SLS激光燒結(jié)3D打印PCB電路板？德國EOS設備新應用

前幾天南極熊報道的《重磅：世界首塊10層3D打印PCB電路板誕生》，引起業(yè)內(nèi)的強烈關(guān)注。南極熊從德國EOS獲悉，他們的客戶竟然使用激光塑料粉末SLS 3D打印機，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，計算機芯片的制程已達到納米級別，其性能改進的提升速度已接近平緩。從技術(shù)角度來看，進一步縮小芯片幾乎不可能實現(xiàn)。為持續(xù)改進性能，制造商致力于對可堆疊式多結(jié)構(gòu)層的架構(gòu)進行研究。在電路載板領(lǐng)域， 已經(jīng)形成了類似的方案。德國公司 Beta LAYOUT GmbH 已成功運用 EOS 增材制造技術(shù)制造出此類創(chuàng)新型載板原型，并對其進行了測試。

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，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行的微處理器所掩蓋。當然，從某種程度上講，這并不公平，因為若沒有高性能中樞神經(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或多個芯片以及所需的其他電子元件。這形成了一個可以實現(xiàn)從供電、電路系統(tǒng)到信號輸出等各種任務的網(wǎng)絡。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。其中一個原因是許多電子設備變得越來越��；即使外形本身比較大，留給真正的電子系統(tǒng)的空間也呈現(xiàn)出越來越小的趨勢。例如，在現(xiàn)有的體積內(nèi)，需要安裝屏幕、容納越來越多的接口和輸出點，而且電池越來越大。

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


對于現(xiàn)代電子產(chǎn)品，電路系統(tǒng)通常必須爭奪機殼內(nèi)的有限空間。采用傳統(tǒng)堆疊方式時，PCB 無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越短，這也帶來了額外的挑戰(zhàn)：采用注塑成型工藝制造原型過于昂貴。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。因為增材制造利用激光逐層打印，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)不僅僅應用在打印過程中；打印出模型后，對模型進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線跡線。

激光會觸發(fā)物理化學反應，產(chǎn)生金屬原子，同時使表面粗糙化。激光直接成型后，將模型置于無電流的鍍銅槽中。此時，銅粒子沉淀在先前激活的區(qū)域，形成導線跡線。鍍銅后，導線跡線通過電鍍進一步鍍銅，也可以通過表面加工直接處理。隨后，Beta LAYOUT 在公司的內(nèi)部裝配部門將各個單獨的元器件添加至整體組件中。成品件用作初始原型和模型，可對其進行功能測試并對設計布局進行檢查。


“我們?yōu)楦鞣N公司提供 3D-MID （機電一體化器件）原型制造服務，”Beta LAYOUT GmbH 的 3D-MID 產(chǎn)品經(jīng)理 Manuel Martin 解釋說，“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。尤為實用的是，我們甚至能夠通過網(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)務模型�！�

無論對于個體開發(fā)者還是大型的成熟公司，增材制造均可以確保客戶定制化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格快速生產(chǎn)。同時，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)，這是一個不容忽視的特性，在執(zhí)行測試時更是如此。

EOS 增材制造技術(shù)還帶來了高度的靈活性：使用的機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)時所面臨的高溫限制。憑借這種靈活性，Beta LAYOUT 能夠應對特定用途電路載板的特性要求，從而滿足客戶的各種個性化需求。由此，公司可以開發(fā)出優(yōu)化的個性化解決方案，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，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小時之內(nèi)即可完成成型制造，具有高效靈活等特點。

生產(chǎn)中的創(chuàng)新應用 ：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)同時具有低功耗的特點，從而使得整體運行費用得以降低。作為激光粉末燒結(jié)系統(tǒng)的入門級設備，P 110僅需非常基本的電、氣條件即可安裝使用。