)楦鞣N公司提供 3D-MID （機(jī)電一體化器件）原型制造服務(wù)，”Beta LAYOUT GmbH 的 3D-MID 產(chǎn)品經(jīng)理 Manuel Martin 解釋說(shuō)，“使用 EOS 的 FORMIGA P 110，我們能夠快速地向客戶交付高質(zhì)量產(chǎn)品。尤為實(shí)用的是，我們甚至能夠通過(guò)網(wǎng)站和在線商店處理 3D 模型訂單。增材制造已幫助我們成功拓展了業(yè)務(wù)模型。”

無(wú)論對(duì)于個(gè)體開(kāi)發(fā)者還是大型的成熟公司，增材制造均可以確�？蛻舳ㄖ苹�的電路載板適用于全新的電子器件原型。塑料組件能以極具吸引力的價(jià)格快速生產(chǎn)。同時(shí)，該工藝還能提供所需的精度水平和卓越的組件質(zhì)量，所需的基本主體能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)，這是一個(gè)不容忽視的特性，在執(zhí)行測(cè)試時(shí)更是如此。

EOS 增材制造技術(shù)還帶來(lái)了高度的靈活性：使用的機(jī)器能夠處理各種材料，包括 PA 3200 GF，或尼龍鋁粉等。此外，還能夠處理 PEEK 等高性能聚合物材料和各種金屬材料。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，所有材料均能夠承受高溫， 由此打破了注塑成型工藝在批量生產(chǎn)時(shí)所面臨的高溫限制。憑借這種靈活性，Beta LAYOUT 能夠應(yīng)對(duì)特定用途電路載板的特性要求，從而滿足客戶的各種個(gè)性化需求。由此，公司可以開(kāi)發(fā)出優(yōu)化的個(gè)性化解決方案，以滿足客戶降低成本、提高耐高溫性能或其他具體需求。

關(guān)于本次電路打印所用到的SLS 3D打印機(jī)FORMIGA P 110

小型、靈活、高效，緊湊型激光塑料粉末燒結(jié)系統(tǒng)。

FORMIGA P 110系統(tǒng)用于直接制造、備件制造以及功能樣件（快速原型）制造。

FORMIGA P 110系統(tǒng)-緊湊型激光塑料粉末燒結(jié)系統(tǒng)。具有200mm x 250mm x 330mm的成型空間。FORMIGA P 110系統(tǒng)可制造基于尼龍或聚苯乙烯材料的塑料產(chǎn)品。同時(shí)，P 110系統(tǒng)可用于制造功能樣件、快速原型件、用于熔模鑄造的樣件。P 110系統(tǒng)在24小時(shí)之內(nèi)即可完成成型制造，具有高效靈活等特點(diǎn)。

生產(chǎn)中的創(chuàng)新應(yīng)用 ：FORMIGA P 110系統(tǒng)為用戶提供了多種創(chuàng)新功能。該系統(tǒng)制作的縱向薄壁僅為0.4mm，因此P 110系統(tǒng)非常適用于小型、精細(xì)零部件的制造與成型。創(chuàng)新型的鋪粉刮粉裝置保障了精細(xì)部件的高質(zhì)量和可靠性以及燒結(jié)流程的可靠性。P 110系統(tǒng)同時(shí)具有低功耗的特點(diǎn)，從而使得整體運(yùn)行費(fèi)用得以降低。作為激光粉末燒結(jié)系統(tǒng)的入門級(jí)設(shè)備，P 110僅需非�；�本的電、氣條件即可安裝使用。