Mühendislik Cihazlarında Elektriksel Aydınlatma için 3D Baskı

F used Deposition Modeling (FDM) 3D baskı, geleneksel işleme veya enjeksiyonun teslim edemeyeceği mühendisler için dönüştürücü bir araç haline geldi.Bu makale, malzeme, tasarım stratejileri, performans değerlendirmeleri ve FDM'nin mühendislik cihazları için elektrik yalıtımunu kullanarak gerçek dünya uygulamaları inceler.

FDM'nin yalıtım için temelleri

FDM, ısıtılmış bir nozul ile termoplastik filament ekleyerek parçalar oluşturur, beton tabakasının katılaşması ve işlemeye yönelik yeterli mekanik sağlamlığa izin verir, karmaşık iç kanalları, aşırı yükleme yöntemleri ile elde etmek zor veya imkansız olan çeşitli duvar kalınlıkları.Elektrik yalıtım için anahtar, yüksek dielektrikli gücü, düşük elektrik iletkenliği birleştirir ve işlemeye, titreşimlere ve termal bisikletlere dayanabilmeye yetecek kadar sert.

Bir FDM parçasının yalıtım performansı sadece temel polimere değil, aynı zamanda tabakaların içindeki baskı parametrelerine bağlıdır ve dolum kalıbına sahip mühendisler bu sorunları hafifletebilir.

Elektrik yalıtımı için Anahtar Malzeme Özellikleri

Mekanik uygulamaları için termoplastikleri değerlendirdiğinde, birkaç elektrik ve termal ölçümler kritiktir:

  • [FONT:0)Dielektrik gücü:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir malzeme, genellikle kV /mm'de ölçülmelidir. Yüksek dielektrik gücü, gerilim artışları altında bile güvenli bir operasyon sağlar.
  • [FONT:0)Comparative Watch Index (CTI): ), kontraseptif ve nemserlik nedeniyle yüzeyde birleştirici bir yol oluşturmak için bir malzeme direncinin ölçülmesi. Yüksek CTI değerleri yüksek kullanılabilirlik cihazlar için tercih edilir.
  • [FONT:0]Volume ve yüzey direnişi: Bu, malzemenin sızıntı akımlarına nasıl iyi karşı çıktığını ölçmektir.
  • [FONT:0) ⁇ istikrar: [DFLT:1] cam geçiş sıcaklığı (Tg) ve sürekli kullanım sıcaklığı, cihazın çalışma aralığının yumuşatılması veya ürpermeten kaçınmak için aşılması gerekir.
  • [FONT:0)Flame gecikmesi:[Dönetici: [Dönetici: 0,3) Birçok standart (örneğin, UL 94 V-0) kendi kendini genişleten maddeler için yalıtım malzemeleri gerektirir.

Standart PLA baskı yapmak kolaydır, ancak düşük ısı direnci ve mediocre dielektrik gücü vardır, PEI (Ultem), PEEK ve PPSU, olağanüstü elektrik ve termal performansı sağlar, ancak yüksek sıcaklık yazıcıları ve ısı direnci ile daha pahalıya mal olur.

ZE-Specific Rehberlik

Çoğu mühendislik yalıtım için, aşağıdaki malzemeler genellikle FDM yazıcıları ile kullanılır:

  • [FONT=0)PETG: [Dönetici, kimyasal direnç ve elektrik yalıtım dengesi. Dielektrik gücü -16 kV /mm, Tg ~80°C. Korumalar ve konektörler için uygun.
  • [FONT:0)Nylon (PA12 veya PA6): ) Mükemmel sertlik ve direniş giymek, ancak hipnoz; nesleksiyon baskı yapmadan önce yalıtım performansını azaltır.
  • [FONT:0)ASA: [Dönemli Alternatif: 0:0) UV-stable alternatifleri ile ABS'ye benzer elektrik özellikleri ile sık sık sık dış elektrik bileşenleri için kullanılır.
  • [FONT:0)P Polikarbonat karışımları (PC-ABS, PC-PBT):), Tamamlanan PC'nin üzerinde akış ve katman taksiyonunu geliştirdi, tamamlanmamış PC ile karşılaştırılabilir.
  • [FONT:0) Yüksek performanslı filamentler: Ultem 9085 (PEI) ve PEEK, 150 °C'nin üzerindeki 25 kV /mm ve sürekli kullanım sıcaklıklarını sağlar, havacılık ve otomotiv elektrik elektronikleri için uygun.

