3D プリントによるデジタル生産: エレクトロニクス産業の発展にどのような変化をもたらすでしょうか?

出典: 電子工学 3Dプリンティング

3D プリンティングは製造業界に新たな革命をもたらしています。かつては試作品の製造にのみ使用されていた3Dプリントは、徐々に実用的な生産技術へと進化してきました。 3D プリントによるデジタル生産は、製造業者にとって夢のようなものです。さまざまな種類の製品のコストと納期をより確実に見積もることができ、さまざまな産業分野の設計者に設計空間の自由度を高めることができます。

現代生活のあらゆる側面がますますデジタル化され、接続されるようになり、工場レベルも例外ではありません。工場設備を構築および接続する新しい方法として、3D プリントデジタル製造は、付加プロセスと生産技術をつなぐものとして必然的に採用されるようになるでしょう。エレクトロニクス業界におけるこうした変化は、PCB の積層造形を通じてすでに感じられます。

将来的には、3Dプリントのデジタル生産技術により、ワークショップと電子機器が1つのデバイスに圧縮されるでしょう。
試作品の印刷から本格的な生産まで
3D プリントは 1980 年の発明以来、創造性、学術、プロトタイプの分野で主に使用されてきました。プラスチック熱溶解積層法の印刷技術に加え、金属、ポリマー、プラスチック、複合材料の複雑な部品の印刷にも徐々に拡大してきました。自動車産業、履物、航空宇宙などの産業分野では、従来の製造の欠点を補うために、3D プリントの低コストで迅速な利点をすでに最大限に活用しています。

3D プリントデジタル製造の本質は、新製品の生産および設備プロセスに適応するためのより大きな設計の自由を設計者に提供することです。デザイナーは新しいデザインをより早く生産に移行でき、不必要なやり直しをなくすことができます。製品の複雑さに関係なく、最初の製品発売のリードタイムが大幅に短縮されます。これにより、プロトタイプの迅速な製造、小ロット生産、そして確定的なコストとリードタイムでの複雑な製品の大規模生産が可能になります。

デジタル化のレベルが高まれば接続性が高まり、生産プロセス全体のさまざまな部分が連携できるようになります。これにより、工場は真に相互接続されたエコシステムへと変貌し、エンジニアは生産プロセスのあらゆる部分をより細かく制御できるようになります。 3D プリントデジタル製造を適用する産業分野の範囲は拡大し続け、この革命は PCB の設計と製造にも影響を与えるでしょう。

PCB 向け 3D プリントデジタル製造<br /> 3D 印刷システムは、印刷材料の適合性、温度制限、適切な印刷プロセスと利用可能な材料のマッチングを考慮すると、回路基板や電子部品の製造には不適切または非実用的であると長い間考えられてきました。積層造形技術がプラスチックや金属部品の印刷を超えて成熟するにつれ、工業分野の一部の企業は、機能的な PCB ボードの 3D 印刷に使用される絶縁インクや金属インクなど、より多くの材料を採用できるようになりました。これらの特殊材料により、低温圧電インクジェットプロセスを使用して複雑な機能を持つ電子機器を製造できるようになり、デジタルモデルと精密な複合堆積技術を単一の印刷プロセスで組み合わせて適用できるようになります。

積層造形プロセスはデジタルモデルから生成された製造データに依存するため、少量で非常に複雑なデバイスのデジタル製造の基盤となります。もちろん、これには PCB の 3D プリントによるデジタル生産も含まれます。従来の製造指示書とデータは、主に EDA 設計ソフトウェアと、EDA と CAD 間の互換性のある形式のファイルを通じて生成されます。たとえば、SolidWorks を使用すると、設計フィーチャを付加装置の印刷指示書にすばやく変換できます。

PCB 製造における一般的な減算プロセスと比較すると、製造プロセス全体において依然として人間の介入が必要です。包括的なデジタル製造においては、少数のハイテク企業を除いて、従来の PCB 製造設備とプロセスの統合がまだ不十分です。今後登場する IPC_CFX 規格はデジタル化と量産の統合に対応するのに役立つため、追加のシステムもすぐにこの小容量 3D プリントデジタル製造に適応できるようになります。

これは、基板製造プロセス全体がこの層ごとの印刷アプローチの恩恵を受けるためであり、従来の PCB 製造プロセスにおける電気メッキ、エッチング、およびラミネートの冗長な手順が排除されます。 PCB 製造に積層製造を使用するか、または切削製造を使用するかを決定する際におそらく最も重要なのは、ボードの複雑さ、製造時間、およびコストの関係です。積層造形プロセスでは、基板の複雑さに関係なく、基板ごとに製造時間とコストが比較的一定です。対照的に、減算型製造プロセスでは、主に組み立て手順が増えるため、より複雑なボードのコストが大幅に高くなり、生産時間も長くなります。

3Dプリントにより、複雑な回路基板をデジタルで簡単に製造できる
3D プリントのデジタル生産のこれらの特性は、コスト構造を根本的に解決します。ボードの生産は、変動費ではなく固定費によって決まります。これにより、製品開発者は実際の生産コストに非常に近い予算を立てることができるようになります。メーカーにとっては、新製品のプロセス調整に伴う初期コストが削減されます。各基板の印刷にかかる時間と納期サイクルは固定されており、製品開発者やエンドユーザーは納期の見積もりや生産スケジュールの立案が容易なため、ツール調整にかかるコストを製品ごとに償却する必要がありません。

印刷速度、信頼性、積層造形に使用できる材料の範囲が向上するにつれて、3D デジタル製造がより多くの産業分野を支配するようになることが期待できます。 3D プリントにより、消費者はコスト構造、コスト予算、納品サイクル、設計の複雑さをすべて軽減できます。従来のプロセスを補完または置き換えるために付加製造を使用する企業は、実際の経済的利益を得て、将来的に競争力を高めることができます。 NanoDimension は現在、24 時間 365 日の連続生産を可能にする付加製造システムを提供しています。

電子積層造形は、間違いなく電子製品の製造に新たなソリューションを提供します。場合によっては、従来の製造方法では解決が難しい問題を解決できます。もちろん、より重要なのは、設計者に想像力の余地を与え、設計思考を解放することです。原作者は3Dプリントデジタル製造の多くの利点を提唱しており、編集者は、時間の経過とともに、材料技術とデジタルシステムの発展により、これらの利点が徐々に明らかになると考えています。読者が従来の製造プロセスと比較しなければならない場合、少なくとも今は適切な時期ではないと個人的には思います。大量生産と製品性能の安定性は、現在の従来のプロセスとは比較になりません。しかし、これらは新しい技術として発展し成長することを妨げるものではなく、将来それがもたらす利点も期待する価値があります。ご興味がございましたら、メッセージを残してご相談ください。

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