Środa, 25 kwietnia 2018

Płytka i montaż w godzinę, czyli produkcja na biurku

Konstruktorzy i inżynierowie mają coraz mniej czasu na projektowanie i przygotowanie konstrukcji urządzenia, i w zasadzie z roku na rok muszą się coraz bardziej spieszyć. Skracanie cyklu projektowego to mantra powtarzana przy każdej okazji i cel wielu działań producentów podzespołów, narzędzi, oprogramowania itd.

Płytka i montaż w godzinę, czyli produkcja na biurku

Dlatego niezmiennie dużym zainteresowaniem cieszą się wśród nich usługi ekspresowego wykonywania płytek drukowanych, montażu podzespołów, a więc ogólnie szybkiego prototypowania. Chodzi o to, aby gotową płytkę do testów dostać w chwilę po zakończeniu projektowania, możliwie bez konieczności czekania na dzień roboczy lub kuriera, albo schemat narysowany na serwetce przy śniadaniu mieć już zmontowany chwilę po obiedzie.

Producenci płytek drukowanych doskonale rozumiejąc tę potrzebę, od lat doskonalą procesy technologiczne i są dzisiaj w stanie wytworzyć płytkę nawet w ciągu doby. Niemniej nawet jeśli będą pracować na trzy zmiany i siedem dni w tygodniu, tak jak robią to firmy azjatyckie, a kurierzy dosyłać klientom te płytki dronami, to nadal będzie trwało to za długo, bo przecież płytkę trzeba jeszcze zmontować i z doby zrobią się w sumie trzy dni.

Błyskawiczne przygotowanie PCB zapewniają specjalizowane frezarki CNC, które na laminacie tworzą mozaikę metodą subtraktywną, a więc poprzez usuwanie zbędnych obszarów miedzi. Jednak maszyny te wytwarzają głównie obwody jednostronne, a jeśli dwuwarstwowe, to bez metalizacji, no i bez soldermaski, co jest dużym kłopotem przy montażu elementów SMD. Niemniej ich ograniczenia cały czas próbuje się obejść i w zasadzie co chwilę pojawia się coś interesującego, niestety nie przełomowego.

Duża część takich urządzeń opiera się na mechanizmie drukarek 3D, które są przerabiane na frezarki CNC, plotery tnące, naświetlarki, podobne koncepcyjnie do urządzeń direct imaging. Na YouTube pokazano nawet wodoodporny cienkopis zamontowany w głowicy drukarki 3D, który rysował mozaikę połączeń na laminacie do późniejszego trawienia, jak robiło się to ręcznie za dawnych lat.

Poważny projekt niewielkiego urządzenia "wszystko w jednym" zamieniającego projekt układu w gotowy prototyp ma amerykański startup BotFactory. Firma chwali się, że dokonała połączenia konstrukcji drukarki 3D z atramentową metodą druku i stworzyła technologię addytywnego tworzenia płytek wielowarstwowych. Jej pomysł został hojnie dofinansowany na Kickstarterze, a na ostatnich targach Electronica drukarka Squink Multilayer PCB zdobyła pierwszą nagrodę w konkursie "Electronica FastForward Competition".

Drukarka Squink pozwala drukować płytki sztywne i elastyczne poprzez tworzenie poszczególnych warstw obwodu, zarówno przewodzących, jak i izolacyjnych, także soldermasek. Ścieżki przewodzące o grubości od 8 milsów tworzone są z atramentu, a podłoże z polimerów. Maksymalna wielkość obwodu sięga 15×15 cm. Co więcej, po zmianie głowicy na specjalny dozownik ta sama drukarka nakłada pastę lutowniczą, a w kolejnym kroku układa elementy SMD. Jest nawet system wizyjny do kontroli i pozycjonowania układanych podzespołów (od 0603).

Squink nie zapewnia imponujących parametrów co do gęstości połączeń, ale pozwala cieszyć się zmontowaną płytką w chwilę po zakończeniu projektowania. Zapewne, jeśli pomysł się przyjmie, technologia zostanie szybko dopracowana, a wady pierwszych konstrukcji zostaną wyeliminowane.

Inne rozwiązanie błyskawicznych płytek drukowanych to Printem. Pod nazwą tą kryje się materiał elastyczny przypominający kartki papieru, umieszczony razem z odczynnikami w cieniutkiej kopercie. Po włożeniu do zwykłej drukarki laserowej wywołuje się mozaikę jak dawniej zdjęcia Polaroida, aby po minucie mieć gotowego "fleksa".

Terminy takie jak szybkie prototypowanie (rapid prototyping) lub produkcja na biurku (desktop manufacturing) to idee znane od paru dekad, ale cały czas czekające tuż za rogiem. Wydaje się, że ich czas wreszcie się zbliża, a katalizatorem zmian i przełomu są drukarki 3D, które przyniosą projektantom długo wyczekiwaną swobodę.

Robert Magdziak

Polecane

Nowe produkty

Zobacz również