Fשימוש Deposition Modeling (FDM) הפך לטכנולוגיה אבן הפינה בהנדסה אלקטרוניקה, במיוחד לייצור אבטיפוס פונקציונלי של מתחמי מעגלים.היכולת במהירות למקם עיצובים מותאמים אישית, לבדוק תפקוד מכני, ואימות ניהול תרמי לפני ביצוע כלי יקר עושה FDM כלי יקר ערך במחזור הפיתוח המוצר. מאמר זה מספק מדריך מקיף כדי למינוף FD עבור מעגלים, כיסוי הטכנולוגיה עצמה, עיצוב שיטות עבודה טובות, עיצוב.

טכנולוגיית FDM: איך זה עובד

FDM, הידוע גם כ-Fuse Filament fabrication (FFF), הוא תהליך ייצור תוספתי אשר בונה שכבת אובייקטים על ידי שכבת שומן thermoplastic. a filament spool הוא ניזון לתוך נחירות מחומם, אשר ממיס את החומר והפקדות אותו על פלטפורמה בונה על פי כלי ממוחשב מחוספס, כמו כל שכבה הוא מטה, הוא מתפתל לשכבה הקודמת, כדי להתנגדות מוצקה.

תהליך ההדפסה בפירוט

  • (FLT:0) עיבוד: מודל 3D (בדרך כלל בפורמט STL או 3MF) הוא פרוס לתוך שכבות אופקיות דקות באמצעות תוכנה סליקה, PrusaSlicer, או Siלהגדיל 3D. תוכנה זו מייצרת את קוד G-קוד השולט בטמפרטורה ללא מרע, טמפרטורה, הדפסה, מהירות, והגדרות של traction.
  • (FLT:0)Layer deposition: 1FLT:1 המדפסת נעה את הנורה במטוס X-Y בעוד extruding molten filament. לאחר השלמת שכבה, פלטפורמת הבנייה מורידה (או ראש ההדפסה מעלה) על ידי שכבה אחת (בדרך כלל 0.1- מ"מ 0.3), והשכבה הבאה מופקדת.
  • (FLT:0Cooling and Solidification:FLT:1) חלק קירור מאוורר הממוקם על ראש ההדפסה מסייע לחזק כל שכבה במהירות, שיפור פני השטח ופרטי קנס.פלטפורמת הבנייה מחוממת לעתים קרובות כדי לשפר את החידה ולמנוע מחיקה, במיוחד עבור חומרים כגון ABS או פוליקרבונט.

FDM ידועה בשל הפשטות שלה, עלות נמוכה וזמינות רחבה של חומרים.בניגוד לאבקה או הדפסה מבוססת ⁇ 3D, FDM משתמשת בתרמופלסטיקה כי הם בטוחים לטפל ודורשים רק ventilation מינימלית.

בחירת חומרים ל-Cretations

בחירת הפשילה הנכונה היא קריטית לביצוע של מתחם מעגלי.החומר חייב להציע כוח מכני מספיק, התנגדות תרמית, בידוד חשמלי, וקלות הדפסה. להלן הם התרמדומים הנפוצים ביותר המשמשים FDM עבור דיורי אלקטרוניקה.

PLA (Polylactic Acid)

PLA הוא ה filament הקלה ביותר להדפסה והוא בשימוש נרחב עבור prototyping. זה עשוי משאבים מתחדשים ומייצר ריח מינימלי במהלך הדפסה. . pLA מתחודד ויש להם דיוק רב מימדי טוב, אבל טמפרטורת המעבר הנמוכה שלהם (כ 60 מעלות צלזיוס) הופכת אותם ללא מתאימים לסביבות חום גבוהות. PLA אידיאלי עבור בדיקות יעילות טפסים ואלקטרוניקה נמוכה כוח הצרכנים.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

ABS מציע עמידות השפעה גבוהה יותר ויציבות תרמית (מעבר זכוכית -105 ° C) בהשוואה PLA. זה החומר ללכת אל אבטיפוס פונקציונלי כי חייב לסבול חום או מתח קל.עם זאת, ABS מתכווץ במהלך קירור, גרימת בעיות הדבקה ושכבת שכבתיות ללא תא בנייה מחומם. Acetone vapor חלקה יכול לשמש לשיפור פני השטח וכוח.

PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)

PETG משלב את קלות ההדפסה של PLA עם התנגדות כימית וכוח השפעה קרוב ל- ABS.יש לו טמפרטורת מעבר זכוכית סביב 80 מעלות צלזיוס והוא פחות נוטה להתחמש מאשר ABS. PETG היא בחירה מצוינת עבור אולמות הדורשים עמידות ושקיפות (זמין בגרסאות ברורות).זה גם בטוח מזון בכמה ציונים, אם כי לא תמיד נדרש עבור אלקטרוניקה.

ניילון (Polyamide)

כריות ניילון מציעות קשיחות יוצאת דופן, גמישות והתנגדות לחיבוק.הם אידיאליים עבור מחסנים כי צריך לעמוד בפני השפעה חוזרת או כוחות clamping. ניילון הוא Hygroscopic וחייב להיות יבש לפני הדפסה, וזה לעתים קרובות דורש מסגר עם טמפרטורה גבוהה כדי למנוע נביחת.Annaling חלקים מודפסים יכולים לשפר תכונות מכניות.

Polycarbonate (PC)

Polycarbonate מספק את ההתנגדות הגבוהה ביותר חום (מעבר משקפיים - 147°C) ואת כוח ההשפעה בקרב FDM filaments נפוצים.זה משמש עבור אולמות כי חייב לעמוד סביבות תעשייתיות קשות או טמפרטורות גבוהות.מחשב דורש מדפסת המסוגלת להגיע ל טמפרטורות 280-300 מעלות צלזיוס וחדר מחומם באופן פעיל כדי למזער את הפחתת.

חומרים מיוחדים

סדקים Composite כגון סיבים פחמן מלא ניילון או סיבים זכוכית - מלא PETG מציעים נוקשות מוגברת ויציבות ממדית. התנהגות או ממותג מתכת ניתן להשתמש עבור תרכובות בטוח ESD או מגן יישומים, אם כי מוליכות חשמלית מוגבלת. filaments גמישים (TPU) משמשים עבור גזים או הקלה זנים משולבים לתוך המתחם.

הנחיות עיצוב עבור FDM Circle Enclosures

המתחם FDM מוצלח דורש תשומת לב קפדנית לתכנון עקרונות ייצור תוספים (DFAM).ההנחיות הבאות יסייעו למהנדסים לייצר אבטיפוס אמין, פונקציונלי.

סובלנות ו Clearances

הדפסות FDM אינן מדויקות כמו חלקי הזרקת-מדומים. סובלנות טיפוסית הם ±0.2-0.5 מ"מ, בהתאם לשקית המדפסת וגיאומטריה.עבור lids או הוספת מחוננים, ניקוי עיצוב של 0.3-0.5 מ"מ סביב ה- PCB. עבור חורים על גבי דחיסה, השתמש בניקוי של 0.2-0.4 מ"מ סביב הבורג.

ניהול וידוי Thermal Management

רכיבים אלקטרוניים מייצרים חום כי חייב להיות dissipated. integrate ventilation חריצים, גריל, או תבניות דבש בעיצוב המתחם.מ מאז שכבות FDM ליצור מוליכות תרמית anisotropic, להבטיח כי נתיבי זרימת האוויר מוכוונים לכיוון השכבה כדי למקסם קירור ויזואלי.

סטנדאפ, בוסים, והרהורים

השתמש במלכודות צילינליות עם קוטר של 8-12 מ"מ להעלות את ה- PCB מעל רצפת המתחם.עבור שילובים משוריינים (מוחות או פלדה), עיצוב רצף שהוא 0.2 עד0.3 מ"מ גדול יותר מאשר הקוטר המשולב כדי לאפשר כניסה עם ברזל מכרה.עבור ברגים עצמיים, השתמש חור בערך 0.1 מ"מ קטן יותר מהליבת הבורג.

המונחים: Anisotropy

חלקי FDM הם אנטרופיים מטבעם - הם חזקים ביותר במטוס X-Y (שכבות חוצות) וחלשים ביותר ב- Z-direction (בין שכבות) כאשר מעצבים מחסנים, או להקליד את המודל כך שכוחות טעינה קריטיים פועלים לחוד החנית של שורות השכבה.לדוגמה, אם המתחם יימחק, או יחייב את המודל למזער מתח על שכבות.

מבנה תמיכה

מעל 45 מעלות בדרך כלל דורש חומר תמיכה.כדי למזער את השימוש, עיצוב זווית תמיכה עצמית או להשתמש הקצוות chamfered.אם משולב תומך הם בלתי נמנעים, להשתמש ב תומך soluble (למשל, PVA או HIPS) עבור גיאוגרפיות פנימיות מורכבות.לאחר הדפסה, להסיר תמיכה בזהירות ופוסט-מעבד את פני השטח המושפעים.

