הדפסה FDM 3D עבור אינסטלציה חשמלית במכשירי הנדסה

דפוס Fedposition Modeling (FDM) 3D הדפסה הפך כלי טרנספורמטיבי עבור מהנדסים אשר צריך לייצר רכיבים בידוד חשמלי מורכב במהירות ובעלויות נמוכות. בעידן שבו מכשיר miniaturization וניהול תרמי הם רב-חשיבות, FMD מציעה את הגמישות ליצור מכשירים גיאומטריה כי הפחתת או זריקה מסורתית לא יכול לספק.

מימון FDM ל Insulation

FDM בונה חלקים על ידי extruding a thermoplastic fila דרך nozzle מחומם, להפקיד שכבת חומר על ידי שכבה.התהליך הוא תוסף, המאפשר לערוצים פנימיים מורכבים, overhangs, ועובי קיר שונים כי הם קשים או בלתי אפשרי להשיג עם שיטות תת-טרקטיות. for insulation חשמלי, המפתח הוא בחירת fila המשלב כוח חשמלי גבוה, נמוך התנהגות חשמלית, מספיק, לחץ, לחץ חשמלי, ומספיקה, לחץ מכני חזק, עמידות, לחץ חזק, עמידות, לחץ חזק, לחץ חזק, לחץ מכני חזק, לחץ מכני חזק, לחץ מכני חזק, לחץ חזק, לחץ מכני חזק, לחץ חזק, לחץ, לחץ, לחץ מכני חזק, עמידות, עמידות, לחץ, לחץ חזק, לחץ חזק, לחץ, לחץ חזק, לחץ חזק, לחץ, לחץ חזק, לחץ חזק, לחץ דם מכני חזק, לחץ חזק, לחץ, לחץ, לחץ דם מכני חזק, עמידות, לחץ דם מכני חזק, עמידות, לחץ חזק, עמידות מכני.

ביצועי הבידוד של חלק FDM תלויים לא רק על בסיס פולימרים אלא גם על פרמטרים מודפסים כגון גובה שכבתי, טמפרטורת החדירה, ותבנית infill. מהנדסים חייבים לשקול כי חלקים מודפסים 3D הם אנזוטרופיים מטבעם: הקשר השכבה-to-layer הוא חלש יותר מהנכסים העיקריים של החומר, ואת הכוח הדיאלקטרי על פני שכבות עשוי להיות נמוך יותר משכבה גמישה וכיוון טיפולית.

תכונות חומריות עיקריות ל בידוד חשמל

כאשר בוחנים את התרמופלסטים ליישומים בידוד, כמה מדדים חשמליים ותרמיים הם קריטיים:

  • כוח חשמלי:0 (FLT:1) השדה החשמלי המקסימלי חומר יכול לעמוד לפני ההתמוטטות, בדרך כלל נמדד ב kV /mm. חוזק דיאלקטרי גבוה מבטיח הפעלה בטוחה אפילו תחת ספייק מתח.
  • מדד המעקב אחר חומרים (CTI): מדד של התנגדות לחומר ליצור נתיב התנהגותי על פני השטח בשל זיהום ולחות.ערכי CTI גבוהים מועדים למכשירים עתירי משקל גבוהים.
  • (ב) [ה]העיקרון והפנימי [ה]: [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]], [החומר] אינו אלא [ה] [ה]] [ה]], אלא אם כן, [ה] יאמין [ב[[המאה ה-20]].
  • (FLT:0) יציבות תרמית: 1FLT:1 הטמפרטורה של מעבר הזכוכית (Tg) וטמפרטורת השימוש רציפה חייבת לעלות על טווח ההפעלה של המכשיר כדי להימנע מרכך או מצמרר.
  • (FLT:0) Flame retardancy:FreaLT:1 תקנים רבים (למשל, UL 94 V-0) דורשים חומרי בידוד להגדרה עצמית.

