Verringerung der Risiken in der Elektronikfertigung

Im Bereich des 3D-Drucks sind Innovationen das A und O. Eine der spannendsten Entwicklungen der letzten Zeit ist die Einführung des elektrostatisch ableitenden Resins xESD. Dieses revolutionäre Material in Verbindung mit Nexa3D-Druckern hilft Elektronikherstellern, das Risiko von Schäden durch elektrostatische Entladungen an Produktionslinien und bei empfindlichen Bauteilen zu verringern.

Um mehr über die Möglichkeiten des Druckens von ESD-Teilen zu erfahren, habe ich mich mit Dr. Olga Ivanova unterhalten, der Leiterin für Anwendungen und Technologie bei Mechnano, dem führenden Hersteller von elektrostatisch ableitfähigem Resin und Nexa3D-Partner für xESD.

Der Hauptunterschied zwischen herkömmlichen 3D-Druckmaterialien und statisch ableitenden Materialien liegt in ihren elektrischen Eigenschaften. Polymere sind von Natur aus Isolatoren, d. h. sie sind nicht in der Lage, Strom zu leiten. Elektrostatisch ableitende Resins enthalten einen leitfähigen Füllstoff, der die allmähliche Ableitung statischer Ladungen in den Boden erleichtert und so den Aufbau statischer Elektrizität wirksam verhindert.

Statische Aufladung in isolierenden Teilen kann bei verschiedenen Anwendungen Probleme verursachen, bei denen die Ansammlung statischer Elektrizität und ihre abrupte Freisetzung schädlich sein kann und sich negativ auf elektronische Geräte, mechanische Komponenten und brennbare Stoffe auswirkt.

Elektrostatisch ableitende Resins (ESD-Resins) besitzen zahlreiche Vorteile, die sie in Branchen, in denen das Risiko statischer Entladungen ein großes Problem darstellt, sehr wertvoll machen. Obwohl ESD-Resins relativ neu sind, werden ESD-Thermoplaste (einschließlich Filamenten und Pulvern) schon seit einiger Zeit verwendet. Diese Thermoplaste werden in großem Umfang in Anwendungen eingesetzt, bei denen das Auftreten von Funken zu katastrophalen Folgen führen könnte, wie z. B. in Kraftstoffsystemen von Fahrzeugen, in der Öl- und Gasindustrie sowie bei der Herstellung von Mikrochips und Schaltkreisen für die Elektronik.

Im Gegensatz zu ESD-Filamenten und -Pulvern zeichnen sich ESD-Resins durch ihre außergewöhnliche Fähigkeit aus, ein hohes Maß an Präzision zu erreichen. Die XiP Pro bietet eine Auflösung, die mit Spritzguss und Präzisionsbearbeitung konkurriert. Darüber hinaus ist die resultierende Oberflächenbeschaffenheit außergewöhnlich, komplizierte Teiledetails können mit äußerster Feinheit wiedergegeben werden, und die Fertigungsgeschwindigkeit ist höher als bei herkömmlichen Herstellungsverfahren.

Ja, es gibt verschiedene Arten von ESD-Resins, aber der entscheidende Faktor, der sie voneinander unterscheidet, ist der leitfähige Füllstoff, den sie enthalten. Die günstigeren ESD-Resins auf dem Markt enthalten in der Regel verklumpte Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT). Obwohl CNTs beeindruckende Eigenschaften wie hervorragende Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit besitzen, neigen sie dazu, während des Herstellungsprozesses zu verklumpen oder Bündel zu bilden. In diesem verklumpten Zustand können die CNTs ihre außergewöhnlichen Eigenschaften nicht vollständig auf das Polymer übertragen. Dies führt zu einer Leistung, die mit der von Ruß vergleichbar ist, allerdings zu erheblich höheren Kosten.

Das xESD-Resin von Mechnano und Nexa3D zeichnet sich durch die Verwendung funktionalisierter diskreter Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) aus, die sich gleichmäßig im Resin verteilen, ohne zu verklumpen. Dadurch wird gewährleistet, dass jede Schicht eines gedruckten Teils, unabhängig von der Bauausrichtung, eine gleichmäßige Menge an CNTs enthält. Diese unter dem Namen “D’Func” bekannte Technologie ermöglicht nicht nur eine hervorragende ESD-Leistung, sondern verbessert auch die mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Streckgrenze.

Sicherlich. Die Elektronikindustrie ist ein Paradebeispiel für einen Sektor, der erheblich von der Verwendung von ESD-Resins profitiert. In diesem Bereich ist die Einhaltung der ESD-Normen von entscheidender Bedeutung. Da integrierte Schaltungen und Mikrochips sehr empfindlich sind, kann schon die geringste statische Entladung zu schweren Schäden an den Bauteilen führen. Daher werden zahlreiche Vorsichtsmaßnahmen ergriffen, um jegliche statische Elektrizität zu vermeiden. Diese Maßnahmen umfassen die Verwendung von ESD-gerechten Schuhen, geerdeten Schreibtischen und ionisierter Luft.

