Перспективы развития 3D печати

Рассказ о том, что было бы неплохо все-таки совершить технологическую революцию...

Долгое время облик приборостроительной области не менялся. В виду большой распределенности цикла производства и его высокой аппаратной стоимости, покупку оборудования и выход на рынок могли себе позволить только компании с достаточным капиталом. Тенденция, сложившаяся в последние десятилетия, направленная на замещение традиционных «ручных» средств производства автоматическими производственными линиями только усугубила данную ситуацию. Стоимость строительства полностью роботизированного производственного завода для выпуска потребительской электроники соизмерима с бюджетом небольшого города. Что, тем не менее, не мешает отдельным компаниям строить такие заводы. В свою очередь у крупных не профильных производителей оборудование зачастую простаивает из-за нерегулярности внутреннего спроса.

В последние годы ситуация начала меняться, и современная отрасль приборостроения переживает второе рождение. Появление на рынке такого производственного оборудования как 3D принтеры различных конфигураций, токарно-фрезерные обрабатывающие центры, лазерные станки и другие много-осевые, пространственные, обрабатывающие системы с числовым программным управлением, значительно снизили стоимость разработки прототипа и выхода на рынок отдельных не сложных аппаратных проектов. Что в свою очередь дало начало тренду, направленному на «индивидуализацию производства». Однако, для реализации более сложных проектов, коллективам разработчиков в настоящее время по-прежнему не хватает доступных производственных возможностей. Помимо этого перед современным оборудованием стоит задача изготовить не отдельные компоненты прототипа конечного устройства, а вырастить все электро-механические части в составе одной готовой физической сборки, т.е. интегрировать электро-проводящие цепи и компоненты в массив корпуса устройства. Все это создает спрос на устройство, позволяющее в едином корпусе реализовать мелкосерийный полый производственный цикл. Современный уровень интеграции информационных технологий в повседневную жизнь и ярко выраженный тренд на развитие интернета вещей, делает разрабатываемую технологию незаменимым инструментом процессе разработки и мелкосерийного производства полимерных деталей с функциями электронных систем.

Наш проект ориентирован на создание технологии мелкосерийного производства трехмерных электронных управляющих схем и цепей до 5 класса точности, на основе аддитивных технологий и использования модифицированных полимерных материалов. Для создания прототипа управляющей платы неограниченной слойности используется послойное выращивание полимерной диэлектрической подложки, чередующееся экструдированием токопроводящих дорожек и монтажом элементной базы. Проводящие дорожки изготавливаются из полиацетилен-производного полимера, допированного наночастицами серебра и модифицированного углеродными нанотрубками, что позволяет, варьируя состав композита, программировать физические характеристики и сопротивление токопроводящей структуры от полупроводника до металлической проводимости. В процессе выращивания элементы управляющей цепи позиционируются, устанавливаются и припаиваются к проводящим контактам, а затем «запечатываются» массивом изолирующего полимерного материала.

Еще одним важнейшим применением нано-модифицированных материалов, является выращивание автономных источников питания производной формы и размера, с энергоемкостью в несколько раз превышающей традиционные литий-ионные аккумуляторы, за счет большей удельной поверхности композита – до 500м2/г.

Применение технологии для нужд космической и оборонной сфер позволит существенно повысить автономность пребывания человека в труднодоступных частях планеты или в космическом пространстве, в части автоматизации снабжения оборудованием и запасными частями, когда альтернативные способы доставки на орбиту или в дальний космос невозможны или ограничены временными, финансовыми или другими факторами.

Реализация проекта направлена на объединение необходимого количества технологических процессов в рамках единого форм-фактора – многоосевой портальной ЧПУ-платформы с системой автоматической смены агрегатов производственного цикла и единым интерфейсом отображения, настройки и контроля состояния технологических процессов на стадии производства прототипа электронного устройства. В конечном счете, будет создан 3D принтер, способный изготавливать электро-механические элементы с программируемыми физическими свойствами, что позволит обрести форму довольно обширному и популярному, но немного абстрактному сейчас понятию – интернет вещей.

Разрабатываемое оборудование обладает рядом значительных конкурентных преимуществ, таких как: меньшая, по сравнению с комплексом оборудования для мелкосерийного производства, себестоимость, минимальные сроки производства законченного прототипа или определенной технологической операции, существенно более высокая технологичность и возможности производства, отсутствие внутрипроизводственной логистики, а так же соблюдение политики конфиденциальности при разработке новой продукции и наглядность процесса производства. Другим преимуществом является форм-фактор оборудования. Компактность разрабатываемого устройства предоставляет возможность устанавливать его на мобильное шасси и использовать его в качестве передвижной производственной лаборатории, как в военных, так и в гражданских целях. Экономия средств, времени, трудозатрат при максимальном уровне производительности оборудования.

В рамках проекта изначально будет разработано следующее оборудование и агрегаты:

• FDM 3D принтер (3-х осевая технологическая база, MVP)
• Интегрируемая система автоматической смены рабочего инструмента
• Интегрируемый экструдер электропроводящего материала
• Интегрируемый экструдер паяльной пасты
• Интегрируемая система пайки элементов
• Интегрируемая система машинного зрения
• Интегрируемая система SMD-монтажа
  
  

Будет осуществлена возможность комбинирования интегрируемых агрегатов на технологической базе с масштабируемыми параметрами рабочей камеры, что позволит в короткие сроки изготовить качественное производственное оборудование под требования заказчика, либо модернизировать ранее приобретенное оборудование серии.