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3D-gedruckte Leiterplatten: Die neue Art der Leiterplattenherstellung

Inhaltsverzeichnis

Die Leiterplattenindustrie hat in den letzten Jahren verschiedene Veränderungen erlebt. Eine davon ist das Aufkommen der 3D-gedruckten Leiterplatte. Diese innovative Art der Leiterplattenfertigung verspricht viele Vorteile, wie beispielsweise komplexe Designs und reduzierte Herstellungskosten. Entdecken Sie mit uns in diesem umfassenden Leitfaden die Technologie des 3D-Drucks von Leiterplatten.

Kann man Leiterplatten in 3D drucken?

Ja, du kannst. Gedruckte Schaltkreise werden traditionell durch Ätzen kupferbeschichteter Substrate und die Schaffung leitfähiger Pfade, sogenannter Leiterbahnen, hergestellt. Heute können Sie sie auch in 3D drucken. Diese Technologie ist nicht zu verwechseln mit a 3-dimensionale Struktur.

3D-Druck ist eine additive Fertigungsmethode, bei der eine Düse halbfestes Material aufträgt oder ein Hochleistungslaser Partikel schmilzt, um das gewünschte Teil zu erzeugen. Um elektronische Schaltkreise in 3D zu drucken, benötigen Sie eine Maschine, einen sogenannten 3D-Drucker.

Eine 3D-gedruckte Leiterplatte bietet mehrere Vorteile, von Kostenreduzierung bis hin zu Designflexibilität. Das erklärt, warum die Technologie schnell an Popularität gewinnt. Sie können damit auch praktisch jede Art von Platine herstellen: einseitig, doppelseitig, mehrschichtig, flexibel usw.

DIY 3D-gedruckte Leiterplatten
DIY 3D-gedruckte Leiterplatten
Ressource: https://youtu.be/QRlDGPiPdvw?si=KHC64vZZKvPqIa8G

Vor- und Nachteile von 3D-gedruckten Leiterplatten

Die Technologie des 3D-Drucks von Leiterplatten gewinnt schnell an Bedeutung. Seine Beliebtheit beruht auf seinen vielen Vorteilen. Es gibt jedoch auch Nachteile, die Sie kennen müssen, bevor Sie die Methode für Ihr Projekt auswählen. Beginnen wir mit den Vorteilen.

Vorteile

  • Im Gegensatz zum herkömmlichen subtraktiven Verfahren, bei dem das Substrat geätzt werden muss, entsteht nicht viel Abfall.
  • Sie können damit komplexe Geometrien erstellen, was bei der Herstellung individueller Platinen von Vorteil ist.
  • Es erfordert weniger Schritte als die herkömmliche Herstellung und eignet sich daher ideal für die Prototypenerstellung von Leiterplatten vor der vollständigen Produktion.
  • Es handelt sich um eine wirtschaftliche Möglichkeit, Leiterplatten für kleine Projekte mit begrenzten Budgets und geringen Produktionsauflagen oder DIY-Projekte herzustellen.

Nachteile

  • Es ist relativ langsam, insbesondere wenn die Plattenschichten einzeln mit einem Filament aufgebaut werden müssen.
  • Beim 3D-Druck von Leiterplatten stehen Ihnen weniger Materialien zur Verfügung als bei der herkömmlichen Herstellung.
  • Dadurch entstehen weniger präzise Leiterbahnen oder Leiterbahnen, was die Erstellung hochauflösender Muster zu einer Herausforderung macht.
Drucken einer Leiterplatte mit einem 3D-Drucker
Drucken einer Leiterplatte mit einem 3D-Drucker
Ressource: https://www.elektormagazine.com

Methoden zum 3D-Druck von Leiterplatten

Es gibt verschiedene Methoden zum 3D-Drucken von Leiterplatten. Bei jeder Methode wird eine andere Technik zur Herstellung des Leitermusters oder der Leiterbahnen verwendet. Dazu gehören die folgenden.

Jet-Druck

Dabei handelt es sich um Sprühen leitfähige Tinte auf das Substrat auftragen, um ein Muster aus Spuren zu erzeugen. Dabei können verschiedene Techniken zum Einsatz kommen: Tintenstrahl und Aerosolstrahl. Sie unterscheiden sich in der Art und Weise, wie der Drucker die Tinte versprüht.

Beim Tintenstrahldruck versprüht der Drucker die leitfähige Tinte in Tröpfchenform und zeichnet so das gewünschte Muster nach. Durch das Aushärten der Tinte bleiben die Leiterbahnen intakt und können mit den Komponenten verbunden werden.

Beim Aerosolstrahl wird die Tinte in Nebelform versprüht. Diese Methode führt zu winzigen Leiterbahnen aus leitfähigen Materialien. Nach dem Trocknen zeigt die Tinte das Spurenmuster der Platte.

Fused Deposition Modeling

Bei dieser Methode verwendet der 3D-PCB-Drucker a thermoplastisches Material (in einer Form namens Filament), um die Plattenschichten aufzubauen. Es erhitzt das Kunststofffilament, bevor es durch eine Düse extrudiert wird, um die Leiterbahnen zu erzeugen.

