SLS 3D-печать сокращает время на разработку потребительской электроники на 70%

Глобальная сфера потребительской электроники — это поле битвы, где выживание зависит от скорости реакции и адаптации к ежедневно меняющемуся рынку. Итерации продуктов и инновации происходят ежемесячно, предпочтения пользователей меняются еженедельно. Игрок, который быстрее всего превратит блестящую идею в надежный продукт, первым получает рыночное преимущество.

Потребительская электроника. Фото: Freepik

В этой гонке скорости и инноваций традиционное производство часто является серьезным ограничением. В то же время аддитивное производство, широко известное как 3D-печать, фундаментально меняет рабочие процессы исследований, разработок и производства новых продуктов.

Технология селективного лазерного спекания полимерных порошков или SLS 3D-печать обеспечивает уникальные преимущества при производстве изделий со сложной геометрией, например функциональных прототипов, и становится мощной движущей силой инновационного дизайна и гибкого производства в секторе потребительской электроники.

Рынок потребительской электроники стоимостью в триллион долларов

Отрасль потребительской электроники — настоящий мировой экономический титан. По данным Grand View Research, мировой рынок потребительской электроники оценивался в более чем 1, 2 триллиона долларов США в 2024 году и, по прогнозам, вырастет до 1,7 триллиона к 2030 году с устойчивым годовым темпом роста 6,6% с 2025 по 2030 год.

От смартфонов в карманах и умных часов на запястьях до игровых консолей в центрах развлечений и роботов-пылесосов, потребительская электроника глубоко интегрирована в каждый уголок современной жизни.

Объем рынка потребительской электроники. Источник: Grand View Research

Этот рынок не только огромен, но и ярко характеризуется следующими трендами:

• Быстрые итерации. Короткие жизненные циклы продукта и высокая частоты обновления продуктов.
• Дизайн-ориентированность. Эстетика, эргономика и опыт взаимодействия с пользователями — основные конкурентные преимущества.
• Высокая функциональная интеграция. Необходимость вмещать больше компонентов и сложных функций во все более компактные устройства.
• Высокий спрос на персонализацию. Растущий интерес потребителей к уникальным дизайнам и персонализированным продуктам.
• Чувствительность к стоимости. Ожесточенная рыночная конкуренция делает контроль над затратами первоочередным приоритетом.

Эти тренды предъявляют огромные требования к исследованиям и разработкам продукции, дизайну, прототипированию и мелкосерийному/пилотному производству: оперативность, качество, и экономическая эффективность давно стали отраслевыми стандартами.

3D-печатаные клавиши, корпус клавиатуры и корпус ноутбука. Фото: TPM3D

3D-печать меняет опытно-конструкторские работы и производство потребительской электроники

3D-печать предлагает преимущества над сложными, затратными и недостаточно гибкими традиционными производственными методами, например литьем под давлением, при работе со сложными конструкциями и необходимости в быстрых итерациях и мелкосерийном производстве:

• Ускоряет итеративное конструирование. Можно получать прототипы в течение нескольких часов или дней, значительно сокращая циклы валидации проектов.
• Позволяет создавать детали со сложной геометрией — полые, решетчатые структуры, интегрированные каналы и другие формы, которые сложно или невозможно реализовать традиционными методами.
• Функциональная интеграция и валидация. Можно печатать готовые сборки с движущимися частями или внутренними конструкциями для функционального тестирования.
• Гибкость при мелкосерийном производстве. 3D-печать позволяет быстро, экономично и эффективно производить индивидуальные детали или небольшие партии запасных/конечных деталей без высоких финансовых затрат на изготовление пресс-форм.
• Снижает стоимость и риски. Позволяет проверять конструкции изделий перед массовым производством, значительно снижая затраты на исправление конструкций.

Селективное лазерное спекание (SLS): преимущества при 3D-печати сложных и прочных изделий

Среди разнообразных аддитивных технологий селективное лазерное спекание полимерных порошков (SLS) выделяется уникальными технологическими характеристиками, предлагая незаменимые преимущества в производстве потребительской электроники.

