Risico’s verminderen bij de productie van elektronica

Innovatie is allesbepalend op het gebied van 3D printen. Een van de meest opwindende ontwikkelingen van de afgelopen tijd is de introductie van de elektrostatisch dissipatieve hars xESD. Dit revolutionaire materiaal, in combinatie met Nexa3D-printers, helpt elektronicafabrikanten het risico van schade door elektrostatische ontlading aan productielijnen en gevoelige componenten te verminderen.

Om meer te weten te komen over de mogelijkheden van ESD-onderdelen printen, sprak ik met Dr. Olga Ivanova, hoofd toepassingen en technologie bij Mechnano, de toonaangevende fabrikant van elektrostatisch dissipatief hars en Nexa3D-partner voor xESD.

Het belangrijkste verschil tussen conventionele 3D printmaterialen en statische dissipatieve materialen zit in hun elektrische eigenschappen. Polymeren zijn van nature isolatoren, dat wil zeggen dat ze geen elektriciteit kunnen geleiden. Hars met elektrostatische dissipatie bevat een geleidende vulstof die de geleidelijke dissipatie van statische ladingen naar de grond vergemakkelijkt, waardoor de opbouw van statische elektriciteit effectief wordt voorkomen.

Statische lading in isolerende onderdelen kan problemen veroorzaken in verschillende toepassingen waar de ophoping van statische elektriciteit en het abrupt vrijkomen ervan schadelijk kan zijn en een negatief effect kan hebben op elektronische apparatuur, mechanische onderdelen en brandbare materialen.

Elektrostatisch dissipatieve harsen (ESD-harsen) hebben talloze voordelen waardoor ze zeer waardevol zijn in industrieën waar het risico op statische ontlading een groot probleem is. Hoewel ESD-harsen relatief nieuw zijn, worden ESD-thermoplasten (inclusief filamenten en poeders) al enige tijd gebruikt. Deze thermoplasten worden op grote schaal gebruikt in toepassingen waar het optreden van vonken catastrofale gevolgen kan hebben, zoals in brandstofsystemen voor voertuigen, in de olie- en gasindustrie en bij de productie van microchips en circuits voor elektronica.

In tegenstelling tot ESD-filamenten en -poeders worden ESD-harsen gekenmerkt door hun uitzonderlijke vermogen om een hoge mate van precisie te bereiken. De XiP Pro biedt een resolutie die niet onderdoet voor die van spuitgieten en precisiebewerking. Bovendien is de resulterende oppervlakteafwerking uitzonderlijk, kunnen ingewikkelde onderdelen met extreme finesse worden gereproduceerd en is de productiesnelheid hoger dan bij conventionele productieprocessen.

Ja, er zijn verschillende soorten ESD-hars, maar de belangrijkste factor die ze van elkaar onderscheidt is de geleidende vulstof die ze bevatten. De goedkopere ESD-harsen op de markt bevatten meestal samengeklonterde koolstofnanobuizen (CNT). Hoewel CNT’s indrukwekkende eigenschappen hebben zoals uitstekende sterkte en elektrische geleiding, hebben ze de neiging om samen te klonteren of bundels te vormen tijdens het fabricageproces. In deze samengeklonterde toestand kunnen de CNT’s hun buitengewone eigenschappen niet volledig overdragen op het polymeer. Dit resulteert in prestaties die vergelijkbaar zijn met die van roet, maar tegen aanzienlijk hogere kosten.

De xESD-hars van Mechnano en Nexa3D wordt gekenmerkt door het gebruik van gefunctionaliseerde discrete koolstofnanobuizen (CNT’s), die gelijkmatig verdeeld zijn in de hars zonder te klonteren. Dit zorgt ervoor dat elke laag van een geprint onderdeel een uniforme hoeveelheid CNT’s bevat, ongeacht de bouworiëntatie. Deze technologie, bekend onder de naam “D’Func”, maakt niet alleen uitstekende ESD-prestaties mogelijk, maar verbetert ook mechanische eigenschappen zoals treksterkte, slagvastheid en rekgrens.

Zeker. De elektronica-industrie is een uitstekend voorbeeld van een sector die veel baat heeft bij het gebruik van ESD-harsen. Op dit gebied is naleving van ESD-normen van cruciaal belang. Aangezien geïntegreerde schakelingen en microchips zeer gevoelig zijn, kan zelfs de kleinste statische ontlading ernstige schade aan de componenten veroorzaken. Daarom worden er talloze voorzorgsmaatregelen genomen om statische elektriciteit te voorkomen. Deze maatregelen omvatten het gebruik van ESD-compatibele schoenen, geaarde bureaus en geïoniseerde lucht.

