盒子里的工廠：3D打印讓電子元件產(chǎn)業(yè)“騰飛”

你可能不是第一次聽說“盒子里的工廠”，它在現(xiàn)實中有多種表現(xiàn)形式：小到視桌面機為家用生產(chǎn)設(shè)備的創(chuàng)客社群，大到像考文垂制造技術(shù)中心這樣的機構(gòu)––該機構(gòu)最近啟動了一項計劃，旨在將英國中小型制造企業(yè)轉(zhuǎn)化為全球數(shù)字工廠。

　　2012年創(chuàng)建的以色列科技公司Nano Dimension對這個詞有新的想法，其推出的DragonFly 2020 3D打印機用于實現(xiàn)專業(yè)電子元件的終極快速原型制作。作為用于解決電子元件制造過程中實際問題的第一款系統(tǒng)，DragonFly通過“盒子”將制造過程中的傳統(tǒng)外包部分轉(zhuǎn)為內(nèi)部生產(chǎn)。

　　與3D打印一樣，打印電子元件很早之前已被推出，但直到最近才開始走向成熟。Nano Dimension決不是第一家從事3D打印電子元件設(shè)計生產(chǎn)的公司，但與生產(chǎn)Developer’s Kit 3D打印機的初創(chuàng)公司Voxel8不同，Nano Dimension將自己定位為第一家在專業(yè)領(lǐng)域完全專注于3D打印電子元件的公司。

　　Nano Dimension首席商務官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Simon Fried說：“塑料打印和金屬打印各有各的適用范圍，但在我們生活的星球上電子設(shè)備無處不在。為實現(xiàn)電子元件和3D打印的融合，我們必須探索各種新型制造方式并最終制造出不同產(chǎn)品。”

　　印制電路板的生產(chǎn)是一項極其冗長的過程。其他制造過程已開始接受增材制造等時間壓縮技術(shù)，而印制電路板的生產(chǎn)仍是一個緩慢的過程。在描述生產(chǎn)電子產(chǎn)品的傳統(tǒng)工作流程時，Simon認為電子團隊“面臨的掣肘問題是，他們每完成一項設(shè)計都必須委托第三方進行原型制作”，最終影響整個生產(chǎn)周期。

　　DragonFly使用噴墨沉積與固化系統(tǒng)，在數(shù)小時內(nèi)便可完成多層電路板的打印。該設(shè)備可同時打印兩種材料，全部使用Nano Dimension自主開發(fā)的AgCite納米顆粒導電銀墨。Nano Dimension的打印墨粉專家能夠提取10-100+納米級純銀顆粒，通過控制納米顆粒的尺寸、形狀和離散實現(xiàn)最高水平的電導率、靈活性和附著力。Simon認為使用專有材料是實現(xiàn)電子元件正常運行所需終極精度的“必由之路”。

　　Simon說道：“它是真正意義上的一套完整系統(tǒng)，各部分密切配合——每個部件的設(shè)計都與其他部件完美配合。”

　　設(shè)備入門只需少量培訓，在Nano Dimension技術(shù)將印制電路板轉(zhuǎn)換為打印對象之前，工程師可繼續(xù)使用Cadence等常規(guī)設(shè)計軟件包。DragonFly通過預定的10分鐘學習曲線為工程師提供各種電子元件的設(shè)計新思路。

　　印制電路板的現(xiàn)有制造方式受各方面的限制。為了保證高解析率，它們采用垂直或平行布置，它們的耐受能力遠低于標準打印的部件。因此，Simon認為3D打印在電子行業(yè)中的發(fā)展?jié)摿h高于其他任何行業(yè)，因為它能夠為工程師提供更多自由和靈活性，從而完全改變印制電路板的總體應用思路。

　　鑒于3D打印的種種優(yōu)勢，Nano Dimension希望看到更多的電子工程師大膽創(chuàng)新設(shè)計方法。10或12層印制電路板典型的10天周期通常意味著工程師對過程仍持保守態(tài)度，因為任何失誤都會引起成本和時間方面的高風險。工程團隊能夠利用3D打印改變其工作方式，將線性工作流程轉(zhuǎn)變?yōu)楦屿`活的系統(tǒng)，在不斷重復嘗試的過程中打印一整塊電路板或部分電路。

　　Simon評論：“你可以向著極限條件做進一步探索，因為失誤的代價無非就是在明天之前完成重新打印，這意味著你承受得起更多的創(chuàng)新工作。”

　　盡管目前還無法實現(xiàn)，但我們的最終目標是將10種不同的打印墨與元器件融合制成完整產(chǎn)品。這會對諸如智能手表等消費性技術(shù)的生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響：成品中可嵌入更加復雜的電子元件取代目前任何結(jié)構(gòu)設(shè)計中都必須考慮的印制電路板。

　　Simon說：“我們目前是在打印印制電路板，但從長遠來看，印刷電路板必將消失并成為各種相應物件的內(nèi)在組成部分。它只是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的固有部分而已。”

　　從概念到試制產(chǎn)品只需數(shù)月時間

　　DragonFly本身就是一種3D創(chuàng)新產(chǎn)品。該設(shè)備設(shè)計時綜合采用SOLIDWORKS 3D設(shè)計軟件、Composer、Simulator和PDM Professional，僅僅17個月內(nèi)便將來自自然的靈感（汽車、蜻蜓造型）實現(xiàn)為產(chǎn)品。

　　該設(shè)備計劃于今年晚些時候在美國、歐洲和亞洲的主要制造和技術(shù)活動上進行商業(yè)發(fā)布。他們已經(jīng)與少數(shù)幾家公司展開初步合作，包括硅谷3D打印服務提供商 FATHOM和航空技術(shù)開發(fā)商以色列航空工業(yè)公司，這兩家公司將是最先收到打印機的客戶。Nano Dimension正在尋求電信、航空、消費電子、汽車甚至是物聯(lián)網(wǎng)等各行業(yè)合作伙伴。每個行業(yè)對該技術(shù)的需求都不盡相同：有的行業(yè)只需提升開發(fā)速度，有的行業(yè)要求實現(xiàn)輕量化，有的行業(yè)則要求植入消費性產(chǎn)品。

　　Simon總結(jié)道：“各行各業(yè)提出各種不同的問題。我們目前不能一一解答這些問題，但隨著各領(lǐng)域工作的不斷深入，這些問題都會隨時間推移日漸明朗。”