Mit der zunehmenden Verwendung dieser Komponenten in verschiedenen Branchen, darunter Kommunikation, Transport, Verteidigung, Raumfahrt, Unterhaltungselektronik und medizinische Geräte, steigt die Nachfrage nach ESD-konformen Teilen. Bisher mussten die Hersteller für verschiedene Anwendungen auf statisch ableitfähige, maschinell bearbeitete oder formgepresste Teile zurückgreifen, was zu langen Vorlaufzeiten und exorbitanten Kosten führte. xESD-Resin, das in Verbindung mit dem XiP Pro verwendet wird, löst diese Herausforderung effektiv, indem es die schnelle Produktion von ESD-konformen Teilen ermöglicht. Diese Lösung erweist sich als äußerst vorteilhaft für die Entwicklung neuer Produkte oder die Produktion von Kleinserien, da sie die Nachteile der bisherigen Methoden effektiv beseitigt.

Tipp Nr. 1: Lesen Sie unbedingt den Nexa3D Design Guide, bevor Sie mit der Konstruktion und dem Aufbau der Teile beginnen. Dies wird Ihnen helfen, die Produktionsgeschwindigkeit zu optimieren und die Qualität der Teile zu verbessern, um das bestmögliche Ergebnis zu gewährleisten.

Tipp Nr. 2: Die Einbindung von CNTs in das xESD-Resin führt zu einer erhöhten Viskosität. Diese erhöhte Viskosität kann eine Herausforderung darstellen, wenn überschüssiges Resin aus Teilen mit Sacklöchern, Hohlkammern oder internen Kanälen während des Waschvorgangs entfernt werden soll. In solchen Fällen empfehlen wir die Verwendung kurzer Ultraschallbadzyklen, um eingeschlossenes Resin effektiv auszuspülen.

Tipp Nr. 3: Das Nachhärten von dünnen, flachen Teilen kann zu Verformungen oder Verzug führen, was unerwünscht ist. Daher empfehlen wir dringend, das Teil während des Nachhärtungsprozesses zu verrippen oder einzuschränken.

Tipp Nr. 4: Diskrete und funktionalisierte CNTs, die in xESD integriert sind, gewährleisten eine gleichmäßige und stabile Dispersion. Bei der Verwendung alternativer ESD-Resins ist Vorsicht geboten, da es zu Agglomeration und Sedimentation der CNTs in der Wanne kommen kann.

Tipp #5: Wenn Sie Unterstützung benötigen, zögern Sie nicht, den Nexa3D-Support zu kontaktieren. Sie verfügen über umfassende Kenntnisse bei der Verwendung von xESD-Resins, die dazu beitragen können, Risiken zu minimieren, und sie stehen zur Verfügung, um bei der Behebung etwaiger Probleme zu helfen.

Dafür gibt es viele Beispiele. Ein Fall, der mir sofort in den Sinn kommt, ist der eines Kunden, der präzise ESD-Autosortierpaletten für die Handhabung zerbrechlicher Kristallresonatoren benötigte. Diese Resonatoren waren unterschiedlich groß und reichten von 8 mm x 4 mm bis hin zu nur 1,6 mm x 1,0 mm. Die Paletten waren mit 150-400 Mikrotaschen ausgestattet und erforderten einheitliche Taschentiefen von 80 Mikrometern. Vor allem die Ecklöcher auf diesen Paletten waren so winzig, dass sie für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind.

Der anfängliche Versuch des Kunden mit filamentbasierten Systemen und günstigerem ESD-Resin auf dem Formlabs Form3+ und Filamentoptionen brachte nicht das gewünschte Ergebnis. Der Wechsel zu xESD-Resin auf dem XiP-Desktop-3D-Drucker führte jedoch zu erstaunlichen Ergebnissen. Das Unternehmen konnte die teure und zeitaufwändige Bearbeitung von ESD-Paletten aus schwarzem Radel, die pro Stück 700 Dollar kosten, über Nacht durch eine effiziente Inhouse-Fertigung ersetzen. Diese Umstellung senkte die Kosten erheblich und ermöglichte es dem Unternehmen, Designs zu überarbeiten, um qualitativ hochwertige Prototypen für die Produktion herzustellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das xESD-Resin zusammen mit XiP und XiP Pro die 3D-Drucklandschaft verändert. Es bietet eine unvergleichliche Leistung bei elektrostatischer Entladung (ESD), außergewöhnliche Präzision und schnelle Produktionsmöglichkeiten. Branchen wie die Elektronikfertigung profitieren in hohem Maße von dieser Technologie, da sie schnellere und kostengünstigere ESD-konforme Lösungen ermöglicht. Das vorangegangene Beispiel einer Kundenerfahrung dient als erstklassige Veranschaulichung des bemerkenswerten Potenzials von xESD-Resin für hochpräzise Anwendungen. Während sich die Welt des 3D-Drucks weiter entwickelt, stehen elektrostatisch ableitfähige Resins zweifellos an der Spitze der Innovation.