开发用于工业增材制造的PCB

如今，至少在许多生产设施中，都使用自动化来改善装配任务的同步性。工业制造效率（质量和成本）的提高是不可否认的。其中一个先进的制造技术 有望成为扩散的重要贡献者 工业4.0是工业增材制造。这个术语可能会让您想到台式机3D打印，这可能并不完全准确。首先，让我们弄清楚这两个过程在哪里相交和相异，然后讨论在为不断发展的工业增材制造领域构建电路板时特别要关注的PCB开发问题。

 

3D打印是工业增材制造吗？

在明确回答此问题之前，让我们定义一些术语：

添加剂制造

增材制造是通过添加来创建产品的过程。换句话说，该过程从基本结构开始，并添加其他材料，直到获得最终产品。有多种增材制造工艺，包括：

l 物料挤出：此过程使用加热的喷嘴，当物料挤出时，喷嘴在床层上水平移动。降低床身以允许创建其他层。

l 强力熔床（PBF）：这里，使用3D激光或热束熔化材料。此方法用于多种制造过程中，包括电子束熔化（EBM），选择性热烧结（SHS），选择性激光烧结（SLS），直接金属激光熔化（DMLM）和直接金属激光烧结（DMLS）。

l 定向能量沉积（DED）：此方法类似于材料挤出，但是此处可以使用更多种材料。这些包括陶瓷，金属和聚合物。

l 增值税聚合：由镜子引导的紫外线用于称为光聚合的过程中，以创建此方法的对象。

l 粘结剂喷射：该喷射过程使用打印头分配粉末材料层，然后依次连接液体粘结层以构建物体。

l 材料喷射：此过程类似于粘合剂喷射，因为使用了诸如二手或喷墨打印之类的打印头来分配材料。可以使用自然冷却或紫外线照明。

工业增材制造

可以追溯到1980年代的增材制造是为工业环境设计的。目的是为复杂和特殊的组件提供一种快速的原型技术，作为减去制造方法的替代方法，在制造方法中，组件是通过从较大的板材或结构中去除材料来制造的，这通常涉及过多的材料浪费，机器设置以及其他增加成本。

3D列印

3D打印不是特定的制造过程。相反，可以将其定义为数字图像或模型的利用，其可以通过软件，扫描或其他方法作为在3D空间中打印对象的源而获得或生成。用于创建对象的方法称为增材制造过程。

增材制造方面的不断研究与开发导致机器更小，成本更低，近来最终达到了台式打印机的高度，台式打印机可以应用增材制造技术来创建单个组件或对象。这些3D打印机使这项技术可供更广泛的受众使用。尽管3D打印在工业环境中的使用一直在有限的范围内（主要用于航空航天，汽车和医疗设备应用），但是自从问世以来，人们对3D打印在整个工业生产领域的使用产生了新的兴趣。

 

如何设计和制造用于工业增材制造的PCB

传统制造技术和工艺的诸多优势激发了人们对增材制造或工业生产3D打印的新兴趣，这些优势可以提高速度，降低成本并提高生产能力。其中包括能够生产更复杂的结构，更少的材料浪费，由于数字到数字处理而更快的设置以及更低重量的产品。3D打印机由需要电子设备和PCB的机械设备组成。此外，它们具有其他打印机共有的功能，需要控制。

在为3D打印机开发板时，应应用PCB设计原则，以确保 优化成品板。这样做可以帮助您避免3D打印机常见的电路板类型潜在的问题区域，例如下面列出的那些区域。

l 电源完整性

3D打印机通常具有内部配电网络（PDN），因为驱动电动机控制器，功率集成电路（IC），驱动LED，电源用户界面和其他设备需要多种功率水平。因此，您的设计必须提供足够的电源和接地，同时尽量减少对其他电路的干扰。

l 信号完整性

另一个重要问题是信号传播的质量和完整性。有一些信号完整性问题如果未使用适当的间隙，走线长度和宽度以及阻抗，则可能会在板上产生这种情况。由于打印机要求精确度来控制移动和公差较小的机械设备，因此优化信号质量至关重要。

 

很大程度上是由于小型台式3D打印机的开发所带来的兴奋，工业增材制造最终被视为大规模生产的主要部分。广泛实施此技术的优势是速度，数字化处理中的集成简便性以及较低的总体生产成本，尤其是在支持智能工厂和工业4.0环境方面。