מבוא

תעשיית החלל חיפשה דרכים ארוכות להפחית במשקל, לקצר את קווי זמן הייצור, ולהגדיל את חופש העיצוב עבור חלליות.שיטות ייצור מסורתיות כרוכות במרקם נפרד של לוחות אלקטרוניים, רתום, ורכיבים מבניים, ואחריו האסיפה הזמנית של עבודה-intensive.הופעתה של אלקטרוניקה מודפסת תלת-ממדית - ידועה גם בשם אלקטרוניקה המיוצרת (AME) - מעצבת מחדש תהליכים אלה על ידי הטמעת מעגלים ומבנה של עיצוב ישיר על ידי חלליות ומבנה עיצוב על ידי עיצוב.

מה הם 3D-Printed Electronics?

אלקטרוניקה מודפסת תלת מימד משלבת ייצור תוספים עם ייצור מעגלים אלקטרוניים.במקום לגרד נחושת מלוח שטוח או מכרה רכיבים דיסקרטיים על תת-סטריט, שם בונה שכבת מבנים אלקטרוניים על ידי שכבה באמצעות דיובים מוליכים, חומרים דיאלקטריים, ו שבבים משובצים.מדפסות רב-חומריות מיוחדות יכולים להפקיד הן thermoplastics מבניות ועקבות התנהגותיות במחזור יחיד.זה מאפשר ליצור שלושה ממדי כדי להתאים מעגלים מורכבים או משטחים מורכבים.

התהליך בדרך כלל כרוך במודל דיגיטלי המפרט את הגיאומטריה של החלק המבני ואת מסלולים חשמליים משובצים.המדפסה לאחר מכן extrudes או סילון חומרים כגון דיו מבוסס כסף, פולימיידיד dielectrics, ו- Solder-paste dots עבור רכיב המצורף. כמה מערכות מתקדמות להשתמש solsolting סילון או לייזר ישיר משחה כדי לפתור תכונות בסדר מתחת ל- 50m, אפילו חיישנים מורכבים, כמו רכיבי מכניים, אפילו אנטה, או אנטנות, כולל אנטנות, או אנטנות נוירונים.

יתרונות לייצור Spacecraft

ירידה במשקל

כל דקדוק שהושק למסלול עולה אלפי דולרים.אלקטרוניקה מסורתית מסתמכת על PCB נפרדים, מחברים כבדים, ועמודי wiring מסיביים שמוסיפים מסה משמעותית. 3D מודפסים אלקטרוניקה לחסל רבים מהם על ידי שילוב של עקבות ישירות על לוחות מבניים, חזיונות או דיור. a one תוסף-manufactuured part יכול להחליף תריסר חתיכות מסורתיות, לחסוך עד 40-60% במשקל בחלק מהמערכות, למשל, עבור לוחות חשמל מוטבעים נפרדים, או אנטים, עבור אנטים, עבור אנטים נפרדים.

עיצוב Flexibility

ייצור חינם מאפשר אלקטרוניקה לעקוב אחר הצורה של החללית במקום לכפות את החללית להכיל לוחות שטוחים.חיישנים ניתן להדפיס על פני השטח הפנימי של מיכל דלק לפקח על הלחץ ללא קידוחים; אנטנה יכולה להתאים לעור החיצוני של לוויין, שיפור עומסי אווירודינמיקה וביצועי אותות. תרכובות כגון גלות סניף או מחסניות 3D המחוברות יכול להיות מעשי ללא מגבלות ייצור סטנדרטיות.

ייצור מהיר יותר ושרשרת אספקה מפוכחת

ייצור חלליות מסורתי דורש זמני מוביל ארוכים עבור PCB מותאם אישית, רתום נודד, ומקשר מיקור חוץ.עם אלקטרוניקה מודפס תלת-ממדי, מכונה אחת יכולה לייצר אסיפה מבנית לחלוטין מקובץ דיגיטלי בשעות או ימים.על ייצור דרישה מקטין מלאי, מקצר את שרשרת האספקה, ומאפשרת השקיה מהירה במהלך מחזורי עיצוב.

עלויות יעילות

פחות חלקים, פחות עבודה של הרכבה, ודחף לוגיסטי מפלט עלות המערכת הכוללת.ההערכות ממחקרים בתעשייה מציעות כי שילוב אלקטרוניקה למבנים מודפסים תלת-ממדיים יכול להפחית את עלויות הייצור הכוללות ב -30-50% עבור תת-מערכות מסוימות.בנוסף, היכולת לשלב פונקציות מרובות בחלק אחד מקטין את מספר הספקים, בדיקות הסמכה, ונקודות בדיקה.

אתגרים והגבלות נוכחיות

למרות ההבטחה, אלקטרוניקה מודפסת תלת מימד חייב לשרוד את התנאים הקיצוניים של החלל. Vacuum, קרינה, רכיבה תרמי מ -180 מעלות צלזיוס ל +150 מעלות צלזיוס, ורטטים במהלך ההשקה לכפות דרישות מחמירות על חומרים וממשקים. inks מוליכים חייב לשמור על התנגדות יציבה ודבקות על פני השטח של אלפי מחזורי תרמית.

התפתחות חומרית

מחקר למוליכים חדשים להדפסה - כגון דיוסים מבוססי נחושת, חלקיקים נחושת מכוסים כסף, ו גרפן מורכב - נועד לסגור את פער הביצועים. Simultanely, עתירי טמפרטורה גבוהה כמו PEEK ו PEKK מותאמים להדפסה ישירה של אלקטרוניקה בגלל של גזי גז מצוינים שלהם עמידות חומר רב-חומרי המשלב פולימרים מבני עם תת-קרקעית גמישה הוא אזור מרכזי של מעגל מעגלי תנועה או מעגליים שונים של גשר יעיל.