תקן PLA הוא קל להדפיס אבל יש התנגדות חום נמוכה ועוצמה dielectric mediocre, להגביל אותו ליישומים נמוכים, טמפרטורות נמוכות. ABS מציעה תכונות מכניות תרמיות טובות יותר, אבל הכוח הדיאלקטרי שלה הוא מתון. Polycarbonate (PC) מצטיין בנוקשות והתנגדות חום, עם כוח דיאלקטרי סביב 15-20 kV / מילימטר יקר, כמו ביצועים תרמיים כגון: PESA), והם דורשים ביצועים חשמליים ו-זמנית, אבל דורשות גבוהה יותר, אבל הם מספקים ביצועים חשמליים ו-זמנית גבוהה יותר.

סליחות-Specific Guidance

עבור רוב אינסטלציה הנדסית, החומרים הבאים משמשים בדרך כלל עם מדפסת FDM:

  • (FLT:0)PETGIRGIRGRE: 1 איזון טוב של הדפסה, התנגדות כימית, ו בידוד חשמלי. כוח דיאלקטרי - 16 kV /mm, Tg -80 ° C מתאים למתחים ומחברים.
  • (FLT:0)Nylon (PA12 או PA6): ⁇ FLT:1 ולבוש התנגדות, אבל היפוסקוסקופיה; ספיגת לחות מפחיתה ביצועים בזרימה לפני הדפסה היא חיונית.
  • (FLT:0)ASA:BuildFLT:1 ,UV-stable אלטרנטיבי ל- ABS עם תכונות חשמל דומות, המשמשות לעתים קרובות רכיבים חשמליים חיצוניים.
  • (FLT:0) תערובת פוליקרבונט (PC-ABS, PC-PBT): הציעו שיפור זרימת ה- 1 ושכבות על מחשב טהור, עם כוח דיאלקטרי דומה למחשב לא מלא.
  • (FLT:0) ביצועים גבוהים: FLT:1 ( Ultem 9085 (PEI) ו- PEEK מספקים כוח דיאלקטרי עד 25 kV / מ"מ וטמפרטורות שימוש רציף מעל 150 מעלות צלזיוס, מתאים ל-Aerospace ו- Auto Power Electronics.

המונחים: Printed Insulators

יצירת חלק אמין בידוד עם FDM כרוך יותר מאשר בחירה חומרית.הגאומטריה, אוריינטציה הדפסה, ולאחר עיבוד כל השפעה על ביצועי חשמל.

קיר תותבות ואיפידל

עבור בידוד, חלקים מוצקים (100% infill) הם בדרך כלל מועדים כי ריקנים ו- infill חלקי ליצור פערים אוויריים להפחית את הכוח הדיאלקטרי ויכולים לגרום לפריאות חלקית. עם זאת, 100% infill מגביר את זמן ההדפסה ואת הצריכה החומרית. פשרה מעשית היא להשתמש בצפיפות גבוהה של infill (80–90%) עם קירות מרובים דירוג (4-6 פגז) כדי להבטיח מחסום חיצוני צפופה של 16xix) אך ורק למתח מינימלי של חומר נתון (לדוגמה, אך ורק 16V) עם קירות חומר אחד (80-90%) עם קירות 0x) עם קירות 0x) עם קירות 0x) עם קירות 0xipV%) עם קירות סטנדרטיים (80-90%) עם קירות).

אוריינטציה ו Anisotropy

חלקים מודפסים אנכית (עם שכבות perpendicular לשדה החשמלי) יש כוח דיאלקטרי נמוך כי התמוטטות יכולה להפיץ לאורך ממשק השכבה החלש. Horizontal או "על-פי-החדש" אוריינטציה שכבות במקביל לשדה, שיפור העוצמה.בכל פעם שניתן, לעצב את המבודד כך כי הכיוון השדה החשמלי העיקרי הוא מקבילים לשכבות מורכבות, לשקול או להקליד את החלק על הצלחת כדי למקסם את המידות או למקסימום את הערכים המשתנים של 20 האחוזים האלה.