Технология SLS 3D-печати основана на выборочном спекании частиц термопластов, например нейлонов, мощными лазерами, послойно формирующими конечные изделия. Эта методика дает ряд преимуществ.

Практически полная свобода дизайна

Неспеченный порошок естественным образом поддерживает деталь во время 3D-печати, устраняя необходимость в построении опорных структур при выращивании изделий сложной формы, например конструкций с интегрированными каналами, легких сотовых конструкций, сложных креплений. Такие технологии, как экструзионная 3D-печать (FDM) или стереолитография (SLA), требуют построения поддержек, значительно усложняющих постобработку.

3D-печатная решетка, выполненная по технологии SLS. Фото: TPM3D

Высокие механические свойства

При 3D-печати методом SLS обычно используются мелкодисперсные порошки нейлона-11 или нейлона-12 — конструкционных пластиков, широко используемых в традиционном производстве. Эти материалы обладают высокой прочностью, долговечностью, а их ударная вязкость сопоставима с литыми деталями или даже превосходит их в определенных случаях.

Хорошая термо- и химическая стойкость позволяет выдерживать тяжелые условия эксплуатации с высокими нагрузками и в агрессивных средах.

Превосходное качество

Готовые детали имеют однородные, слегка зернистые поверхности, высокую размерную точность и хорошую изотропию. Они подходят для конечных применений и могут быть сглажены паром или химическими составами, а также поддаются крашению пигментными растворами.

Высокоэффективное прототипирование и производство

Благодаря характерному принципу построения при SLS 3D-печати детали могут располагаться по всей высоте рабочей камеры, что помогает максимально эффективно задействовать полезный объем, печатая множество деталей за один рабочий цикл и тем самым снижая себестоимость и повышая эффективность использования оборудования.

Широкая линейка современных материалов

Помимо обычных нейлоновых порошков, обеспечивающих высокую стабильность и нетоксичность, доступны разнообразные модифицированные варианты, в том числе негорючие и композиционные — со стекло- или углеволоконными армирующими наполнителями. Кроме нейлонов доступны и другие термопласты, например полипропилен и термопластичные полиуретаны.

Эти преимущества делают технологию SLS 3D-печати идеальным выбором для производства геометрически сложных компонентов потребительской электроники с высокими требования к прочности — корпусов, кронштейнов, кнопок и тому подобного.

Применение SLS в потребительской электронике

3D-печатный прототип корпуса мыши

SLS 3D-принтеры TPM3D позволили быстро создать высокоточные прототипы корпусов компьютерных мышей со сложными обводами в интересах бренда, занимающегося производством периферийных устройств.

Это, в свою очередь, позволило конструкторам провести поэтапную оценку эргономичности, проверить сборочные процедуры и провести испытания с привлечением фокус-групп за очень короткое время, тем самым ускорив вывод изделия на рынок.

3D-печатный прототип корпуса компьютерной мыши. Фото: TPM3D

Cветопропускающие клавиши механических клавиатур

Механические клавиатуры, отличающиеся долговечностью и высокой тактильной чувствительностью по сравнению с мембранными, являются необходимыми инструментами для миллионов пользователей персональных компьютеров. В том числе геймеров. Для создания уникальной игровой атмосферы дизайнеры придумали клавиши с полыми светопроводящими структурами для усиления световых эффектов. Традиционное литье под давлением не могло реализовать такую конструкцию.

Полые механические клавиши клавиатуры, напечатанные на SLS 3D-принтере. Фото: TPM3D

Компания TPM3D использовала технологию SLS для 3D-печати клавиш со сложной решеткой и эргономичный корпус клавиатуры с высоким качеством.

C помощью химического сглаживания клавиатура стала гладкой, гидрофобной и приятной на ощупь, что сделало ее пригодной для использования в качестве конечного продукта.

За счет итеративного проектирования и 3D-печати весь цикл конструкторских работ — от проектирования до валидации — занимает всего два-три дня, что на 70% быстрее традиционных методов.

