Erdieroaleen industrian 3D inprimatzeko teknologiaren esplorazio aplikazioa

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 inprimaketa teknologiak erdieroaleen goi-teknologiako eremuan izan dezakeen eragina gero eta nabarmenagoa dela. Informazioaren teknologiaren garapenaren oinarri gisa, erdieroaleen fabrikazio prozesuen zehaztasunak eta eraginkortasunak produktu elektronikoen errendimenduan eta kostuan eragiten dute. Erdieroaleen industrian zehaztasun handiko, konplexutasun handiko eta errepikapen azkarraren beharren aurrean, 3D inprimaketa teknologiak, bere abantaila paregabeekin, aurrekaririk gabeko aukerak eta erronkak ekarri dizkio erdieroaleen fabrikazioari, eta pixkanaka-pixkanaka sartu da erdieroaleen lotura guztietan.erdieroaleen industria-katea, erdieroaleen industria aldaketa sakon bati hasiera emateko zorian dagoela 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 gehigarri teknologia bezala ere ezagutzen da. Bere printzipioa hiru dimentsioko entitate bat eraikitzea da, materialak geruzaz geruza pilatuz. Produkzio-metodo berritzaile honek fabrikazio tradizionala "kentzen" edo "material berdina" prozesatzeko modua iraultzen du, eta moldatutako produktuak "integratu" ditzake moldearen laguntzarik gabe. 3D inprimatzeko teknologia mota asko daude, eta teknologia bakoitzak bere abantailak ditu.

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

✔ Fotoondotze teknologia ultramorearen polimerizazioaren printzipioan oinarritzen da. Material fotosentikor likidoak argi ultramorearen bidez sendatzen dira eta geruzaz geruza pilatzen dira. Gaur egun, teknologia honek zeramika, metal eta erretxinak era ditzake moldaketa doitasun handiarekin. Medikuntza, arte eta hegazkingintzaren alorretan erabil daiteke.

✔ Deposizio-teknologia fusionatua, ordenagailuz gidatutako inprimaketa-buruaren bidez harizpia berotzeko eta urtzeko, eta forma-ibilbide zehatz baten arabera estruitu, geruzaz geruza, eta material plastikoak eta zeramikazkoak sor ditzakete.

✔ Minda zuzeneko idazketa-teknologiak likatasun handiko minda erabiltzen du tinta-material gisa, kupelean gordetzen dena eta estrusio-orratzarekin konektatua, eta ordenagailuaren kontrolpean hiru dimentsioko mugimendua osatu dezakeen plataforma batean instalatuta. Presio mekanikoaren edo presio pneumatikoaren bidez, tinta-materiala toberatik kanpora ateratzen da substratutik etengabe estruzitzeko, eta, ondoren, dagokion postprozesatzea (disolbatzaile lurrunkorra, ontze termikoa, argi-sendutzea, sinterizazioa, etab.) egiten da. materialen propietateen arabera, azken hiru dimentsioko osagaia lortzeko. Gaur egun, teknologia hau biozeramikaren eta elikagaien prozesatzeko alorretan 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) Photoonding teknologia; b) Fusionatutako deposizio-teknologia; (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 fabrika 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 ezinbesteko zeregina du zientzia eta teknologia modernoan eta ekonomian, eta bere garrantzia alderdi askotan islatzen da. Erdieroaleak zirkuitu miniaturizatuak eraikitzeko erabiltzen dira, gailuek konputazio eta datuak prozesatzeko lan konplexuak egiteko aukera ematen dietenak. Eta ekonomia globalaren zutabe garrantzitsu gisa, erdieroaleen industriak enplegu eta etekin ekonomiko ugari eskaintzen ditu herrialde askorentzat. Elektronikako fabrikazioaren industriaren garapena zuzenean sustatu ez ezik, softwarearen garapena eta hardwarearen diseinua bezalako industrien hazkundea ere ekarri zuen. Horrez gain, militarren eta defentsaren esparruan,erdieroaleen teknologiafuntsezkoa da funtsezko ekipamenduetarako, hala nola komunikazio-sistemetarako, radarrak eta satelite bidezko nabigazioa, segurtasun nazionala eta abantaila militarrak bermatuz.

2. taula "Bost Urteko 14. Plana" (pasa) [3]

Hori dela eta, egungo erdieroaleen industria lehiakortasun nazionalaren ikur garrantzitsu bihurtu da, eta herrialde guztiak aktiboki garatzen ari dira. Nire herrialdeko "Bost Urteko 14. Planak" erdieroaleen industriako "botila-lepoko" lotura nagusiei eustea proposatzen du, batez ere prozesu aurreratuak, funtsezko ekipoak, hirugarren belaunaldiko erdieroaleak eta beste alor batzuk barne.

