Erdieroaleen industrian 3D inprimatzeko teknologiaren aplikazio esploratzailea

Garapen teknologiko azkarreko garaian, 3D inprimaketa, fabrikazio aurreratuko teknologiaren ordezkari garrantzitsu gisa, fabrikazio tradizionalaren aurpegia pixkanaka aldatzen ari da. Teknologiaren etengabeko heldutasunarekin eta kostuen murrizketarekin, 3D inprimaketa teknologiak aplikazio aukera zabalak erakutsi ditu arlo askotan, hala nola aeroespaziala, automobilgintza, ekipamendu medikoa eta diseinu arkitektonikoa, eta industria horien berrikuntza eta garapena sustatu du.

Azpimarratzekoa da% 3D inprimatzeko teknologiaren eragin potentziala erdieroaleen eremuan izan dezakeen eragina gero eta nabarmenagoa dela. Informazioaren teknologiaren garapenaren ardatz gisa, erdieroaleen fabrikazio prozesuen zehaztasunak eta eraginkortasuna produktu elektronikoen errendimendua eta kostua eragiten dute. Zehaztasun handiko beharren aurrean, konplexutasun handiko eta abiadura bizkorreko industrian, 3D inprimatzeko teknologiak, bere abantaila bereziekin, aurrekaririk gabeko aukerak eta erronkak ekarri ditu erdieroaleen fabrikazioan, eta pixkanaka-pixkanaka-pixkanaka-pixkanaka sartu daerdieroaleen industria-katea, erdieroaleen industria aldaketa sakon batean dagoela adierazten duena adieraziz.

Hori dela eta, erdieroaleen industrian 3D inprimaketa-teknologiaren etorkizuneko aplikazioa aztertu eta aztertzeak puntako teknologia honen garapen-pultsua ulertzen lagunduko digu, baizik eta erdieroaleen industria berritzeko laguntza teknikoa eta erreferentzia eskaintzen lagunduko digu. Artikulu honek 3D inprimatzeko teknologiaren azken aurrerapena eta erdieroaleen industrian dituen aplikazio potentzialak aztertzen ditu, eta teknologia honek erdieroaleen fabrikazio industria nola susta dezakeen aztertzen du.

3D inprimatzeko teknologia

3D inprimaketa fabrikazio teknologia gehigarri gisa ere ezagutzen da. Bere printzipioa da hiru dimentsiotako entitatea eraikitzea materialen geruzaren arabera pilatuta. Ekoizpen metodo berritzaile honek "subtractive" edo "berdintasunezko materiala" fabrikazio tradizionala prozesatzeko modua aldatzen du eta moldeatutako produktuak "integratu" ditzake moldeen laguntzarik gabe. 3D inprimatzeko teknologia mota ugari daude, eta teknologia bakoitzak bere abantailak ditu.

3D inprimatzeko teknologiaren moldaketa printzipioaren arabera, lau mota daude batez ere.

✔ Fotocuring teknologia ultramoreen polimerizazioaren printzipioan oinarritzen da. Material fotosentikorako likidoek geruza argiak eta pilatutako geruza bidez sendatzen dira. Gaur egun, teknologia honek zeramika, metalak eta erretxinak eratu ditzake moldaketa altuko zehaztasunarekin. Medikuntzako, artearen eta hegazkin industriaren arloetan erabil daiteke.

✔ Fusion gordailuaren teknologia, ordenagailuz gidatutako inprimatze-buruaren bidez, errea berotzeko eta urtzeko, forma zehatzen ibilbidea, geruza geruzaren arabera erauzi eta material plastiko eta zeramikak eratu ditzake.

✔ Slurry Idazketa Zuzeneko Teknologiak biskositate handiko lohia erabiltzen du tinta material gisa, upelean gordetzen dena eta estrusio orratzarekin lotuta dago eta ordenagailu kontrolpean hiru dimentsiotako mugimendua osa dezakeen plataforman instalatu da. Presio mekanikoaren bidez edo presio pneumatikoaren bidez, tinta materiala substratuan etengabe erauzteko bultzatzen da, eta gero dagokion postprozesioa (disolbatzaile lurrunkorra, sendaketa termikoa, argi sendagarria, sintering, sintering, sintering, sintering, sintering, sintering, argiztapena, sintering, sintering, sintering, argiaren sendagarria, sintering, sintering, sintering, sintering, sintering, sintering, argiaren sendagaia) egiten da Hiru dimentsiotako azken osagaia lortzeko propietate materialen arabera. Gaur egun, teknologia hau Bioceramika eta Elikagaien Tratamenduaren arloetan aplika daiteke.

