SLS激光烧结3D打印PCB电路板？德国EOS设备新应用

前几天南极熊报道的《重磅：世界首块10层3D打印PCB电路板诞生》，引起业内的强烈关注。南极熊从德国EOS获悉，他们的客户竟然使用激光塑料粉末SLS 3D打印机，助力PCB电路板原型生产。这是很不一样的工艺技术路线！


如今，计算机芯片的制程已达到纳米级别，其性能改进的提升速度已接近平缓。从技术角度来看，进一步缩小芯片几乎不可能实现。为持续改进性能，制造商致力于对可堆叠式多结构层的架构进行研究。在电路载板领域， 已经形成了类似的方案。德国公司 Beta LAYOUT GmbH 已成功运用 EOS 增材制造技术制造出此类创新型载板原型，并对其进行了测试。

采用 PA 3200 GF 材料制造而成的功能集成化的定制型电路载板

面临的挑战
一直以来，电路载板和传统 PCB（印刷电路板）的光芒都或多或少地被基于其运行的微处理器所掩盖。当然，从某种程度上讲，这并不公平，因为若没有高性能中枢神经系统发挥作用，再优秀的大脑也毫无用处。在微电子领域也同样如此：几乎所有现代器件都需要电路板才能嵌入一个或多个芯片以及所需的其他电子元件。这形成了一个可以实现从供电、电路系统到信号输出等各种任务的网络。在新型元器件中，可供传统电路板使用的安装空间通常非常有限。其中一个原因是许多电子设备变得越来越小；即使外形本身比较大，留给真正的电子系统的空间也呈现出越来越小的趋势。例如，在现有的体积内，需要安装屏幕、容纳越来越多的接口和输出点，而且电池越来越大。

如今，在大多数情况下和大多数领域中，简单的实验室 PCB 足以满足新电路系统实验结构的时代已经一去不复返了。除了可用的安装空间有限外，重量也是一个关键因素 – 采用三维结构的紧凑型电路板此时也能发挥重要作用。


对于现代电子产品，电路系统通常必须争夺机壳内的有限空间。采用传统堆叠方式时，PCB 无法再容纳所需的所有元器件，因此上述三维电路载板成为首选的解决方案。而且，很多器件的生命周期越来越短，这也带来了额外的挑战：采用注塑成型工艺制造原型过于昂贵。因此，Beta LAYOUT GmbH 决定寻找一种成本更低的高性能替代方案。

解决方案
得益于 DMLS 增材制造技术，没有任何解决方案比增材制造更能满足多层架构的需求。因为增材制造利用激光逐层打印，这也是 Beta LAYOUT 依赖该技术并使用 3D 打印制造的塑料零部件的原因所在。创新技术不仅仅应用在打印过程中；打印出模型后，对模型进行特殊加工材料涂覆。后续步骤“激光直接成型”(LDS) 形成电路布局， 激活涂层后可形成导线迹线。

激光会触发物理化学反应，产生金属原子，同时使表面粗糙化。激光直接成型后，将模型置于无电流的镀铜槽中。此时，铜粒子沉淀在先前激活的区域，形成导线迹线。镀铜后，导线迹线通过电镀进一步镀铜，也可以通过表面加工直接处理。随后，Beta LAYOUT 在公司的内部装配部门将各个单独的元器件添加至整体组件中。成品件用作初始原型和模型，可对其进行功能测试并对设计布局进行检查。


“我们为各种公司提供 3D-MID （机电一体化器件）原型制造服务，”Beta LAYOUT GmbH 的 3D-MID 产品经理 Manuel Martin 解释说，“使用 EOS 的 FORMIGA P 110，我们能够快速地向客户交付高质量产品。尤为实用的是，我们甚至能够通过网站和在线商店处理 3D 模型订单。增材制造已帮助我们成功拓展了业务模型。”

无论对于个体开发者还是大型的成熟公司，增材制造均可以确保客户定制化的电路载板适用于全新的电子器件原型。塑料组件能以极具吸引力的价格快速生产。同时，该工艺还能提供所需的精度水平和卓越的组件质量，所需的基本主体能够实现批量化生产，这是一个不容忽视的特性，在执行测试时更是如此。

EOS 增材制造技术还带来了高度的灵活性：使用的机器能够处理各种材料，包括 PA 3200 GF，或尼龙铝粉等。此外，还能够处理 PEEK 等高性能聚合物材料和各种金属材料。关键的一点是，所有材料均能够承受高温， 由此打破了注塑成型工艺在批量生产时所面临的高温限制。凭借这种灵活性，Beta LAYOUT 能够应对特定用途电路载板的特性要求，从而满足客户的各种个性化需求。由此，公司可以开发出优化的个性化解决方案，以满足客户降低成本、提高耐高温性能或其他具体需求。

关于本次电路打印所用到的SLS 3D打印机FORMIGA P 110

小型、灵活、高效，紧凑型激光塑料粉末烧结系统。

FORMIGA P 110系统用于直接制造、备件制造以及功能样件（快速原型）制造。

FORMIGA P 110系统-紧凑型激光塑料粉末烧结系统。具有200mm x 250mm x 330mm的成型空间。FORMIGA P 110系统可制造基于尼龙或聚苯乙烯材料的塑料产品。同时，P 110系统可用于制造功能样件、快速原型件、用于熔模铸造的样件。P 110系统在24小时之内即可完成成型制造，具有高效灵活等特点。

生产中的创新应用 ：FORMIGA P 110系统为用户提供了多种创新功能。该系统制作的纵向薄壁仅为0.4mm，因此P 110系统非常适用于小型、精细零部件的制造与成型。创新型的铺粉刮粉装置保障了精细部件的高质量和可靠性以及烧结流程的可靠性。P 110系统同时具有低功耗的特点，从而使得整体运行费用得以降低。作为激光粉末烧结系统的入门级设备，P 110仅需非常基本的电、气条件即可安装使用。