3. grafikoa Txip erdieroaleen prozesatzeko prozesua [4]

Txip erdieroaleen fabrikazio-prozesua oso konplexua da. 3. irudian ikusten den bezala, nagusiki hurrengo urrats nagusiak biltzen ditu:ostia prestatzea, 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 badu ere, oraindik muga batzuk daude: Lehenik eta behin, txip erdieroaleak oso integratuta eta miniaturizatuta daude. Moore-ren Legearen jarraipenarekin (4. Irudia), erdieroaleen txip-en integrazioak handitzen jarraitzen du, osagaien tamainak txikitzen jarraitzen du eta fabrikazio-prozesuak zehaztasun eta egonkortasun oso handiak bermatu behar ditu.

4. irudia (a) Txip bateko transistore kopuruak denboran zehar handitzen jarraitzen du; (b) Txirbilaren tamaina txikitzen 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 dio merkatuaren eskariari. Merkatuaren eskariaren aldaketa azkarrekin. Fabrikazio eredu tradizionalak ziklo luzearen eta malgutasun eskasaren arazoak ditu, eta horrek zaildu egiten du merkatuaren produktuen iterazio azkarrari erantzutea. Hori dela eta, fabrikazio-metodo eraginkorragoa eta malguagoa erdieroaleen industriaren garapen norabidea ere bihurtu da.

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 aukeraketari dagokionez, 3D inprimaketa teknologiak prozesatzeko metodo tradizionalen bidez eratzen zailak diren materialak gauzatu ditzake. Silizio karburozko materialek gogortasun handia eta urtze-puntu altua dute. Prozesatzeko metodo tradizionalak zailak dira eratzen eta ekoizpen-ziklo luzea dute. Egitura konplexuen eraketak moldeak lagundutako prozesatzea eskatzen du. Sublimation 3D-ek tobera bikoitzeko 3D inprimagailu independente bat garatu du UPS-250 eta silizio karburozko kristalezko itsasontziak prestatu ditu. Erreakzio sinterizatu ondoren, produktuaren dentsitatea 2,95 ~ 3,02 g/cm3 da.

6. irudiaSilizio karburozko kristalezko itsasontzia[7]

7. irudia (a) 3D ko-inprimatzeko ekipoak; (b) UV argia hiru dimentsioko egiturak eraikitzeko erabiltzen da, eta laserra zilarrezko nanopartikulak sortzeko; (c) 3D koinprimatzeko osagai elektronikoen printzipioa[8]

Produktu elektronikoen prozesu tradizionala konplexua da, eta prozesu-urrats anitz behar dira lehengaietatik amaitutako produktuetara. Xiao et al.[8] 3D koinprimatzeko teknologia erabili zuen gorputz-egiturak selektiboki eraikitzeko edo metal eroaleak forma libreko gainazaletan txertatzeko 3D gailu elektronikoak fabrikatzeko. Teknologia honek inprimatzeko material bakarra dakar, UV ontze bidez polimero-egiturak eraikitzeko edo laser-eskanearen bidez erretxina fotosentikorretan metal aitzindariak aktibatzeko, nano-metal partikulak ekoizteko zirkuitu eroaleak sortzeko. Horrez gain, ondoriozko zirkuitu eroaleak 6,12 µΩm inguruko erresistentzia bikaina erakusten du. Materialaren formula eta prozesatzeko parametroak egokituz, erresistentzia gehiago kontrolatu daiteke 10-6 eta 10Ωm artean. Ikusten denez, 3D ko-inprimaketa teknologiak material anitzeko deposizioaren erronka konpontzen duela fabrikazio tradizionalean eta bide berri bat irekitzen du 3D produktu elektronikoak fabrikatzeko.

Txip bilketa erdieroaleen fabrikazioan funtsezko lotura da. Enbalatzeko teknologia tradizionalak ere arazoak ditu, hala nola, prozesu konplexua, kudeaketa termikoaren porrota eta materialen arteko hedapen termikoko koefizienteen bat ez datozenak eragindako tentsioa, eta horrek ontzien hutsegitea dakar. 3D inprimatzeko teknologiak fabrikazio prozesua erraztu eta kostuak murrizten ditu ontziaren egitura zuzenean inprimatuz. Feng et al. [9] fase aldaketarako ontzi elektronikoen materialak prestatu zituen eta 3D inprimaketa teknologiarekin konbinatu zituen txipak eta zirkuituak paketatzeko. Feng et al-ek prestatutako ontzi elektronikoen fase aldaketaren materiala. 145,6 J/g-ko bero latente handia du eta egonkortasun termiko nabarmena du 130°C-ko tenperaturan. Ontzi elektronikoen ohiko materialekin alderatuta, bere hozte-efektua 13 °C-ra irits daiteke.

8. Irudia 3D inprimaketa-teknologia erabiltzearen diagrama 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, erronka asko daude oraindik.

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.