值得关注的电子产品3D打印技术

| 3DScienceValley · 2016/12/21

通过3D打印机进行电子产品外壳的快速原型在电子行业中已很常见，但3D打印技术在电子行业中的应用并非仅停留在电子产品的“表面”,更加令人兴奋的应用是打印PCB（印刷电路板）和在多种基底上直接打印元器件。

虽然这些应用尚处于起步阶段，但随着技术的发展和导电油墨的成熟，这些应用是否将对现有的电子产品制造模式产生影响呢？我国作为PCB制造大国，这些新兴的电子3D打印技术和应用是值得国内相关企业保持关注的。为此，3D科学谷将市场上出现的几种具有创新性的电子产品3D打印技术以及它们的主要应用和优势进行了整理。

打印PCB或具有功能性的电子产品

创新性的3D打印技术

Voxel8嵌入式电子3D打印技术
Voxel8是一款可以在室温条件下打印嵌入式电子产品的3D打印机，基于材料挤出(Fused Fliament Fabrication)3D打印技术，可共同打印热塑性塑料和高导电银墨水来制造电子产品。这台机器是由哈佛大学教授Jennifer A. Lewis开发的，首批交付的客户包括Google先进科技与计划部门。

Voxel8的团队还联合Autodesk开发了一款软件Project Wire，通过这款软件用户可以导入现有的CAD 模型，然后为模型添加电子元器件和电路，电路可在3D模型上部或内部直接绘制。该软件保证了电路能够在打印层之间准确排列，并获得最优导电率。Voxel8 3D打印机除了可以通过一次连续的打印任务创建一些简单的电子部件之外，还可以通过很方便的停止/启动功能，将一些外部部件在打印过程中嵌入对象，然后继续打印，从而制造功能性的电子部件。

Voxel8 的3D打印技术可应用在PCB 快速原型、3D天线打印，以及在物体中嵌入传感器等领域，为产品设计提供新的可能性，并能够大大缩短电子产品从仿真到制造的时间。

Optomec 气溶胶喷射3D打印技术
Optomec公司开发的Aerosol Jet气溶胶喷射3D打印可以在嵌入式电子元件中打印微米级的3D聚合物和复合结构。Optomec的Aerosol Jet 5X设备可以在200mm×300mm×200mm的空间范围打印10微米到1毫米宽的材料，五轴运动平台可以加工包括导电油墨、粘合剂、聚合物、电介质等材料，从而可以制造表面不平坦的电子内件和印刷线路板。

早期使用Optomec气溶胶喷射3D打印技术的客户已经将该技术应用到智能设备和微流控领域。使用该技术可以在无需添加支撑结构的情况下使用光聚合物等材料打印出微米级的高纵横比以及拥有不规则形状的3D结构。通过将这些3D结构直接打印在天线、传感器、半导体芯片、医疗设备或工业零部件等结构上，即可制造出功能性的电子组件。

MultiFab复合3D打印机
MultiFab可以打印多达10种材料，打印过程中可以将电子、电路和传感器直接嵌入打印对象中，使其具有广泛的应用领域，从备件到完整功能部件。MultiFab3D打印机是由麻省理工学院的计算机科学与人工智能实验室的研究人员设计的。

嵌入的功能允许它打印复杂的电子件，消除了手动装配的需要，降低成本和浪费。目前已经能够打印智能手机的LED透镜，其开放的技术潜力还包括医疗成像和消费电子领域。

CC3D连续复合材料3D打印技术
美国CC3D称其技术的突破点是可以连续打印复合材料，并且可以快速地3D打印将各种纤维、金属和塑料打印在一起，形成一个完整的、功能性电子部件。

CC3D已经打印了碳纤维、芳纶、玻璃纤维、纤维光学、连续铜线材料，3D打印机可配置多达16种不同材料的挤出机，光固化的过程将不同的材料“集合”在一起。CC3D的打印速度快，已经达到了每分钟90英寸（约2.28米）的打印速度，最重要的是CC3D将创建造型的自由度和打印功能组件整合在一起来，完成产品打印的过程中同时完成电路的“铺设”。

CC3D的3D打印技术目前已经进入到商业化阶段，可应用的领域包括打印IoT智能物联网设备的导电材料和绝缘材料，而这些物联网设备在航空航天、汽车制造等行业中都可以找到应用的切入点。

Nano Dimension PCB 3D打印技术
Nano Dimension 致力于PCB产品原型的3D打印，并推出了可制造3D打印电路板原型的桌面级电子打印机DragonFly2020。

传统方式生产的复杂PCB板是使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后粘牢(压合)而成，DragonFly2020 3D打印机则使用喷墨沉积与固化系统，在数小时内便可完成多层电路板的打印。该设备可同时打印两种材料，全部使用Nano Dimension自主开发的AgCite纳米颗粒导电银油墨。Nano Dimension的打印材料专家能够提取10-100+纳米级纯银颗粒，通过控制纳米颗粒的尺寸、形状和离散实现最高水平的电导率、灵活性和附着力。

有哪些优势？

知识产权保护
据3D科学谷的市场研究，在电子行业中PCB设计师在完成PCB的设计之后需要委托第三方进行原型制作。将产品设计外发就存在产品设计泄露的风险。但有了PCB 电路板3D打印技术，通过外包服务商进行快速原型就不再是唯一解决方案，产品设计师可以使用PCB 3D打印设备在企业内部完成产品的快速原型，对新产品的设计方案进行更加周密的保护。

促进产品迭代
相比将产品设计发给外包商等待PCB板的小批量原型，或者是通过外包商定制一些电子部件，电子产品设计师使用3D打印机直接进行快速原型或小批量生产，将会大大缩短交货周期，促进产品快速迭代。

丰富的打印基底材料，促进物联网的发展
3D打印电子技术比较有潜力的应用是在物联网领域。物联网设备中往往需要嵌入电路和传感器，以实现数据的传输和物体的互联，以上我们介绍过的几种3D打印技术都有打印电路和传感器领域的相关应用。

3D打印技术可在多种材质的基底上打印电路和传感器，其中也包括在柔性物体上面实现这类应用，例如，Nano Dimension公司已尝试在纺织物上打印电子元件和传感器，它们是织物中不可分割的一部分，Nano Dimension还对纺织物的导电性、弹性、摩擦等方面进行了测试，测试结果表明3D打印银导体具有足够高的弹性，足以匹配纺织物的弹性。通过此类技术，就连柔软的纺织物也具有成为物联网设备的可能性，未来物联网设备是否将随处可见呢？

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