Surface End and Post-Processing

משטחים קשיחים מקווי השכבה יוצרים ריכוזי מתח ומזהמים מלכודות, פוטנציאל להפחית את ההתנגדות למעקב. עבור יישומים בעלי מתח גבוה (מעל 1 kV), לאחר עיבוד הוא לעתים קרובות הכרחי.

  • (ב) [ב]:0] ,[32], [ל-ASA]: מלאו את השכבות החיצוניות כדי ליצור משטח מבריק וחתומה.
  • (ב) ויקרא י"ד: "ה' י"א: "הוציאו ממנו את הגינה ומצמצמצמיך את הפזורה" (בראשית כ"ד).
  • (ב) ⁇ :0) ציפויים קונפוראליים (FLT:1): יישום שכבת דק של epoxy או פוליאורטאן לכה יכול למלא את הקצאות ולשפר את הכוח הדיאלקטרי ב 10-15%.
  • (ב) [ה]התחילה: [ה]: [החלק] מתחת לנקודת ההמסה שלו מנקה את הלחץ הפנימי ומשפר את הקריסטליניות, במיוחד בפולימרים למחצה כמו ניילון ו- PEEK.Annaling יכול להגדיל את הכוח הדיאלקטרי עד 20% ולשפר את היציבות התרמית.

דף ו Clearance

ב assemblies חשמליות, המרחק בין חלקים מוליכים לאורך פני השטח של insulator (creepage) ודרך האוויר (clearance) חייב לדבוק בסטנדרטים כגון IEC 60950 או IEC 60664.FDM חלקי יכול לשלב גיאוגרפיה מורכבת משטח (grooves, ribs, חריצים) כדי להגדיל את הנתיב חלחול ללא עלייה כוללת של תכונות אלה הם קלים להוסיף ישירות CAD.

בדיקות ואימות

לפני פריסת רכיב בידוד FDM במכשיר ייצור, יש לאמת אותו מפני תקני התעשייה.מבחנים נפוצים כוללים:

  • (FLT:0) דיאלקטרי לעמוד במבחן (היפופוט): החל מתח גבוה (למשל, 2× דירוג מתח + 1000 V) לדקה אחת תוך מדידה של זרם הדלפה.
  • (ב) ,0) , 000 , 000 , 000 , 000 V כדי לאמת התנגדות מעל 109 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (התגובות:0) התנגדות (IEC 60112): ההרחבה 1 (Measuring CTI) באמצעות מבחן טפטוף אלקטרוליטי סטנדרטי.
  • (ב) ⁇ :0) אופניים: 1FLT: 1 גרם לחלק לקיצוניות טמפרטורה חוזרת לבדוק את הסדקים או הדיכאון.
  • (ב) מבחן אש אנכי או אופקי לסווג את החומר כ- V-0, V-1, או HB.

יצרנים רבים של זיוף מספקים נתוני מבחן עבור החומרים שלהם, אבל ערכים אלה חלים על דגימות מזומנות של הזריקה. עבור חלקי FDM, זה זהיר לבצע בדיקות בבית על דגימות מודפסות עם אותם פרמטרים כמו המרכיב הסופי. גורם בטיחות של 2-3x מומלץ עבור עיצובים ראשוניים.

יתרונות הייצור המסורתי

השוואת FDM לשיטות בידוד קונבנציונליות (מציג, ליהוק, עובש הזריקה) חושפת כמה יתרונות נפרדים ומסחריים.

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1 (ב) מעצב יכול לטיפוס ולבדוק אינסטלטור מותאם אישית בשעות, לא שבועות.זה מאיץ מחזורי פיתוח עבור מנועים, מהפךים וציוד כוח.
  • (FLT:0) מורכב גיאוגרפימטries: FDM יכול לייצר מבנים דבש, ערוצי קירור פנימיים, ובוסים בעלי הרים משולבים הדורשים מחלוקות מרובות-חלקיות אם הם מכווננים.
  • (FLT:0)Low Tooling Cost: FLT:1 לא צריך עובש או תיקון השקעות נדרש, מה שהופך FDM כלכלי לייצור נמוך כרכים (עשרות עד מאות חלקים).
  • (FLT:0) יכולות מחומריות: FLT:1 חלק מהמדפסות יכולות לעבור פילאמנטים במהלך הדפסה, המאפשרת בידוד עם ליבה נוקשה ושכבה חיצונית רופפת, רטט, או שילוב חומרים מוליכים ו insulating עבור מגנים משולבים.
  • (FLT:0)Disadvantages:FLT:1 Surface End הוא מחוספס יותר מאשר זריקת עובש; כוח מכני נמוך; ושכבת מגביל דירוגי מתח. עבור ייצור גבוה כרכים, זריקת עובש נשאר זול יותר עבור חלק.