✔Hauts-ohearen fusio-teknologia laser urtze selektiboko teknologian (SLM) eta laser bidezko sinterizazio selektiboan teknologian (SLS) bana daiteke. Bi teknologiek hauts-materialak erabiltzen dituzte prozesatzeko objektu gisa. Horien artean, SLM-ren laser energia handiagoa da, eta horrek hautsa urtu eta solidotu dezake denbora gutxian. SLS zuzeneko SLS eta zeharkako SLStan bana daiteke. SLS zuzenaren energia handiagoa da, eta partikulak zuzenean sinterizatu edo urtu daitezke partikulen arteko lotura sortzeko. Beraz, zuzeneko SLS SLMren antzekoa da. Hauts-partikulek beroketa eta hozte azkarra jasaten dute denbora laburrean, eta horrek barne-tentsio handia, dentsitate orokorra baxua eta propietate mekaniko eskasak ditu bloke moldatutakoak; zeharkako SLSaren laser energia txikiagoa da, eta hautsaren lotzailea laser izpiaren bidez urtzen da eta partikulak lotzen dira. Konformazioa amaitu ondoren, barneko aglutinatzailea kentzen da koipegabetze termikoaren bidez, eta, azkenik, sinterizazioa egiten da. Hauts-ohearen fusio-teknologiak metalak eta zeramika sor ditzake eta gaur egun aeroespazialean eta automobilgintzan fabrikazio-esparruan erabiltzen da.

1. irudia (a) Fotokoratzeko teknologia; (b) deposizio teknologia fusionatua; (c) Slurry zuzeneko idazketa teknologia; (d) hauts oheko fusio teknologia [1, 2]

3D inprimatzeko teknologiaren etengabeko garapenarekin, bere abantailak etengabe frogatzen ari dira prototipoetatik azken produktuetaraino. Lehenik eta behin, produktuaren egituraren diseinuaren askatasunari dagokionez, 3D inprimaketa-teknologiaren abantailarik esanguratsuena piezen egitura konplexuak zuzenean fabrikatu ditzakeela da. Ondoren, moldura-objektuaren material aukeraketari dagokionez, 3D inprimatzeko teknologiak hainbat material inprima ditzake, besteak beste, metalak, zeramika, polimero-materialak, etab. Fabrikazio-prozesuari dagokionez, 3D inprimatzeko teknologiak malgutasun-maila handia du eta fabrikazio-prozesua eta parametroak benetako beharren arabera doi ditzake.

Erdieroaleen industria

Erdieroaleen industriak funtsezko eginkizuna du zientzia eta teknologia eta ekonomia modernoan, eta bere garrantzia alderdi askotan islatzen da. Erdieroaleak erabiltzen dira miniaturizatutako zirkuituak eraikitzeko, eta horri esker, gailuak konpromiso konplexuak eta datuen tratamendu zereginak egiteko aukera ematen dute. Eta ekonomia globalaren zutabe garrantzitsu gisa, erdieroaleen industriak lan ugari eta onura ekonomikoak eskaintzen ditu herrialde askotan. Elektronikaren fabrikazio industriaren garapena zuzenean sustatu ez ezik, softwarearen garapena eta hardware diseinua bezalako industrien hazkundea ere ekarri zuen. Gainera, militar eta defentsa zelaietan,erdieroaleen teknologiafuntsezkoa da funtsezko ekipamenduetarako, hala nola komunikazio sistemak, radarrak eta satelite bidezko nabigazioa, segurtasun nazionala eta abantaila militarrak bermatuz.

2. taula "14 urteko bost plana" (laburpena) [3]

Hori dela eta, egungo erdieroaleen industria lehiakortasun nazionalaren sinbolo garrantzitsua bihurtu da eta herrialde guztiak aktiboki garatzen ari dira. Nire herrialdeko 14 urteko plana "erdieroaleen industrian" botilenock "estekak babesteko bideratzea proposatzen du, batez ere prozesu aurreratuak, ekipamenduak, hirugarren belaunaldiko erdieroaleak eta beste eremu batzuk barne.

3. grafikoa Txip erdieroaleen prozesatzeko prozesua [4]

Seme-eroaleen patata frijituak fabrikatzeko prozesua oso konplexua da. 3. irudian erakusten den moduan, honako urrats hauek biltzen ditu batez ere:Wafer prestaketa, litografia,akuafortea, film meheen deposizioa, ioien ezarpena eta ontzien probak. Prozesu bakoitzak kontrol zorrotza eta neurketa zehatza behar ditu. Edozein esteketako arazoek txiparen kalteak eragin ditzakete edo errendimendua hondatzea. Hori dela eta, erdieroaleen fabrikazioak oso eskakizun handiak ditu ekipo, prozesu eta langileentzat.

Erdieroaleen fabrikazio tradizionalak arrakasta handia lortu duen arren, oraindik muga batzuk daude: lehenik, erdieroale txipak oso integratuak eta miniaturizatuak dira. Moore-ren legearen jarraipenarekin (4. irudia), txip erdieroaleen integrazioak handitzen jarraitzen du, osagaien tamainak txikitu egiten jarraitzen du eta fabrikazio prozesuak zehaztasun eta egonkortasun handia ziurtatu behar du.

4. irudia (a) Txip bateko transistore kopurua handitzen jarraitzen du denboran zehar; (b) txiparen tamainak txikitu egiten jarraitzen du [5]

Horrez gain, erdieroaleen fabrikazio-prozesuaren konplexutasuna eta kostuen kontrola. Erdieroaleen fabrikazio-prozesua konplexua da eta doitasun-ekipoetan oinarritzen da, eta lotura bakoitza zehaztasunez kontrolatu behar da. Ekipamenduaren kostu altuak, materialaren kostuak eta I+Gko kostuak erdieroaleen produktuen fabrikazio kostua handia da. Horregatik, beharrezkoa da kostuak arakatzen eta murrizten jarraitu behar da produktuaren etekina bermatuz.

Aldi berean, erdieroaleen fabrikazio industriak azkar erantzun behar du merkatuaren eskariari. Merkatuaren eskaeraren aldaketa azkarekin. Fabrikazio tradizionalaren ereduak ziklo luzearen eta malgutasun eskasaren arazoak ditu, eta horrek zailtzen du merkatuaren produktuen iterazio azkarra ezagutzea. Hori dela eta, fabrikazio metodo eraginkorragoa eta malguagoa ere bihurtu da erdieroaleen industriaren garapen norabidea.

ren aplikazioa3D inprimaketaerdieroaleen industrian

Erdieroaleen arloan, 3D inprimaketa teknologiak ere etengabe frogatu du bere aplikazioa.

Lehenik eta behin, 3D inprimatzeko teknologiak askatasun maila handia du egitura-diseinuan eta moldaketa "integratua" lor dezake, hau da, egitura sofistikatuagoak eta konplexuagoak diseina daitezke. 5. Irudia (a), 3D Sistemak barneko beroa xahutzeko egitura optimizatzen du diseinu laguntzaile artifizialaren bidez, oblearen fasearen egonkortasun termikoa hobetzen du, oblearen egonkortze termikoko denbora murrizten du eta txiparen ekoizpenaren etekina eta eraginkortasuna hobetzen du. Litografia-makinaren barruan hodi konplexuak ere badaude. 3D inprimaketaren bidez, hodien egitura konplexuak "integratu" daitezke hodien erabilera murrizteko eta gas-fluxua optimizatzeko, horrela interferentzia mekanikoen eta bibrazioen inpaktu negatiboa murrizteko eta txiparen prozesatzeko prozesuaren egonkortasuna hobetzeko.

5. irudia 3D System-ek 3D inprimaketa erabiltzen du piezak osatzeko (a) litografia-makinaren obleen etapa; (b) hodi manifold [6]

Materialen hautaketa dagokionez, 3D inprimatzeko teknologiak prozesatzeko metodo tradizionalek osatzen dituzten materialak gauzatu daitezke. Silizio karburo materialek gogortasun handia eta urtze puntu handia dute. Tratamendu metodo tradizionalak oso zaila da eta ekoizpen ziklo luzea dute. Egitura konplexuen eratzeak moldearen laguntza prozesatzeko eskatzen du. Sublimation 3D-k tobera bikoitzeko 3D inprimagailu independentea garatu du eta 250 silizio karburo kristal itsasontziak prestatu ditu. Erreakzio sinteriz ondoren, produktuaren dentsitatea 2,95 ~ 3.02g / cm3 da.

