Komuniti pembuat sedang hangat berbincang mengenai cara terbaik untuk mengintegrasikan litar elektronik ke dalam objek yang dicetak 3D. Walaupun penyelidik seperti Oliver Child dari University of Bristol telah membangunkan litar terintegrasi menggunakan filamen konduktif, penghobi dan profesional sedang meneroka pelbagai pendekatan alternatif yang mungkin lebih praktikal dan kos efektif.
Perbincangan bermula sekitar kerja Child yang membenamkan mikropengawal secara langsung ke dalam cetakan 3D menggunakan filamen konduktif yang dicampur karbon. Walau bagaimanapun, komuniti dengan cepat mengenal pasti beberapa batasan dengan pendekatan ini, mencetuskan perdebatan yang lebih luas mengenai masa depan pembuatan elektronik DIY.
Pilihan Mikropengawal untuk Integrasi
- Arduino : Popular tetapi besar untuk sesetengah aplikasi seperti peranti boleh pakai
- Mikropengawal siri QAI : Serasi dengan Arduino , saiz 12mm x 12mm
- Serasi dengan jarum pencetak 0.1"/0.5mm
- Berfungsi dengan pad sambungan selebar 2.14mm
 |
|---|
| Objek bercetak 3D yang inovatif menampilkan komponen elektronik terbenam mewakili masa depan pembuatan elektronik DIY |
Batasan Filamen Konduktif Mendorong Inovasi
Cabaran utama dengan filamen konduktif terletak pada prestasi elektrik yang lemah berbanding jejak kuprum tradisional. Bahan yang dicampur karbon seperti Proto Pasta Black PLA menawarkan kekonduksian tetapi pada rintangan yang jauh lebih tinggi daripada wayar kuprum. Filamen yang dicampur kuprum wujud tetapi berharga kira-kira dua puluh kali ganda lebih mahal daripada alternatif karbon sambil masih memberikan prestasi yang jauh lebih teruk daripada kuprum tulen.
Jurang prestasi ini telah menyebabkan pembuat meneroka alternatif kreatif. Ada yang mencadangkan menggunakan timah sebagai bahan percetakan, mengambil kesempatan daripada takat lebur yang lebih rendah dan kekonduksian yang lebih baik. Yang lain mencadangkan mencetak saluran berongga yang kemudiannya boleh diisi dengan bahan konduktif seperti merkuri atau timah cair.
Perbandingan Filamen Konduktif
- Proto Pasta Black PLA (diperkaya karbon): Harga standard, kekonduksian sederhana
- Filamen diperkaya tembaga: 20 kali lebih mahal daripada alternatif karbon
- Filamen Polyurethane (diperkaya karbon): Lebih elastik daripada PLA, membolehkan peranti sensitif tekanan
- Semua filamen konduktif: Rintangan jauh lebih tinggi daripada wayar tembaga tulen
Penyelesaian Percetakan Berbilang Kepala dan Penempatan Wayar
Topik perbincangan popular tertumpu pada penggunaan berbilang kepala cetak untuk menyelesaikan masalah kekonduksian. Daripada bergantung pada filamen konduktif, sesetengah pembuat mencadangkan mendedikasikan satu kepala cetak untuk meletakkan wayar kuprum atau pita kerajang secara langsung ke dalam saluran yang dicetak. Pendekatan ini memerlukan koordinasi yang canggih antara kepala tetapi boleh memberikan prestasi elektrik yang jauh lebih baik.
Cabaran teknikal adalah ketara. Membengkokkan dan meletakkan wayar pada permukaan 3D yang kompleks memerlukan kawalan yang tepat, dan geometri percetakan menjadi terhad oleh keperluan untuk mengelakkan perlanggaran antara kepala cetak dan komponen yang telah diletakkan sebelum ini.
Kaedah PCB Tradisional Masih Diutamakan
Ramai pembuat berpengalaman berhujah bahawa pembuatan PCB konvensional kekal unggul untuk kebanyakan aplikasi. Cip penghobi moden sering memerlukan lebar jejak 0.2mm dengan jarak yang sama - jauh melebihi apa yang teknologi percetakan 3D semasa boleh capai dengan boleh dipercayai. Papan berbilang lapisan dengan penghalaan kompleks memberikan cabaran yang lebih besar lagi.
Saya fikir PCB bukan planar adalah perkara yang sangat khusus, dan sangat jarang diperlukan. anda boleh hanya menjalankan wayar/penyambung antara berbilang PCB, tidak mengapa jika prototaip anda memerlukan sedikit pemasangan manual.
Sesetengah pembuat mencadangkan pendekatan hibrid, seperti menggunakan bahan yang dicetak 3D sebagai topeng fotoresist untuk punaran PCB tradisional, atau mengubah suai pencetak resin murah untuk mencipta topeng UV bagi pengeluaran papan litar.
Kos Peralatan Profesional vs DIY
- Pencetak 3D pengguna dengan keupayaan konduktif: Di bawah $1,000 USD
- Pencetak berbilang bahan profesional (contohnya, Markforged ): $20,000 USD
- Peralatan ukiran laser gentian: Di bawah $2,000 USD
- Sistem lenturan/penempatan wayar desktop: Masih dalam pembangunan
Prospek Masa Depan dan Realiti Pasaran
Perbincangan mendedahkan ketegangan antara daya tarikan elektronik yang dicetak 3D sepenuhnya terintegrasi dan batasan praktikal teknologi semasa. Walaupun konsep mencetak peranti elektronik lengkap menawan imaginasi, realitinya melibatkan pertukaran ketara dalam prestasi, kos, dan kerumitan.
Peralatan profesional wujud yang boleh membenamkan komponen dan jejak semasa percetakan 3D, tetapi sistem ini berharga puluhan ribu dolar Amerika Syarikat, meletakkannya di luar jangkauan kebanyakan penghobi. Cabaran terletak pada membawa keupayaan serupa kepada peralatan skala desktop sambil mengekalkan kos dan prestasi yang munasabah.
Komuniti pembuat terus bereksperimen dengan pelbagai pendekatan, daripada plot wayar CNC hingga teknik percikan logam. Setiap kaedah menawarkan pertukaran berbeza antara kerumitan, kos, dan prestasi, mencadangkan bahawa berbilang penyelesaian mungkin wujud bersama daripada satu pendekatan menguasai bidang ini.
Rujukan: Printegrated Circuits Bring the Smarts to 3D Printing