Basorsoratörler için tasarım göz önünde bulundurun

FDM ile güvenilir bir yalıtım parçası oluşturmak malzeme seçiminden daha fazlasını içerir. Geometri, baskı yönlendirme ve tüm elektrik performansına yönelik işleme.

Duvar Kalınlık ve Infill

Konfor için, sağlam parçalar (% 100 infill) genellikle tercih edilir çünkü boşluklar ve kısmi kontenjasyon oluşturur ve kısmi deşarjlar verir. ancak,% 100 infill baskı zamanı ve malzeme tüketimi artırır. Uygulamalı bir uzlaşma, birden fazla perili duvarlarla yüksek kullanım için (80-% 90-% 90) yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, ancak verilen bir gerilim için minimum duvar kalınlığının malzemenin dielektrik gücünü kullanarak tahmin edilebilir.

Oryantasyon ve Anisotropy

Yüzeyli olarak basılmış parçalar (elektrik alanına perpendicular ile) daha düşük dielektrik gücü vardır, çünkü bozulma bu uyumu en üst düzeye çıkarmak için plakaya yol açabilir veya alana paralel olarak, güç geliştirir.

Yüzey Sonu ve Post-Processing

Katman hatlarındaki kaba yüzeyler stres konsantrasyonları ve tuzak kirleticileri yaratır, potansiyel olarak yüksek gerilim uygulamaları (above 1 kV), post-işlemleri genellikle gereklidir. Ortak yöntemler şunlardır:

  • [FONT:0]Acetone buharı düzgün bir şekilde yumuşatır[Dön ve ASA için): Dış tabakaları parlak, mühürlenmiş bir yüzey oluşturmak için.
  • [FONT=0]Sanding ve cihiş[Dönetici: Rezridges ve yüzey kabalığını azaltır.
  • [FONT:0]Conformal kaplamalar[[Dönetici:)[Dönetici:)))))[Köpektif bir epoxy veya poliurethane varnish tabakasının uygulanması pin deliği doldurabilir ve 10-15% dielektrik gücünü geliştirebilir.
  • [FONT:0]Annealing[[Dönetici: 2) Maddenin altındaki kısmı, kristalinliği rahatlatır ve özellikle de yarı kristal polimerler gibi yarı iletken polimerlerde, naylon ve PEEK gibi yüksek çözünürlükte, elektrik gücünü %20'ye kadar artırabilir ve termal stabiliteyi artırabilir.

Creepage and Clearance

Elektriksel toplantılarda, bir insulator (cree page) yüzeyi boyunca iletken parçalar arasındaki mesafe ve hava yoluyla (eski) CAD veya baskı ile doğrudan standartlara uymalıdır.

Test ve Kazanılan Derece

Bir üretim cihazında bir FDM yalıtım bileşeni dağıtmadan önce, endüstri standartlarına karşı doğrulanmalıdır. Ortak testler şunları içerir:

  • [FONT:0)Dielektrik teste dayanmaktadır (hipot): ), yüksek bir gerilim (örneğin, 2× puanlı gerilim + 1000 V) bir dakika boyunca sızıntıyı ölçerek.
  • [FONT=0)Insulation direniş ölçümü:[Dönetici: [Dönetici: 1 ) 500 V veya 1000 V'de bir megohmmeter kullanarak 10.9 {{ üzerinde direnişi doğrulamak için.
  • [FONT:0) Direnç (IEC 60112): ) Bir standart elektrolit damla testi kullanarak CTI'yi ölçümler.
  • [FONT:0] ⁇ Bisikleti:[Dönetici:[Dönetici:0))Köpekliği azaltmak için bölümü tekrarlamak için aşırı sıcaklık aşırılarını kontrol etmek.
  • [FONT:0)Flammability (UL 94): ), V-0, V-1 veya HB olarak materyali sınıflandırmak için dikey veya yatay bir yanı testi.