אחריות והחלטה

המדינה- of the-art מדפסות להשיג רוחב קו עד 50-100 מיקרומטר, אשר מספיק עבור חיישנים רבים אותות דיגיטליים אבל הוא עדיין coarser מאשר 25 קווי מיקרומטר של PCB סטנדרטי.עבור חיבורים צפופים, טכניקות חדשניות כמו לייזר ישיר הוראה (LDS) או אלקטרו הידרודינמיקה נבדקים כדי לדחוף החלטות מתחת 10 מיקרומטר ב-מעבד ולהבטיח אינטגרציה סגורה תחת פיקוח רחב.

יישומים נוכחיים בחלל

כמה סוכנויות וחברות כבר נבדקו 3D-printed אלקטרוניקה. נאס"א (FLT:0) ייצור תוספתי עבור Spacecraft (AMS) תוכנית אלקטרוניקה 1 הוכיח אנטנה מודפסת מעגלים רדיו- ⁇ על לוחות קוביות (סוכנות החלל האירופית (ESA) אישרה בהצלחה מסנן גל מודפס 3D מודפס עבור טלוויזיות, בהשוואה ל מצעים מסחריים סטנדרטיים של 2D -2 שבועות המשולבים -2D -2 שבועות של חיישן מתכת יחיד - כולל קומפקטי - 2D - 2D - 2D - 2D - 2D - 3D - 3D - 3D - כולל קומפקטית מתכת - 2D - 2D - 2D - כולל סורק גישה משולבת לחלוטין - 2D - 2D - 3D - 3D - 3D - 3D - 3D - קובצי Cookie משולבת - 3D - קומפקטית מתכת - 3D - 3D - סורקת מתכת - סורקת מתכת - כולל קומפקטית מתכת - כולל קומפקטית מתכת - 3D - 3D - 3D - 2D - 2D - כולל סורקת מתכת - סורקת מתכת - 2D - 2D - 3D - 2D - 2D - 2D - 2D מודפס

דוגמה בולטת נוספת היא פרויקט החלל של אלניה (Alnia Spaceve ProjectFLT) 1:1 אשר הפיק יחידת טלמטרי לוויין עם עקבות מעוות מודפסות משובצות במבנה פולימרים מאויש פחמן-פרי. גישה זו בוטלה מעל 30 מחברים ו-15 מטרים של חוט, וכתוצאה מכך ירידה של 50% במסה והפחתה של 60% בשעות הרכב ידניות.

עתיד Outlook ופוטנציאל הטרנספורמציה

על ייצור ותיקון

החזון האולטימטיבי של אלקטרוניקה מודפסת תלת מימד בחלל הוא על ייצור תוספת של אוביטר.עם מדפסת רב-חומרית על תחנת חלל או מתקן ללא תשלום, אסטרונאוטים או מערכות רובוטיות יכולים לייצר לוחות מעגלים חלופיים, לתקן צנרת פגומה, או אפילו שדרוגים של תשלומים במהלך משימות ארוכות-טווח של ייצור (RT) כבר יש להדפיס חלקים מבניים פשוטים כדי לאפשר הפעלה עצמית מתקדמת של 3DPSDPSDPSI על ידי אלקטרוניקה מתקדמת, כלומר, כלומר, כלומר, כדי להפחית את התקני מיקרו-F-F-F-F-Fic מתקדמים, כדי לפתח משימות הפעלה מהירה של 3DLCDLCDLCDLCDLCS בשלב מתקדם של אלקטרוניקה מתקדמת, כלומר, בדיקות לטווח הארוך.

שילוב עם Digital Twin ו-AI

בעוד החללית הופכת יותר מקושרת, אלקטרוניקה מודפסת תלת מימדית תמלא תפקיד בחישה מבוזרת ופעולה. החללית העתידית עשויה לשלב אלפי זנים מודפסים, טמפרטורה וחיישנים קרינה להאכיל נתונים למודל תאום דיגיטלי.זה יאפשר ניטור בריאות מבני בזמן אמת ותחזוקה חיזוי. בשילוב עם אופטימיזציה של מכונות, התאומה הדיגיטלית יכולה להתאים באופן אוטומטי את הפריסה עבור הדור הבא מבוסס על ביצועים המבוססים על תפקודים, עיצוב נתונים מהר יותר מאשר סגירת נתונים.

ייצור היברידי מתקרב

במקום להחליף את כל השיטות המסורתיות, סביר להניח כי ישמשו תהליכים היברידיים: מבנים מודפסים 3D עם חיבורים מודפסים ו- ICs קונבנציונליים, זה משלב את הטוב ביותר של שני העולמות - הגמישות של עיצוב תוספת עם הביצועים המוכחים של חבילות מוליכים למחצה סטנדרטיים. כמה פרימי ייצור היברידי כבר מפתחים תאים ייצור היברידיים המשלבים שש זרועות רובוטיות, 3D ורכיב יחיד כדי ליצור לוויין יחיד.

מסקנה

אלקטרוניקה מודפסת תלת מימדית נעה במהירות מסקרנות מעבדה לטכנולוגיה לקריאה.על ידי הטמעת מעגלים ישירות לתוך מבני חלליות, יצרנים להשיג פחתות דרמטיות במשקל, מורכבות, וזמן הייצור תוך השגת חופש עיצוב חסר תקדים.למרות ביצועים חומריים ורזולוציה הדפסה עדיין דורשים זיכוך נוסף עבור כוח גבוה יישומים ⁇ גבוה, בדיקות מתמשך והפגנות מוצלחות להוכיח את הכדאיות של הגישה.