Механическая клавиатура с 3D-печатными клавишами. Фото: TPM3D

Итеративное конструирование корпусов электроинструментов

Производитель электроинструментов нуждался в корпусе нового портативного устройства с интегрированными внутренними элементами — вентиляционными отверстиями, защелками в аккумуляторном отсеке и ребрами жесткости для повышения прочности и ударной стойкости.

Прототип корпуса электроинструмента, напечатанный на 3D-принтере по технологии SLS. Фото: TPM3D

Полученные методом SLS 3D-печати нейлоновые прототипы не только точно воспроизвели сложную геометрию, но и позволили провести испытания на прочность, а также оценить и эргономику. Это позволило быстро оптимизировать конструкцию, избежав дорогостоящих модификаций пресс-форм в серийном производстве.

Проверка сборки крышки ноутбука

В компактную конструкцию C-образной крышки (со стороны клавиатуры) и D-крышки (основания) входят многочисленные крепления, винтовые крепления, отверстия и ребра жесткости.

SLS 3D-печать прототипа C/D крышки за один цикл позволила провести сборочные испытания с критически важными компонентами — материнской платой, аккумулятором и системой охлаждения.

3D-печатная крышка ноутбука, выполненная по технологии SLS. Фото: TPM3D

Это помогло выявить и устранить возможные проблемы, такие как неровные зазоры, недостаточная прочность винтовых соединений и другие, перед началом массового производства.

Перспективы на будущее: SLS открывает широкие возможности в потребительской электронике

По мере развития материаловедения, аддитивных технологий и постобработки растет и потенциал SLS 3D-печати в потребительской электронике.

Инновационные материалы

Материалы для SLS 3D-печати становятся все более совершенными, прочными, с высокой термостойкостью, прозрачностью, гибкостью и даже токопроводимостью. Они отвечают все более высоким требованиям к безопасности, эффективности и специальным функциям в производстве гибкой носимой электроники, интегрированных антенн, и так далее. Высокоэффективные материалы, такие как полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэфиркетонкетон (PEKK), обладают значительным потенциалом для снижения затрат на производство ряда изделий уже в ближайшем будущем.

Мелкосерийное производство 

Для индивидуальных товаров, например выпускаемых ограниченными партиями корпусов наушников, персонализированных игровых контроллеров, запасных частей по требованию или аксессуаров с коротким сроком службы, отсутствие необходимости в дорогостоящих пресс-формах делает SLS идеальным инструментом для производства небольших партий конечных деталей, особенно сложной формы.

Интегрированные функциональные структуры

Свобода проектирования под SLS 3D-печать позволяет интегрировать охлаждающие каналы, амортизирующие конструкции и экранирующие элементы в единые, цельные компоненты для повышения эффективности и надежности.

Автоматизированная постобработка

Автоматизированные решения для извлечения порошка и обработки поверхности еще больше повышают эффективность и стабильность SLS 3D-печати, приближая ее к стандартам массового производства.

Устойчивое развитие

Высокий процент повторного использования остаточного нейлонового порошка, достигающий 80%, значительно снижает количество отходов по сравнению с традиционным субтрактивным производством, что соответствует растущей экологической составляющей в индустрии потребительской электроники.

SLS 3D-печать — это не просто мощный инструмент быстрого прототипирования, но и технология производства сложных функциональных структур, значительно ускоряющая запуск новых продуктов, включая персонализированные изделия.

Компания «Аврора Карбон Технолоджи» — официальный партнер производителя SLS 3D-принтеров и расходных материалов TPM3D в РФ и странах Таможенного союза.

С оборудованием от TPM3D можно ознакомиться на сайте Avrora-3D.

Компания «Аврора Карбон Технолоджи» также предлагает услуги SLS 3D-печати на собственном производстве.

3D-центр компании «Аврора Карбон Технолоджи» в Москве

Реклама. ООО "Аврора Карбон Технолоджи", ИНН: 7720756428