開發(fā)用于工業(yè)增材制造的PCB

如今，至少在許多生產(chǎn)設(shè)施中，都使用自動(dòng)化來改善裝配任務(wù)的同步性。工業(yè)制造效率（質(zhì)量和成本）的提高是不可否認(rèn)的。其中一個(gè)先進(jìn)的制造技術(shù) 有望成為擴(kuò)散的重要貢獻(xiàn)者 工業(yè)4.0是工業(yè)增材制造。這個(gè)術(shù)語可能會(huì)讓您想到臺(tái)式機(jī)3D打印，這可能并不完全準(zhǔn)確。首先，讓我們弄清楚這兩個(gè)過程在哪里相交和相異，然后討論在為不斷發(fā)展的工業(yè)增材制造領(lǐng)域構(gòu)建電路板時(shí)特別要關(guān)注的PCB開發(fā)問題。

3D打印是工業(yè)增材制造嗎？

在明確回答此問題之前，讓我們定義一些術(shù)語：

添加劑制造

增材制造是通過添加來創(chuàng)建產(chǎn)品的過程。換句話說，該過程從基本結(jié)構(gòu)開始，并添加其他材料，直到獲得最終產(chǎn)品。有多種增材制造工藝，包括：

l物料擠出：此過程使用加熱的噴嘴，當(dāng)物料擠出時(shí)，噴嘴在床層上水平移動(dòng)。降低床身以允許創(chuàng)建其他層。

l強(qiáng)力熔床（PBF）：這里，使用3D激光或熱束熔化材料。此方法用于多種制造過程中，包括電子束熔化（EBM），選擇性熱燒結(jié)（SHS），選擇性激光燒結(jié)（SLS），直接金屬激光熔化（DMLM）和直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）。

l定向能量沉積（DED）：此方法類似于材料擠出，但是此處可以使用更多種材料。這些包括陶瓷，金屬和聚合物。

l增值稅聚合：由鏡子引導(dǎo)的紫外線用于稱為光聚合的過程中，以創(chuàng)建此方法的對(duì)象。

l粘結(jié)劑噴射：該噴射過程使用打印頭分配粉末材料層，然后依次連接液體粘結(jié)層以構(gòu)建物體。

l材料噴射：此過程類似于粘合劑噴射，因?yàn)槭褂昧酥T如二手或噴墨打印之類的打印頭來分配材料?？梢允褂米匀焕鋮s或紫外線照明。

工業(yè)增材制造

可以追溯到1980年代的增材制造是為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的。目的是為復(fù)雜和特殊的組件提供一種快速的原型技術(shù)，作為減去制造方法的替代方法，在制造方法中，組件是通過從較大的板材或結(jié)構(gòu)中去除材料來制造的，這通常涉及過多的材料浪費(fèi)，機(jī)器設(shè)置以及其他增加成本。

3D列印

3D打印不是特定的制造過程。相反，可以將其定義為數(shù)字圖像或模型的利用，其可以通過軟件，掃描或其他方法作為在3D空間中打印對(duì)象的源而獲得或生成。用于創(chuàng)建對(duì)象的方法稱為增材制造過程。

增材制造方面的不斷研究與開發(fā)導(dǎo)致機(jī)器更小，成本更低，近來最終達(dá)到了臺(tái)式打印機(jī)的高度，臺(tái)式打印機(jī)可以應(yīng)用增材制造技術(shù)來創(chuàng)建單個(gè)組件或?qū)ο?。這些3D打印機(jī)使這項(xiàng)技術(shù)可供更廣泛的受眾使用。盡管3D打印在工業(yè)環(huán)境中的使用一直在有限的范圍內(nèi)（主要用于航空航天，汽車和醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用），但是自從問世以來，人們對(duì)3D打印在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的使用產(chǎn)生了新的興趣。

如何設(shè)計(jì)和制造用于工業(yè)增材制造的PCB

傳統(tǒng)制造技術(shù)和工藝的諸多優(yōu)勢(shì)激發(fā)了人們對(duì)增材制造或工業(yè)生產(chǎn)3D打印的新興趣，這些優(yōu)勢(shì)可以提高速度，降低成本并提高生產(chǎn)能力。其中包括能夠生產(chǎn)更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，更少的材料浪費(fèi)，由于數(shù)字到數(shù)字處理而更快的設(shè)置以及更低重量的產(chǎn)品。3D打印機(jī)由需要電子設(shè)備和PCB的機(jī)械設(shè)備組成。此外，它們具有其他打印機(jī)共有的功能，需要控制。

在為3D打印機(jī)開發(fā)板時(shí)，應(yīng)應(yīng)用PCB設(shè)計(jì)原則，以確保 優(yōu)化成品板。這樣做可以幫助您避免3D打印機(jī)常見的電路板類型潛在的問題區(qū)域，例如下面列出的那些區(qū)域。

l電源完整性

3D打印機(jī)通常具有內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)（PDN），因?yàn)轵?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制器，功率集成電路（IC），驅(qū)動(dòng)LED，電源用戶界面和其他設(shè)備需要多種功率水平。因此，您的設(shè)計(jì)必須提供足夠的電源和接地，同時(shí)盡量減少對(duì)其他電路的干擾。

l信號(hào)完整性

另一個(gè)重要問題是信號(hào)傳播的質(zhì)量和完整性。有一些信號(hào)完整性問題如果未使用適當(dāng)?shù)拈g隙，走線長(zhǎng)度和寬度以及阻抗，則可能會(huì)在板上產(chǎn)生這種情況。由于打印機(jī)要求精確度來控制移動(dòng)和公差較小的機(jī)械設(shè)備，因此優(yōu)化信號(hào)質(zhì)量至關(guān)重要。

很大程度上是由于小型臺(tái)式3D打印機(jī)的開發(fā)所帶來的興奮，工業(yè)增材制造最終被視為大規(guī)模生產(chǎn)的主要部分。廣泛實(shí)施此技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是速度，數(shù)字化處理中的集成簡(jiǎn)便性以及較低的總體生產(chǎn)成本，尤其是在支持智能工廠和工業(yè)4.0環(huán)境方面。