יתרונות הייצור המסורתי

מהירות ואווירה

FDM מאפשר למהנדסים לעבור מעיצוב לחלק פיזי בשעות, לא שבועות. אבטיפוס רגיל יכול להיות מודפס בין לילה ולבחון את הבוקר הבא.יכולות ההנעה המהירה הזו מאפשרת לזהות פגמים בעיצוב ולתוקנו לפני ביצוע הזרקת עובש - חיסכון חודשים ועשרות אלפי דולרים בעלויות כלי.

התאמה אישית ונמוכת ל-Lo-Volume Flexibility

FDM מצטיין בייצור חד פעמי או מחסניות קטנות עבור ציוד מיוחד, מכשירים רפואיים, או אלקטרוניקה תחביב.שינויים בתכנון דורשים רק עדכון תוכנה, ביטול הצורך בתבניות חדשות.זה חשוב במיוחד עבור סטארט-אפים ומעבדות R&D שבו דרישות המוצר להתפתח במהירות.

עלויות-אווירה

מדפסת FDM שולחן העבודה עולה כ -200-5,000 דולר, ומחירי פילאמנט נעים בין $ 50 $ ל- 50 לקילוגרם. אבטיפוס רגיל של תרכובת עשוי לצרוך 50-150 גרם של חומר, עלות מתחת 10.עבור ייצור קטן מאוד רץ (1–100 יחידות), FDM הוא לעתים קרובות יותר כלכלי מאשר CNC machining או זריקת.

מגבלות וכיצד להגזים

Surface End

חלקי FDM מציגים קווי שכבה גלויים שיכולים ללכוד אבק ולחות.עבור אלקטרוניקה לצרכנים, טכניקות עיבוד לאחר עיבוד כגון חול (החלים 120 grit וקידמה ל-400 גריט) או יישום של פריים למלא יכול להשיג סיום חלק. Acetone vapor חלקה עובד היטב עבור ABS על ידי פירוק שכבת פלסטיק דק, יצירת משטח מבריק.

כוח אנזוטרופי

כאמור, חוזק ה- Z-כיוון הוא לעתים קרובות 50-80% מכוח X-Y. עבור מחסנים שחווים מתח מכני גבוה, לשקול נשימה החלק המודפס (התחממותו מתחת לטמפרטורת המעבר של הזכוכית לזמן מוגדר) כדי לשפר את הקשר השכבתי. לחלופין, לעצב מחדש את המתחם לקירות עבים יותר ולשלב צלעות או גוסים.

ההתנגדות הקטלנית והכימיקלית

חומרים סטנדרטיים FDM כמו PLA ו- PETG עשויים לטבול בסביבות חמות או כאשר נחשפים לתוכנות מסוימות. עבור מחסנים מחוממים (למשל, אספקת חשמל), להשתמש במחשב או ניילון עתירי עתירי עתירי זמן גבוהים.

גודל Constraints

רוב מדפסות ה-FDM שולחן העבודה יש נפח בנייה של 200-300 מ"מ בכל ציר. עבור מחסנים גדולים יותר, הדפס חלקים בנפרד והצטרפו אליהם באמצעות מפרקי dovetail, ברגים, או נחירות.מבטיח משטחים מצופים שטוחים ונקיים עבור התאמה מאובטחת.

טכניקות למניעת הריון עבור Enclosures

עיבוד פוסט יכול להפוך חלק FDM גולמי למרכיב גמור, הנקרא ייצור.

  • (ב) ⁇ :0 ⁇ והשלמת: 1FLT מתחיל עם גרגר קוהרזה ולעבוד כדי להסיר קווים שכבתיים.Wet חולing מקטין אבק ונותן סיום חלק יותר.
  • (FLT:0) פריים וציור: FLT:1ir החל מטיפוס מפלסטיק, ולאחר מכן לצייר עם צבע ריסוס או מצחצוח.ציור משפר את האסתטיקה ויכול להוסיף שכבת מגן נגד UV או לחות.
  • (ב) ,0) הוספת:0 (התחברות): 1) כניסתם של גלי חום 1 הם תקן הזהב ליצירת חוטים חזקים, ניתנים לחזרה בחלקים מפלסטיק.
  • (FLT:0)Sealing andציפוי:FLT:1hil החל תרסיס אקרילי בהיר או ציפוי epoxy כדי להפוך את עמידת המים המתחם.
  • (ב) ⁇ :0) ,Vapor חלקה: 1FLT:1 עבור ABS, לחשוף את החלק ל-Acetone vapor במיכל חתומה במשך 10-30 דקות.זה ממיס את פני השטח החיצוניים לברק אחיד.