Door het toenemende gebruik van deze onderdelen in diverse industrieën, waaronder communicatie, transport, defensie, lucht- en ruimtevaart, consumentenelektronica en medische apparatuur, groeit de vraag naar ESD-compatibele onderdelen. Tot nu toe moesten fabrikanten hun toevlucht nemen tot statisch dissipatieve, machinaal bewerkte of gegoten onderdelen voor verschillende toepassingen, wat leidde tot lange doorlooptijden en exorbitante kosten. xESD-Resin, gebruikt in combinatie met de XiP Pro, lost deze uitdaging effectief op door een snelle productie van ESD-conforme onderdelen mogelijk te maken. Deze oplossing blijkt uiterst voordelig te zijn voor de ontwikkeling van nieuwe producten of de productie van kleine batches, omdat de nadelen van eerdere methoden effectief worden weggewerkt.

Tip 1: Lees de Nexa3D Design Guide voordat u begint met het ontwerpen en bouwen van de onderdelen. Dit helpt je om de productiesnelheid te optimaliseren en de kwaliteit van de onderdelen te verbeteren voor het best mogelijke resultaat.

Tip 2: De opname van CNT’s in de xESD-hars leidt tot een verhoogde viscositeit. Deze verhoogde viscositeit kan een uitdaging vormen bij het verwijderen van overtollig hars uit onderdelen met blinde gaten, holle kamers of interne kanalen tijdens het wasproces. In zulke gevallen raden we aan om korte ultrasone badcycli te gebruiken om ingesloten hars effectief uit te spoelen.

Tip 3: Het naharden van dunne, vlakke onderdelen kan leiden tot vervorming of kromtrekken, wat ongewenst is. Daarom raden we sterk aan om het onderdeel te ribben of te beperken tijdens het uithardingsproces.

Tip 4: Discrete en gefunctionaliseerde CNT’s geïntegreerd in xESD zorgen voor een uniforme en stabiele dispersie. Voorzichtigheid is geboden bij het gebruik van alternatieve ESD-harsen, omdat agglomeratie en sedimentatie van de CNT’s in de tank kan optreden.

Tip #5: Als je ondersteuning nodig hebt, aarzel dan niet om contact op te nemen met Nexa3D support. Ze hebben uitgebreide kennis van het gebruik van xESD-harsen, waardoor risico’s geminimaliseerd kunnen worden, en staan klaar om eventuele problemen op te lossen.

Hier zijn veel voorbeelden van. Een geval dat me onmiddellijk te binnen schiet, is dat van een klant die nauwkeurige ESD-autosorteerpallets nodig had voor de behandeling van fragiele kristalresonatoren. Deze resonatoren varieerden in grootte van 8 mm x 4 mm tot slechts 1,6 mm x 1,0 mm. De pallets waren uitgerust met 150-400 micro-pockets en vereisten een uniforme pocketdiepte van 80 micrometer. Vooral de hoekgaten op deze pallets waren zo klein dat ze met het blote oog niet te zien waren.

De eerste tests van de klant met op filament gebaseerde systemen en goedkopere ESD-hars op de Formlabs Form3+ en filamentopties leverden niet het gewenste resultaat op. De overstap naar xESD hars op de XiP desktop 3D printer leidde echter tot verbazingwekkende resultaten. Het bedrijf was in staat om de dure en tijdrovende verwerking van ESD-pallets van zwart Radel, die 700 dollar per stuk kostten, van de ene dag op de andere te vervangen door een efficiënte eigen productie. Door deze verandering daalden de kosten aanzienlijk en kon het bedrijf ontwerpen herwerken om prototypes van hoge kwaliteit te produceren voor productie.

Samenvattend kan gezegd worden dat xESD-hars, samen met XiP en XiP Pro, het 3D-printlandschap verandert. Het biedt ongeëvenaarde ESD-prestaties (elektrostatische ontlading), uitzonderlijke precisie en snelle productiemogelijkheden. Industrieën zoals de elektronicaproductie hebben veel baat bij deze technologie, omdat ze snellere en meer kosteneffectieve ESD-conforme oplossingen mogelijk maken. Het vorige voorbeeld van een klantervaring dient als een uitstekende illustratie van het opmerkelijke potentieel van xESD-hars voor toepassingen met hoge precisie. Terwijl de wereld van 3D printen blijft evolueren, staan elektrostatisch dissipatieve harsen ongetwijfeld in de voorhoede van de innovatie.