Die FDM-Methode ist die beliebteste Methode zum 3D-Drucken von Leiterplatten. Es ist relativ günstig. Es erzeugt jedoch Spuren mit niedriger Auflösung und eignet sich daher hervorragend für Prototyping und andere nichtkommerzielle Projekte.

Laserdruck

Hochleistungslaser winzige Partikel schmelzen, um das gewünschte Leiterplattendesign zu erzeugen. Die Partikel können aus verschiedenen Materialien bestehen, darunter Metall, Glas, Keramik und Kunststoff.

Manchmal formt der Laser die Leiterplatte direkt in einer Schicht aus lichtempfindlichem Material. Mit dieser Methode erstellen Unternehmen, die 3D-gedruckte Leiterplatten herstellen, Muster mit hoher Genauigkeit. Diese Lasertechnik wird DLW oder direktes Laserschreiben genannt.

Obwohl relativ langsam, erstellt DLW komplexe Designs mit feinen Leiterbahnen. Es eignet sich hervorragend für die Prototypenerstellung oder für Bildungszwecke.

3D-gedruckte elektronische Schaltkreise auf einer Leiterplatte
3D-gedruckte elektronische Schaltkreise auf einer Leiterplatte
Ressource: https://www.eenewseurope.com

3D-gedruckte Leiterplatten im Vergleich zu traditionell hergestellten Leiterplatten

Was ist der Unterschied zwischen 3D-gedruckten Leiterplatten und traditionell hergestellten Typen? Ein paar Dinge unterscheiden die beiden.

  • Die 3D-gedruckten Typen verwenden andere Materialien als herkömmliche Bretter. Zu den Materialien gehören Thermoplaste, leitfähige Tinte und Metallpulver.
  • Im Gegensatz zu den 3D-gedruckten Typen, die komplexe Geometrien aufweisen können, bietet die herkömmliche Platine nur begrenzte Gestaltungsmöglichkeiten.
  • Die herkömmliche Leiterplatte verfügt über bessere mechanische Eigenschaften und kann unter härteren Bedingungen eingesetzt werden
  • 3D-gedruckte Platinen sind kostengünstiger. Sie benötigen weniger Schritte zur Herstellung
  • Der 3D-Druck von Leiterplatten ist ein langsamer Prozess. Daher sind sie nicht die beste Wahl für große Projekte oder höher Produktionsläufe.
3D-Druck von Leiterbahnen auf Leiterplatten (DIY)
3D-Druck von Leiterbahnen auf Leiterplatten (DIY)
Ressource: https://youtu.be/QOOAXWyt8Fg?si=p4JEbsUQ5kv9H9Bm

Mögliche Anwendungen von 3D-gedruckten Leiterplatten

Aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile gegenüber herkömmlichen Leiterplatten finden 3D-gedruckte Leiterplatten in vielen Projekten (kommerziell oder nichtkommerziell) Anwendung. Zu den beliebtesten gehören:

  • Sie eignen sich aufgrund der geringeren Kosten ideal für die Prototypenerstellung Werkzeuganforderungen.
  • Sie eignen sich für Projekte mit geringem Volumen, für deren Implementierung keine komplexen Prozesse erforderlich sind.
  • Sie können 3D-gedruckte PCB-Leiterplatten verwenden, wenn Ihr Projekt komplexe Designs erfordert, die bei der normalen Fertigung möglicherweise nicht möglich sind.
  • Aufgrund der geringeren Kosten und der Designflexibilität sind 3D-gedruckte Tafeln ideal für den Bildungsbereich.
  • Sie können die Technologie auch zur Herstellung von Leiterplatten für den allgemeinen Gebrauch nutzen, beispielsweise Leiterplatten für elektronische Geräte und andere Anwendungen.
Hochdichte 3D-gedruckte Leiterplatte
Hochdichte 3D-gedruckte Leiterplatte
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=aLcdm6gB6eE

Was ist die Zukunft des PCB-3D-Drucks?

Der 3D-Druck befindet sich derzeit in der Entwicklung. Forscher finden neue Wege zur Herstellung von Teilen unter Verwendung der Techniken und neuen Materialien, die beim Einsatz der Technologie am besten funktionieren.

Die anhaltende Innovation wird zweifellos die Art und Weise verändern, wie wir Leiterplatten herstellen. Wir werden wahrscheinlich sehen, dass sie mit Leiterbahnmustern mit höherer Auflösung und der Verwendung hochwertigerer Materialien wie z. B. besser werden Graphentinte.

Dies wird wiederum zu einem verstärkten Einsatz von 3D-gedruckten Leiterplatten in verschiedenen Branchen führen, auch in solchen, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind. Kurz gesagt: Die Technologie wird immer besser.

Zusammenfassung

3D-gedruckte Leiterplatten revolutionieren die Herstellung elektronischer Schaltkreise für den Einsatz in verschiedenen Branchen. Sie sind kostengünstiger herzustellen und in komplexen Designs und Formen einfach herzustellen. Da die Technologie weiter wächst, werden wir wahrscheinlich eine Verbesserung der Druckgeschwindigkeit erleben. Es werden auch bessere Materialien mit besseren mechanischen Eigenschaften und besserer Herstellbarkeit entstehen.

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