3D印刷电路板是如何运作的?

3D印刷电路板背景

印刷电路板（PCB）允许制造商在有组织的相对较小的扁平材料上创建复杂的布线和电路。PCB的基本概念是，通过在非导电板上形成导电材料线，我们可以使用最小的空间在表面上创建复杂的电气系统。然后，这些板的几层可以彼此叠放，以创建更精细的方案。

由于其高效性和可承受的批量生产成本，PCB已用于所有现代电子设备，从家用计算机到最先进的实验室设备。这项技术的应用是无限的，可以在无数的DIY项目中使用。

也就是说，制造定制的PCB可能既昂贵又耗时，特别是对于业余爱好者而言，即使您自己在家做。出于这个原因，有些人试图使用其3D打印机复制同样的技术。

非3D打印方法

如果您搜索“ 3D打印电路板”，则可能会遇到许多看似相关的项目，但其中大多数并不是3D打印项目。例如，最常见的与CNC相关的方法之一是在板上画一个保护罩（用笔连接到打印头上），然后使用蚀刻液去除未接触的区域并创建痕迹。另一种方法是简单地使用CNC铣刀在板上刻出导电迹线。

3D打印方法

在3D打印方面，我们可以执行以下两项操作之一：使用导电丝的痕迹打印模型（用作布线），或创建中空沟槽，然后填充导电材料。在本文中，我们将仔细研究这两种方法。

尽管正在设计用于创建PCB的3D打印机，但目前，您的家庭项目将主要是临时过程。也就是说，对于一款非常酷的新兴PCB 3D打印机，请观看Design World的YouTube视频。

注意：尽管存在用于3D打印PCB的方法，但该过程并不容易，并且将需要一些电子专业知识。

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3D印刷电路板这个怎么运作

方法1：使用导电丝

3D打印电路板最明显的方法是让3D打印机放下导电细丝，以形成与常规PCB相似的线条图案。这种技术的一个很酷的地方是，通过将第二种材料与3D技术结合使用，理论上可以创建多层电路并合并除平坦表面以外的形状。

今天有各种导电丝可用。对于2D打印，最常用的材料是包含金属（例如银）的墨水。除此之外，还存在大多数灯丝的导电形式，例如ABS，PLA，HIPS或TPU。这些长丝含有石墨烯，尽管它们不如金属，但它们可以导电。

方法2：创建空心痕迹

第二种方法是3D打印带有空心痕迹的模型，以后可以在其中填充导电物质。流行的选择是电漆，但您也可以尝试使用导电环氧树脂。

3D印刷电路板好处与缺点

与生活中的大多数事物一样，上述两种方法都有其优点和缺点：尽管第一种方法倾向于创建更准确，更复杂的形状，但是使用典型的台式3D打印机执行起来也更加复杂和困难。第二种可能更容易正确安装并且不需要焊料，但是由于导电填料的成本，第二种价格可能更高。

鉴于可访问性，低成本和快速的设计生产时间，3D打印电路板非常适合DIY项目和原型制作。与目前在装配线上生产电路板的方式相比，3D打印机的适应性允许设计过程具有更大的灵活性，并且可以更快地生产定制测试板。如果我们还考虑最终产品，则3D打印可以使用具有复杂形状的电路板和电路，例如，可以更轻松地安装在特定的外壳中或集成到更大的系统中。

当前，主要限制是缺乏软件支持以及导电3D打印材料（尤其是与金属相比）的相对有效性。牢记这一点，只要确保考虑到打印机的精度，您就应该能够几乎可以想象到的任何电路板进行3D打印。

只是不要忘记，如果您打算将零件焊接到板上，则焊料的熔点约为188°C，典型的铁加热到约330°C。注意不要融化您的打印！

3D印刷电路板如何使自己的

目前，还没有专门设计用于3D打印的PCB的程序。我们的建议是使用您最喜欢的任何建模软件，无论它是Tinkercad之类的简单工具还是Fusion 360之类的更复杂的工具。也就是说，使用能够对多种材料进行建模的程序可能会使您的生活更加轻松。

在下文中，我们将简要概述使用上述两种方法之一进行3D打印电路板的要求。在开始使用这两种方法中的任何一种之前，您可能需要勾勒出您的设计，使其更易于可视化。

方法1：使用导电丝

如果您像大多数3D打印机所有者一样只能使用一次拉伸，则需要将设计分为两部分。

在准备好电路草图后，首先要对只有几层高的图案进行建模。这将成为您用导电材料印制的痕迹。不要忘记为外部组件留空。

此后，您应该创建基础印刷品，该印刷品将填充电路之间及其周围的空间。如果您仅从实心块中减去第1步中的图案，这将非常容易。

分别保存两个设计，但要确保它们的关联坐标对齐，以使第一个模型插入第二个模型。切片模型并将其上载到打印机。

装入导电丝并打印第一个模型（迹线）。

在不除去第一张照片的情况下，装入第二根（非导电）灯丝并打印第二张模型，从而用两种不同的材料创建一个实心照片。

在此过程中，您需要确保两个模型正确对齐。但是，一旦掌握了它，就可以创建带有附加重叠印刷品的多层电路。如果您想对此方法进行更详细的说明，建议您观看本YouTube教程，了解有关使用单喷嘴的多丝打印的信息。

获得3D印刷电路板后，安装组件的方式应与普通PCB大致相同。再一次，要特别小心烙铁与印刷板的距离。

Thingiverse用户I-see-3D尝试了类似于上述示例的示例。根据他们的说法，该模型尚未经过实际测试，但是很容易看出它是如何工作的。在这种情况下使用的导电丝是Proto Pasta的导电PLA。

方法2：创建空心痕迹

在设计和打印方面，此方法有点像上一个方法的一半。剩余的工作将用于添加导电材料。

与第一种方法一样，首先对仅几层高的模式进行建模，然后从实心块中减去该模式。剩下的应该是您的踪迹将留在的空白处。

请注意，为了适应以后手动添加导电材料的不精确特性，您应该将空心走线设计得比其他方式要宽一些。

选择不导电的灯丝，例如PLA，PETG或ABS，然后打印模型。

放置电路组件，然后使用选择的导电材料填充模型中的间隙。如果使用注射器或移液器，可能会更容易。

如有必要，请让您的导电材料有时间静置并干燥。将完成的电路板涂在诸如硅树脂的密封胶中以防止氧气或湿气进入也是一个好主意。

行动中

在mikey77的Instructable中演示了此方法。注意事项：

在步骤3中，mikey77做出了明显的努力来扩大迹线。

选择的导电材料是称为“导电铜”的涂料，但mikey77还建议使用环氧银。

由于这种设计，在添加涂料之前，电路组件的引线很容易弯曲到凹槽中。
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