Birçok filament üreticileri, malzemeleri için test verileri sağlar, ancak bu değerler enjeksiyondan yapılmış örnekleri uygulanır. FDM parçaları için, aynı parametrelerle yazdırılan örnekler üzerinde ev testlerini gerçekleştirmek için prudentdir. 2-3× güvenlik faktörü ilk tasarımları için önerilir.

Geleneksel Üretim Üzerinde Avantajları

FDM'yi geleneksel yalıtım yöntemlerine kıyasla (machining, döküm, enjeksiyon kalıplama) birkaç farklı avantaj ve ticaret-off ortaya çıkarır.

  • [FONT:0)Rapid iteration:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir tasarımcı birkaç saat içinde özel bir insülatör test edebilir ve haftalar değil, motorlar, transformatörler ve güç malzemeleri için gelişim döngüleri hızlandırır.
  • [FONT=0]Complex geometriler: [Dönetici: [Dönetici: FDM, balkomb yapıları, iç soğutma kanalları ve makineliyse çok bölmeli patronlar gerektirecektir.
  • [Düzensiz araç maliyeti: [Düzen: 0,4] Hiçbir kalıp veya fikstür yatırımı gerekli değildir, düşük hacimli üretim için FDM ekonomik hale getirmek (düşük parçalara yüzlerce parçaya kadar).
  • [FONT:0) Çok Boyutlu Bir Malzeme:[Dönetici:[Dönetici:0) Bazı yazıcılar, sert bir çekirdek ve yumuşak, vibrasyon dış katmanı ile filamentleri geçebilir veya bütünleştirici ve entegre kalkan için malzeme birleştirebilirler.
  • [FONT:0]Disadvantages:[Döntgen: 0 [Düzg: 1] Yüzey bitirmek enjeksiyondan daha kabadır; mekanik güç daha düşük; ve tabaka içi adhesion limitleri gerilim puanları. yüksek hacimli üretim için, enjeksiyon kalıbı da daha ucuz kalır.

Mühendislik Cihazlarında Uygulamaları

FDM yalıtım zaten birkaç gerçek dünya mühendisliği bağlamında kullanılıyor.

Motor ve Jeneratör yalıtımı

Elektrikli motorlarda rüzgarlar, Ultem ve PEEK gibi malzemelerin tam kondüktörlerini takip eden ve elektrikli araçlar için trafiğe dayanabilecek şekilde özel olarak adlandırılmalıdır.

Power Electronics ve Converter

Yüksek gerilim DC dönüştürücüler, elektrik izolasyonunu korurken ısıtılmış bariyerler ve betonları azaltıp, parçalanmış parçalar sayısını azaltabilme yeteneğine sahiptir.FDM-printed blocked soğutma kanalları ile birlikte termal noktaları azaltır.

Tıbbi Cihazlar

Tanık ekipman ve hasta izlemede, FDM insulators elektrode sahipleri, kablo organizatörleri ve konut hatları için kullanılır. Bio uyumlu filamentler (örneğin, tıbbi-grad PC-ISO) ciltle temasa geçen cihazlar için kullanılabilir. Hızlı dönüşlü hastaneler ve cihaz üreticilerinin talep üzerine yedek parçaları üretmelerini sağlar.

Havacılık ve Savunma

Avionics kutuları, radar modülleri ve uydu bileşenleri hafif, alev geçirmez yalıtım gerektirir. PEI (Ultem) FAA flammability gereklilikleriyle (FAR 25.853) ve mükemmel dielektrik özelliklerini sunmak için.

Elektrik Enkürleri ve Terminal Blokları

Kontrol panelleri ve terminal blokları için özel muhafazalar entegre tel kılavuzları, su geçirmez rahatlamalar ve ASA veya PC-ABS'yi kullanarak, açık ekipman için UV direnci sağlar. Tasarım elektrik düzeni değişiklikleri kadar hızlı bir şekilde sıkıştırılabilir.

Birkaç gelişme, FDM'nin elektrik yalıtımunda rolünü genişletmek için hazırlanmaktadır. Araştırmacılar nanokomposite filamentlerini PLA veya ABS'ye dahil ederek% 30-50 oranında yükseltebilir.

Başka bir eğilim şöyledir: 0,0) Çok boyutlu baskı [Düzücü elektrik ve mekanik işlevleri için filamentler. Örneğin, tek bir baskı işi, bir iletken filament (karbon yüklenmiş ABS) ile bir parçası üretebilir ve vücut için bir filamenti dağıtır.