השוואה עם טכנולוגיות הדפסה תלת-ממדיות אחרות

Stereolithography (SLA) / Digital Light Processing (DLP)

SLA ריפוי שרף מציע מעבר מעל פני השטח ופרטיות בסדר (פתרון של 0.025–0.1 מ"מ) בהשוואה ל- FDM. עם זאת, חלקי רזין הם בדרך כלל רזים ויקרים יותר לנפח. SLA מתאים יותר עבור מחברים קטנים, מורכבים או אבטיפוס חזותי, בעוד FDM נשאר הבחירה המעשית עבור מחסניות גדולות יותר, פונקציונליות.

לייזר סלקטיבי (SLS) / Multi-Jet Fusion (MJF)

SLS ו- MJF משתמשים אבקת ניילון כדי ליצור חלקים עם איזוטרופיה מעולה, אין מבני תמיכה הדרושים, ונכסים מכניים טובים.טכנולוגיות אלה אידיאליים עבור מחסנים ברמת הייצור, אבל הם דורשים מכונות תעשייתיות ועלויות גבוהות יותר עבור אבטיפוס של 1 עד 50, FDM הוא בדרך כלל יותר כלכלי, בעוד עבור 50-500 חלקים, SLS / MJF עשוי להיות מוצדק.

PolyJet / חומר ג'יגה

PolyJet הדפסה בשכבות של resin photopolymer, המאפשרת רב-חומרי ו- Full-color חלקי.It מציעה פרטים יפים ומשטחים חלקיים אבל חסר את הכוח של FDM thermoplastics. PolyJet משמש ללעגנים שיווקיים ואימות עיצוב, לא שימוש תפקודי.

יישומים ומחקרי מקרים

קומפלקסי מעגלים FDM משמשים בתעשיות רבות:

  • מכשירים (IoT): ההרחבה המהירה של חומרי החיישן:0) של מכשירים (IoT): FIRLT:1 (Felotyping 1: ,Flow prototyping of חיישן Apartments with venting for טמפרטורה חיישנים וחלונות אנטנה.
  • (FLT:0Medical אלקטרוניקה:FLT:1 , מחסנים מתאימים עבור מטופלים או ציוד אבחון, לעתים קרובות באמצעות חומרים לא תואמים ביולוגית (למשל, ABS או PC-ISO).
  • (ב) ,0) מנוע: ⁇ 1 (התחמיכים) , מחסנים, וקופסאות ממסר אשר חייבות לעמוד בתנודות ובחום.
  • מוצרים:0 (Consumer Productcio:FLT:1 be Wearable Tech casing, Remote control דיור, and Smart homeרכזs.
  • מחקר:0 (החינוך והמחקר: FLT:1low-cost Complexs for Lab and Student Project)

כיוונים עתידיים

טכנולוגיית FDM ממשיכה להתפתח. Multi-חומריות עכשיו לאפשר overmolding של חלקים נוקשים וגמישים בדפוס אחד, המאפשרים כרטיסי גז משולבים והקלות זנים. filaments ו- in-מעבדהטבעת של אלקטרוניקה (למשל, איסוף ומיקום של רכיבים במהלך הדפסה) נחקרים.שיפור קשר שכבתי באמצעות חימום מקומי או אנרגיה קולית עשוי להפחית את aisotropyropyropyropyupremeremeretropyupreative תמיכה הדור הבא של עיצוב.

עבור מהנדסים, להישאר הנוכחי עם התפתחויות אלה מבטיח כי FDM נשאר אופציה תחרותית לייצור מתחמי מעגלים באיכות גבוהה, מטיפוס ראשון לייצור בקנה מידה קטן.

מסקנה

טכנולוגיית FDM מספקת פתרון נגיש, יעיל ובעל ערך עבור תרכובות מעגליות prototyping בהנדסת אלקטרוניקה. על ידי הבנת החוזקות והמגבלות של חומרים זמינים, החלת שיטות עיצוב טובות, ומינוף טכניקות לאחר עיבוד, מהנדסים יכולים לייצר דיור באיכות מקצועית המזרז את פיתוח המוצר ולהפחית את הסיכון. כמו הטכנולוגיה מתקדמת, תפקידה בייצור אלקטרוניקה רק יתרחב, מבסס את FD ככלי הליבה של מהנדס מודרני.

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]], [ה], [ה]], [ה]], [ה]], [ה]]], [ה'], [ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה