Archiwa tagu: elektronika drukowana

Elektronika z drukarki 3D

Do niedawna elektronika drukowana i druk 3D, poza słowem „druk”, nie miały ze sobą nic wspólnego. Teraz firmy takie jak Nano Dimension zaczynają łączyć obie dziedziny, co w niezbyt odległej przyszłości może doprowadzić do zmian zasad obowiązujących w globalnym łańcuchu dostaw części elektronicznych, a także tego, jakie formy i ceny są nadawane smartfonom, goglom VR czy urządzeniom wearables.

Obwody drukowane, inaczej płytki PCB (z ang. Printed Circuit Board), są podstawowymi częściami składowymi wszystkich urządzeń elektronicznych: od zmywarek i pralek po laptopy i tablety. To właśnie na płytkach PCB montuje się podzespoły elektroniczne. Wraz ze wzrostem złożoności danego układu rośnie liczba warstw płytki. Główna zielona płytka kryjąca się w smartfonie może się składać nawet z 14 czy 16 oddzielnych warstw. Jednocześnie wiele punktów znajdujących się na różnych poziomach płytki jest ze sobą połączonych.

Od dziesięcioleci nie doszło do przełomowych zmian w metodach produkcji płytek PCB. Najogólniej mówiąc, płytka pokryta warstwą miedzi i wzorem ścieżek poddawana jest obróbce chemicznej zwanej trawieniem. Wieloetapowy proces produkcyjny wiąże się z dużą ilością odpadów i nie jest przyjazny środowisku.

Płytki PCB są produkowane m.in. w Europie i Stanach Zjednoczonych, ale większość z nich powstaje w Chinach i na Tajwanie. Nawet pojedyncze czy powstające w kilku egzemplarzach prototypy wielowarstwowych obwodów drukowanych wytwarza się w Azji. Wiele zachodnich firm wysyła pliki Gerber (to format używany przez projektantów obwodów drukowanych) do fabryk znajdujących się na Dalekim Wschodzie i czeka kilka tygodni na dostawę płytek.

Drukarka DragonFly 2020 znacznie skraca czas produkcji płytek PCB. Urządzenie firmy Nano Dimension na miejscu wytwarza prototyp wielowarstwowej płytki w zaledwie kilka godzin. Nie jest to uproszczony, plastikowy model – w opatentowanym procesie druku 3D powstaje płytka PCB o przemysłowej jakości złożona z dziesięciu czy nawet większej liczby warstw i zawierająca wiele połączeń między nimi.

Nano Dimension DragonFly 2020 PCB
DragonFly 2020 drukuje płytki PCB z dwóch materiałów: jednego przewodzącego prąd (obecnie to atrament zawierający nanocząsteczki srebra, ale w przyszłości mają one zostać zastąpione nanocząsteczkami miedzi) i drugiego, izolacyjnego polimeru. Maksymalne wymiary drukowanych obwodów obecnie wynoszą 20 x 20 x 0,3 cm. Maszyna pracuje z dokładnością równą 0,01 mm.

Poza znacznym skróceniem czasu produkcji prototypów obwodów drukowanych DragonFly 2020 ma jeszcze co najmniej jedną ważną zaletę: pozwala na zachowanie własności intelektualnej wewnątrz firmy. Przedsiębiorstwa działające w przemyśle obronnym i innych wrażliwych sektorach doskonale wiedzą, że nie mogą wysyłać gerberowskich plików za granicę.

Aby dowiedzieć się więcej o elektronice drukowanej i maszynie DragonFly 2020, obejrzyj wywiad wideo ze współzałożycielem i dyrektorem działu marketingu firmy Nano Dimension Simonem Friedem. Rozmowę przeprowadziłem w styczniu br. w Las Vegas na targach CES 2016. Jeśli podstawy dwuwymiarowej elektroniki drukowanej są ci dobrze znane, pomiń, proszę, wprowadzenie, przewijając film na osi czasu do punktu 3’30.

https://www.youtube.com/watch?v=8AYHUz0HPiA

Dlaczego ma to znaczenie?

DragonFly 2020 powstał z myślą o szybkim prototypowaniu wielowarstwowych płytek PCB o przemysłowej jakości w pojedynczych lub małych ilościach wewnątrz firm, ale efekty wprowadzenia takiej drukarki na rynek mogą sięgać znacznie dalej niż tylko przyśpieszenia prac nad nowymi urządzeniami elektronicznymi. Wysokiej jakości drukarki 3D elektroniki drukowanej mają potencjał do tego, by w ciągu kilkunastu lat zakłócić działanie całego łańcucha dostaw i procesów produkcji elektroniki konsumenckiej. Zarówno azjatyckie fabryki konkurujące ceną, jak i każdy inny uczestnik biznesu związanego z elektroniką powinien uważnie obserwować ten nowy trend (i zacząć się go odrobinę obawiać).

Jeśli rozwój technologii elektroniki drukowanej przestrzennie przyniósłby znaczne obniżenie kosztów lokalnej produkcji, to Chiny mogłyby zacząć tracić pozycję światowej fabryki sprzętu elektronicznego. Niewykluczone, że spora część produkcji wróciłaby wówczas na Zachód.

Z punktu widzenia klienta zmiany mogą zajść przede wszystkim w wyglądzie elektroniki nowej generacji. Obecnie smartfony, laptopy i niektóre części urządzeń wearables są prostokątne. Ich forma wynika z czworokątnego kształtu wewnętrznych płytek PCB wytwarzanych dotychczasowymi metodami produkcji. Z wykorzystaniem urządzeń 3D drukujących elektronikę bryłom zawierającym złożone ścieżki można będzie nadawać dowolne kształty, m.in. piramidy czy kuli.

Celem jest to, by pewnego dnia wielowarstwowe płytki PCB wytwarzane na drukarkach 3D były w pełni funkcjonalne, elastyczne i miały złożony, trójwymiarowy kształt. Właśnie na taką technologię czeka branża wearables i IoT.

Drukarka DragonFly 2020 wejdzie na rynek w drugiej połowie 2016 r. Potwierdzono, że jej produkcją zajmie się światowy gigant, firma Flextronics International Ltd. Cena drukarki nie została jeszcze ujawniona, ale na pewno nie będzie to tanie urządzenie przeznaczone do domowego użytku – maszyna ma być oferowana klientom biznesowym. Poza drukarką do sprzedaży trafią atramenty zawierające nanocząsteczki metali – tu głównymi nabywcami mają być firmy działające na rynku układów RFID i paneli słonecznych.

Firma Nano Dimension powstała w Izraelu w 2012 r. Jej założycielami są: Sharon Fima, Amit Dror, Simon Fried i Dagi Ben-Noon. Spółka jest notowana na giełdzie w Tel Awiwie (symbol akcji: NNDM). Ponadto jej kwity depozytowe (tzw. ADR-y) można kupić na amerykańskim rynku pozagiełdowym OTCQX (NNDMY). Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące działalności Nano Dimension, możesz je wysłać bezpośrednio do Simona Frieda na adres: simon@nano-di.com.

www.nano-di.com

Spodobał Ci się artykuł? Postaw mi za niego kawę. Możesz przekazać mi dowolną kwotę ze swojego konta PayPal lub karty kredytowej. Wszystkie darowizny przeznaczam na finansowanie wyjazdów na targi, festiwale i konferencje o dizajnie i nowych technologiach – to na nich odkrywam tematy opisywane na blogu. Aby dokonać bezpiecznej transakcji, wystarczy kliknąć znajdujący się niżej przycisk. Dziękuję za wsparcie, odwdzięczę się kolejnymi materiałami.

Polecane artykuły

Druk pod prąd

Era druku jest już na nami? Bynajmniej. Rozkwit druku dopiero się zaczyna. Tyle tylko, że w ciągu najbliższej dekady znaczenie tego pojęcia znacząco się rozszerzy. Powód: na masowy rynek zaczyna wchodzić elektronika drukowana. Przykład: kartonowe gogle VR Milbox Touch z dotykowym panelem sterowania wydrukowanym przy użyciu tuszu zawierającego cząsteczki srebra.

Najzwyklejsze gogle wirtualnej rzeczywistości takie jak Google Cardboard mają co najmniej dwie zalety. Po pierwsze, są dostępne dla każdego dzięki niskiej cenie detalicznej nieprzekraczającej kilkunastu dolarów. Po drugie, można je złożyć i sprzedawać w postaci płaskiej paczki. Gogle VR wykonane z kartonu są tak tanie w produkcji, a zarazem lekkie i łatwe do przetransportowania, że w listopadzie br. „The New York Times” rozesłał darmowe zestawy Google Cardboard do ponad miliona prenumeratorów papierowego wydania dziennika.

Po złożeniu zestawu do trójwymiarowej formy, wsunięciu smartfona do przedniej kieszeni, włączeniu odpowiedniej aplikacji i pierwszym zachwycie nad VR-owymi animacjami oraz 360-stopniowymi filmami i zdjęciami okazuje się jednak, że najprostsze kartonowe gogle są dokładnym przeciwieństwem pojęcia „intuicyjny interfejs”. Nawigowanie po menu VR-owej aplikacji wymaga zatrzymywania wzroku na kilka sekund na wyświetlonych przyciskach. Takie rozwiązanie wyklucza szybkie poruszanie się po wirtualnym środowisku oraz praktycznie uniemożliwia czerpanie przyjemności z jakiejkolwiek gry.

Czy kartonowe gogle sprawdzają się zatem jedynie jako jednorazowe próbki zachęcające użytkownika do zakupu znacznie bardziej zaawansowanego – i kosztowniejszego – zestawu VR od Samsunga, Oculusa, Sony czy HTC? Niekoniecznie. Model z kartonu mógłby być w pełni funkcjonalnym produktem, jeśli tylko zostałby wzbogacony o intuicyjny, dotykowy interfejs. Musiałoby się to jednak stać bez znaczącego wpływu na cenę.

https://www.youtube.com/watch?v=9kwcv003t54

Projektanci z tokijskiego studia WHITE, specjalizujący się w tematach związanych z IoT i VR, znaleźli sposób na osiągnięcie wyżej wymienionego – wydawać by się mogło nierealnego – celu. Japończycy produkują tanie panele dotykowe przy użyciu technologii sitodruku i specjalnego tuszu przewodzącego ładunki elektryczne. Swój pierwszy projekt oparty na tym pomyśle nazwali Milbox Touch.

Milbox Touch zoom credits Trend Nomad
Okrągły panel znajdujący się na prawym boku gogli Milbox Touch przenosi komendy dotykowe na ekran smartfona. Fot.: Trend Nomad

Milbox Touch to przystępne cenowo kartonowe gogle wirtualnej rzeczywistości wyróżniające się na tle konkurencyjnych modeli wyposażeniem w dotykowy interfejs użytkownika. Do wykonania panelu wykorzystano opracowaną na Uniwersytecie Meiji i zgłoszoną do opatentowania technologię Extension Sticker.

Wydrukowany układ elektroniczny przenosi komendy dotykowe – kliknięcia, szybkie i powolne przewijanie w dowolną stronę – z bocznej płaszczyzny kartonowych gogli na wyświetlacz smartfona znajdującego się wewnątrz pudełka.

Innymi słowy: dotykając bocznego panelu wydrukowanego z użyciem tuszu przewodzącego ładunki elektryczne, użytkownik może sterować aplikacją wyświetlaną na ekranie smartfona zamkniętego w goglach mimo braku bezpośredniego dostępu do samego wyświetlacza.

https://www.youtube.com/watch?v=6Fu33ykSCmk

Do wydrukowania panelu dotykowego zastosowano tutaj tusz zawierający cząsteczki srebra. Mimo że projektanci ze studia WHITE obiecują wprowadzenie na rynek zestawów Milbox Touch w przystępnej cenie, to trzeba jednak pamiętać o tym, że kilogram tuszu zawierającego Ag kosztuje obecnie co najmniej tysiąc funtów. Rewolucja na masową skalę w dziedzinie elektroniki drukowanej rozpocznie się wtedy, gdy zamiast metali szlachetnych w tuszu pojawi się grafen – według branżowego portalu EnergyHarvestingJournal.com wprowadzenie tej innowacji ma obniżyć cenę przewodzącego tuszu aż 25-krotnie.

Milbox Touch cartridge credits Trend Nomad
Wkładka zawierająca nadrukowany Extension Sticker. Fot.: Trend Nomad

Prototyp gogli Milbox Touch wraz z VR-ową wersją gry „Packman” były prezentowane na festiwalu Tokyo Design Week, który odbył się w stolicy Japonii w dniach od 24 października do 3 listopada. W 2016 r. gogle z nadrukowanym panelem dotykowym będzie można zamówić na jednym z serwisów finansowania społecznościowego. Pytania na temat zestawu Milbox Touch można przesyłać na adres studia WHITE: milbox@255255255.com.

www.milbox.tokyo

Spodobał Ci się artykuł? Postaw mi za niego kawę. Możesz przekazać mi dowolną kwotę ze swojego konta PayPal lub karty kredytowej. Wszystkie darowizny przeznaczam na finansowanie wyjazdów na targi, festiwale i konferencje o dizajnie i nowych technologiach – to na nich odkrywam tematy opisywane na blogu. Aby dokonać bezpiecznej transakcji, wystarczy kliknąć znajdujący się niżej przycisk. Dziękuję za wsparcie, odwdzięczę się kolejnymi materiałami.

Polecane artykuły