יישומים בהנדסת מכשירים

בידוד FDM כבר פרוס במספר הקשרים הנדסיים בעולם האמיתי.

אינסטלציה של מנוע וגנרטור

בסופו של דבר רוח במנועים חשמליים דורש אינפורמטים בצורת אישית למנוע מעגלים קצרים ולהפחית את ההפסדים הנוכחיים של הדיד. FDM מאפשר ייצור של קוצים, מקטעי שלב, ומוליחמי קצה שעוקבים אחר קווי המתאר המדויקים של חומרי הרוח.

חשמל ו-Hoverers

ממירים DC גבוהים משתמשים במעברים מותאמים אישית ובודדים מחסומים לבודד מעגלים ראשוניים ומשניים.FDM מודפס מחסומים עם ערוצי קירור משולבים להפחית נקודות חמות תרמיות תוך שמירה על בידוד חשמלי.היכולת להדפיס עצירות מורכבים ומצעים הרים גוברים מפחיתה את מספר החלקים דיסקרטיים וסימולציות.

מכשירים רפואיים

בציוד אבחון וניטור המטופל, קונסולות FDM משמשות לגורמי אלקטרודה, מתווכים קווי דיור.ביו פיזור לא תואמים (למשל, PC-ISO ברמה רפואית) זמינים למכשירים שמלווים את העור.הסיבוב המהיר מאפשר לבתי חולים ויצרנים למכשירים לייצר חלקים חלופיים בביקוש.

אוויר והגנת

קופסאות, מודולים מכ"ם ורכיבי לווין דורשים בידוד קל, להבה-רידי.חלקי FDM עשויים מ- PEI (Ultem) לעמוד בדרישות של FAA (FAR 25.853) ומציעים תכונות דיאלקטריות מצוינות.היכולת להדפיס על הביקוש של חלקים יקרי מכונה.

אספקת חשמל ו- Terminal Blocks

המתחם מותאם אישית לפאנלים בקרה וחסימות מסוף ניתן להדפיס עם מדריכים חוט משולבים, הקלה זנים, ו סגרים מתאימים ל-Switch.שימוש ב-ASA או PC-ABS מספק התנגדות UV עבור ציוד חיצוני.העיצוב יכול להיות מואץ במהירות כמו הפריסה חשמלית משתנה.

מגמות עתידיות ומחקר

כמה התפתחויות נועדו להרחיב את התפקיד של FDM ב בידוד חשמלי. החוקרים מנסחים סדקים ננוקום המשלבים מילויי קרמיקה (למשל, אלומיניום, אחיקה) כדי להגביר את העוצמה הדיאלקטרית ואת מוליכות תרמית ללא הקרבת הדפסה. תוצאות מוקדמות להראות כי הוספת 5–10% על ידי משקל של ננומטרי ל-PLA או להגדיל את העוצמה דיאלקטרית על ידי 30–50%.

מגמה נוספת היא (FLT:0) הדפסה חומרית הדפסה הדפסה 1 (FLT:1 ), עבור פונקציות חשמל ומכניות משולבות.לדוגמה, עבודה הדפסה אחת יכולה לייצר חלק עם צנרת התנהגותית ( ABS פחמן מוסגר) עבור נתיבים מעומקים או מגן אלקטרומגנטי, ועיוות מחלחל לשאר הגוף.