Katman takma ve yüzey kabalığı için sensörler kullanarak baskı kalitesi izleme, görev-kırık insülatörler için gerçek zamanlı kaliteli güvence sağlayabilir. makine öğrenimi ile birlikte, yazıcılar, parametrelerin telafi edilmesi için orta baskıyı ayarlayabilir ve tutarlı yalıtım özelliklerini sağlayabilir.

Standartlar da katkı sağlayan elektrik bileşenleri için rehberlik geliştiriyorlar. UL, 3D baskılı parçaları değerlendirmek için genel bir kılavuz yayınladı ve IEC, katman bazlı yalıtım için teknik bir spesifikasyon üzerinde çalışıyor.Bu standartlar güvenlik-kritik uygulamalarda FDM'yi kullanmaya güven verecektir.

Pratik Adımlar

FDM yalıtımını düşünen mühendisler için, burada önerilen bir iş akışı:

  1. [FONT=0)Define gereksinimleri:[[Dönetici:[Dönetici:0) Gerilim, mevcut, sıcaklık, çevresel koşullar ve düzenleyici standartlar.
  2. [FONT:0) Malzeme Seç:[Dönetici:[Dönetici:0) Elektrik ve termal spektral spektral spektral spektral spektral spektral spektralleri aday filamentlere eşleştirin. Talep veri çarşafları ve mümkünse, dielektrik gücü için kuponlar test edin.
  3. [[Döncüm:0) Baskı için Tasarım:[Dönetici:[Dönetici:0) Elektrik alanı ile tabakaları hizalamak için bir parça. Stres konsantrasyonlarını azaltmak için dolgular ekleyin. 1-2 mm'nin minimum duvar kalınlığı kullanın.
  4. [[0) Baskı parametrelerini optimize edin:[Dönetici:[Dönetici: 0,15-0.15 mm) daha iyi Interkatli bağlantı için küçük bir tabaka yüksekliği kullanın. En az% 90'a kadar ayarlayın ve çok fazla perimeters kullanın. ilk tabakayı yatağı temizlemeye yetecek kadar sıcak yazdırın.
  5. [FONT:0)Post-process:[Dönetici:[Dönetici:0) Anneal yarı kristal malzemeler. Yüzeyi mühürlemek veya kaplama uygulamak. Uygulamayı taklit eden koşullar altında son bölümünü test edin.
  6. [FONT:0)Document ve iterate:[[Dönetici:[Dönetici:0) Tüm baskı ayarlarını ve test sonuçlarını kaydetmek. Birden çok birim üretip istatistiki süreç kontrolünü kullanın.

Dış Kaynaklar

Malzeme özellikleri ve standartları hakkında daha fazla okuma için, aşağıdaki kaynaklar yazara dayalı veriler sağlar:

  • [FONT:0]UL Plastikler Test[[Dönetici: 1 ) - UL 94 flammability ve diğer standartlar hakkında bilgi.
  • [FONT:0]IEEE Dielektrik ve Elektrik Yalıtım Topluluğu) - yalıtım testleri ve malzemeler üzerinde yayınlar.
  • [FONT=0)IEC Elektrik Yalıtım Standartları[Dönemli: 1 ) - 60664, 60950 ve 60112 içerir.
  • [FONT=0]Stratasys Materials Kataloğu[[DÜT:1) – Ultem ve PC-ABS dahil FDM filamentleri için veri çarşafları.
  • [FONT:0) BilimDirect: Polimerlerin Dielektrik Gücü[Döntgen: 1) Dielektrik arızasını etkileyen faktörlere genel bakış.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

FDM 3D baskı, güvenlik standartlarını karşılayan çok yönlü ve uygun bir şekilde elektrik yalıtımlarını geniş bir mühendislik cihazları için özel elektrik yalıtımlarını üretmek için çok yönlü bir yol sunar. Malzemeleri dikkatle seçerek baskı ve parametreleri optimize etmek ve uygun işlem sonrası uygulama, mühendisler güvenlik standartlarını karşılayan güvenilir yalıtım performansı elde edebilir. filament teknolojisi ilerlemeleri ve endüstri yönergeleri olarak, FDM'nin benimsenmesine devam edecektir.