6. irudiaSilizio karburozko kristalezko itsasontzia[7]

7. irudia (a) 3D kopilaritzako ekipoak; (b) UV argia hiru dimentsiotako egiturak eraikitzeko erabiltzen da, eta laserra zilarrezko nanopartikulak sortzeko erabiltzen da; (c) 3D kopinatzeko osagai elektronikoen printzipioa [8]

Produktu elektronikoen prozesu tradizionala konplexua da, eta prozesu-urrats ugari behar dira lehengaietatik produktu bukatuak. Xiao et al. [8] Erabilitako 3D kopurako teknologia gorputzaren egiturak modu selektiboan eraikitzeko edo metal eroaleek forma libreko gainazaletan txertatzeko 3D gailu elektronikoak fabrikatzeko. Teknologia honek inprimatzeko material bakarra dakar, polimeroen egiturak UV sendatzearen bidez, edo metalezko aitzindariak aktibatzeko i erretxina fotosenetan aktibatzeko laser eskaneatzean, nano-metalezko partikulak zirkuitu eroaleak osatzeko. Horrez gain, ondorioz, zirkuitu eroaleek erresistentzia bikaina erakusten dute 6,12μωm inguru. Materialen formula eta prozesatzeko parametroak egokituz, erresistentzia 10-6 eta 10ωm artean kontrolatu daiteke. Ikus daiteke 3D kopiatze teknologiak fabrikazio tradizionaletan material anitzeko deposizioaren erronka konpontzen duela eta 3D produktu elektronikoak fabrikatzeko bide berria irekitzen duela.

Chip Packaging funtsezko lotura da erdieroaleen fabrikazioan. Packaging teknologia tradizionalek ere arazo konplexuak, kudeaketa termikoaren porrota eta materialen arteko hedapen termikoen koefizienteek eragindako estresa ere badituzte, materialen artean. 3D inprimatzeko teknologia fabrikazio prozesua sinplifikatu eta kostuak murriztu ditzake ontziratze egitura zuzenean inprimatuz. Feng et al. [9] Prestatutako faseak biltzeko material elektronikoak aldatu eta 3D inprimatzeko teknologiarekin konbinatu ditu patata frijituak eta zirkuituak. Feng et al-ek prestatutako ontziratze elektronikoaren materiala aldatzen du fasea. 145,6 J / G bero latent du eta egonkortasun termiko garrantzitsua du 130 ºC-ko tenperaturan. Ontziratze elektroniko tradizionalen materialekin alderatuta, haren hozte efektuak 13 ºC-ra iritsi daitezke.

8. Irudia 3D inprimaketa-teknologia erabiltzearen eskema eskematikoa fase-aldaketako material elektronikoekin zirkuituak zehaztasunez kapsulatzeko; (b) Ezkerreko LED txipa fase aldaketarako ontzi elektronikoen materialekin kapsulatu da, eta eskuineko LED txipa ez da kapsulatu; (c) LED txipen infragorrien irudiak kapsulaturik edo gabe; (d) Tenperatura-kurbak potentzia beraren eta ontzi-material desberdinen pean; (e) Zirkuitu konplexua LED txip bilketa-diagramarik gabe; (f) Fase-aldaketako ontzi elektronikoen materialen beroa xahutzearen diagrama eskematikoa [9]

3D inprimatzeko teknologiaren erronkak erdieroaleen industrian

3D inprimatzeko teknologiak potentzial handia erakutsi duen arrenerdieroaleen industria. Hala ere, oraindik erronka ugari daude.

Moldeatzeko zehaztasunari dagokionez, egungo 3D inprimaketa teknologiak 20μm-ko zehaztasuna lor dezake, baina oraindik zaila da erdieroaleen fabrikazioaren estandar altuak betetzea. Materialen hautapenari dagokionez, 3D inprimatzeko teknologiak hainbat material era ditzakeen arren, propietate bereziak dituzten material batzuen moldaketa-zailtasuna nahiko handia da oraindik ere. Ekoizpen kostuari dagokionez, 3D inprimaketak ondo funtzionatzen du lote txikiko ekoizpen pertsonalizatuan, baina bere ekoizpen-abiadura nahiko motela da eskala handiko ekoizpenean, eta ekipamenduaren kostua altua da, eta horrek zaila egiten du eskala handiko ekoizpenaren beharrak asetzea. . Teknikoki, 3D inprimatzeko teknologiak garapen-emaitza jakin batzuk lortu baditu ere, eremu batzuetan sortzen ari den teknologia da oraindik eta ikerketa eta garapen eta hobekuntza gehiago behar ditu bere egonkortasuna eta fidagarritasuna hobetzeko.