ניטור מקוון של איכות הדפסה באמצעות חיישנים עבור שכבה דבקה וחוספס פני השטח יכול לספק ביטחון איכות בזמן אמת עבור insulators קריטי המשימה- קריטי בשילוב עם למידת מכונה, המדפסת יכולה להתאים פרמטרים באמצע הדפסה כדי לפצות על anomalies ולהבטיח תכונות בידוד עקביות.

ארגונים סטנדרטיים מפתחים גם הדרכה עבור רכיבים חשמליים מתוספי-מעובדים. UL פרסמה מדריך כללי להערכת חלקים מודפסים 3D, ו- IEC עובד על מפרט טכני עבור בידוד מבוסס שכבה. תקנים אלה ייתן למהנדסים את האמון להשתמש FDM ביישומים קריטיים בטיחותיים.

צעדים מעשיים

עבור מהנדסים שוקלים את בידוד FDM, הנה זרימת עבודה מומלצת:

  1. דרישות ההרחבה:0 (FLT:1 וולטאז, נוכחי, טמפרטורה, תנאים סביבתיים וסטנדרטים רגולטוריים.
  2. (FLT:0) חומר אלקטרוני: 0Select:FLT:1 תואמים את התכונות החשמליות והמדמיות למועמדים filaments.בקשו גליונות נתונים, ואם אפשר, קופונים בדיקה עבור כוח דיאלקטרי.
  3. (FLT:0) עיצוב הדפסה: FLT:1 אוריינט החלק כדי להתאים שכבות עם השדה החשמלי.הוספת מילויים כדי להפחית ריכוזי מתח. השתמש חומה מינימלית של 1-2 מ"מ.
  4. (FLT:0)Optimize פרמטרים: FLT:1 השתמש בגובה שכבתי קטן (0.1-0.1-5 מ"מ) עבור חיבור בין-שכבות טוב יותר. Set infill לפחות 90% ולהשתמש במספר רב של מ"מ.דפס את השכבה הראשונה מעט חם יותר כדי לשפר את דבקות המיטה.
  5. (ב) ,0)Post-מעבד:FLT:1; חומרי חצי-קריסטל של אנלי (אנ') החלים חלק או ציפוי עבור איטום פני השטח.מבחן את החלק המוגמר בתנאים המחקים את היישום.
  6. (FLT:0) ביצוע ותיקון: FIRLT:1) מתעד את כל הגדרות ההדפסה ותוצאות הבדיקה. השתמש בשליטה על תהליך סטטיסטי אם מייצרים מספר יחידות.

משאבים חיצוניים

לקריאה נוספת על תכונות חומריות וסטנדרטים, המקורות הבאים מספקים נתונים סמכותיים:

  • (ב) ,0) , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] ראה דיאלקטרי ו-Insulation Society ofcioFLT) 1 - פרסומים על בדיקות אינסטלציה וחומרים.
  • (ב) תקנים של IEC עבור אינסטלציה חשמלית 1 (כולל IEC 60664, 60950, 60112, ו 60112.
  • (FLT:0) חומרים קטלוג חומרים של חומרים (Stratasys) 1 (איור 1) - נתונים עבור FDM filaments כולל Ultem ו- PC-ABS.
  • (FLT:0ScienceDirect: Dielectric Strength of PolymerscioFLT:1) - סקירה אקדמית של גורמים המשפיעים על התמוטטות דיאלקטרית.

מסקנה

הדפסה FD 3D מספקת מסלול תכליתי ויעיל לייצר בידוד חשמלי מותאם אישית עבור מגוון רחב של מכשירים הנדסיים. על ידי בחירת בקפידה חומרים, אופטימיזציה של אוריינטציה הדפסה ופרמטרים, וליישם עיבוד הולם לאחר, מהנדסים יכולים להשיג ביצועים אינסטלציה אמין העומדים בסטנדרטים בטיחותיים. כמו טכנולוגיית Fila התקדמות והנחיות בתעשייה הבשלה, אימוץ של FDM עבור רכיבי בידוד פונקציונליים ימשיך לגדול, לאפשר מהירות יותר ייצור יעיל יותר.