3D Printing for the Rapid Prototypi

3D Printing for the Rapid Prototyping of Structural Electronics

ERIC MACDONALD1,2 , RUDY SALAS1 , DAVID ESPALIN1 , MIREYA PEREZ1 , EFRAIN AGUILERA1 , DAN MUSE4 , AND RYAN B. WICKER1,3
1 W. M. Keck Center for 3D Innovation, The University of Texas at El Paso, El Paso, TX 79968, USA
2 Department of Electrical Engineering, The University of Texas at El Paso, El Paso, TX 79968, USA
3 Department of Mechanical Engineering, The University of Texas at El Paso, El Paso, TX 79968, USA
4 Printed Device Concepts, Inc., El Paso, TX 79922, USA
Corresponding author: M. Perez ([e-mail])

This work was supported in part by the State of Texas Emerging Technology, in part by the National Aeronautics and Space Administration under Grant NNX13AR17A, in part by the MacIntosh Murchison Chair I in Engineering Endowment, and in part by the Air Force Research Laboratories, Kirtland, through the guidance of Dr. James Lyke. This work was conducted at W. M. Keck Center
for 3D Innovation, The University of Texas at El Paso.

ABSTRACT In new product development, time to market (TTM) is critical for the success and profitability of next generation products. When these products include sophisticated electronics encased in 3D packaging with complex geometries and intricate detail, TTM can be compromised—resulting in lost opportunity. The use of advanced 3D printing technology enhanced with component placement and electrical interconnect deposition can provide electronic prototypes that now can be rapidly fabricated in comparable time frames as traditional 2D bread-boarded prototypes; however, these 3D prototypes include the advantage of being embedded within more appropriate shapes in order to authentically prototype products earlier in the development cycle. The fabrication freedom offered by 3D printing techniques, such as stereolithography and fused deposition modeling have recently been explored in the context of 3D electronics integration— referred to as 3D structural electronics or 3D printed electronics. Enhanced 3D printing may eventually be employed to manufacture end-use parts and thus offer unit-level customization with local manufacturing; however, until the materials and dimensional accuracies improve (an eventuality), 3D printing technologies can be employed to reduce development times by providing advanced geometrically appropriate electronic prototypes. This paper describes the development process used to design a novelty six-sided gaming die. The die includes a microprocessor and accelerometer, which together detect motion and upon halting, identify the top surface through gravity and illuminate light-emitting diodes for a striking effect. By applying
3D printing of structural electronics to expedite prototyping, the development cycle was reduced from weeks to hours.

INDEX TERMS 3D printed electronics, additive manufacturing, direct-print, electronic gaming die, hybrid manufacturing, rapid prototyping, structural electronics, three-dimensional electronics.

I. INTRODUCTION
A new product typically undergoes several transformations before becoming available for sale to the general public. A new device idea is initially prototyped in order to evaluate the fit and finish of the final part as well as to optimize the fabrication process to identify difficulties in manufacture. These steps can be time-consuming and expensive, creating a significant obstacle for new product introductions especially for startups that may not have the appropriate, usually expen- sive, machining equipment required for prototyping.
Additive Manufacturing (AM) was introduced in the late
1980’s in order to rapidly prototype structures and allow manufacturers to circumvent the lengthy process of tra- ditional prototyping by providing either a scaled-down or
full-scale mechanical replica of the designed product. These devices were typically only conceptual models due to lim- itations of the AM technologies – in which compromises were made in terms of material choices, surface finish and dimensional accuracies. For instance, stereolithography (SL) provided high-accuracy and superior surface finish but with photo-curable materials that suffer from poor mechanical strength or durability and degrade or discolor with prolonged UV exposure, or alternatively, with fused deposition model- ing (FDM) which offers robust thermoplastic materials but at the expense of reduced spatial resolution and anisotropic mechanical strength with a loss of performance in the build direction. While AM technology continues to advance in terms of material properties and minimum features sizes, thetechnology until recently has remained best suited for man- ufacturing prototypes for conceptual modeling – relegated to only satisfying the need for evaluation of form and fit of the device casing or structural features.
Until now, no option has existed for validation of both form and functionality simultaneously – where functionality includes electronics, energy sources, sensors and displays – all of which require additional lead times for bread-boarding, debugging and integration. This paper describes a project showcasing an enhanced 3D printing technology that dramat- ically reduced the full design cycle of an example electronic device: a novelty six-sided gaming die. The process - from concept, through prototyping, to the final manufactured part - is described noting the significant advantages of employing AM. In this example, form, fit, aesthetics and functionality were explored by 3D printing several versions of electronic devices as rapid, high-fidelity prototypes prior to committing to traditional production. The eventual goal, is for 3D printing to become the preferred manufacturing method for industries where the use of AM structures provides a real advantage, such as in the production of novelty toys, unmanned aerial vehicles (UAVs), satellites, and other low volume high value applications.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

พิมพ์ต้นแบบอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้าง 3 มิติ เอริค MACDONALD1, 2, RUDY SALAS1 เดวิด ESPALIN1, MIREYA PEREZ1, EFRAIN AGUILERA1, MUSE4 แดน และไรอันเกิด WICKER1, 31ปริมาณมหาวิทยาลัยเทกซัสเอลปาโซ่ ลปา TX 79968 สหรัฐอเมริกา ม. Keck ศูนย์นวัตกรรม 3D2 ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ลปา ลปา TX 79968 สหรัฐอเมริกา3 ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ลปา ลปา TX 79968 สหรัฐอเมริกา4 พิมพ์อุปกรณ์แนวคิด Inc. ลปา TX 79922 สหรัฐอเมริกาผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง: ม.เปเรซ (ส่วน [e-mail])งานนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วน โดยรัฐเท็กซัสเกิดขึ้นเทคโนโลยี บางส่วนโดยหลงชาติและดูแลพื้นที่ภายใต้ NNX13AR17A เงินช่วยเหลือ บางส่วน โดยเก้าอี้ Murchison MacIntosh ฉัน ในองค์การกอง ทุนวิศวกรรม และในส่วนกองทัพอากาศ วิจัย Kirtland ผ่านการแนะนำของดร. James Lyke งานนี้ได้ดำเนินการที่ศูนย์ Keck เมตร W.นวัตกรรม 3D มหาวิทยาลัยเทกซัสเอลปาโซ่นามธรรมในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ เวลาตลาด (จุด) มีความสำคัญสำหรับความสำเร็จและผลกำไรของผลิตภัณฑ์รุ่นถัดไป เมื่อผลิตภัณฑ์เหล่านี้รวมถึงอิเล็กทรอนิกส์ซับซ้อน encased ในบรรจุภัณฑ์ 3 มิติรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและรายละเอียดที่ซับซ้อน ทีทีเอ็มอาจไม่สมบูรณ์แบบเป็นผลสำเร็จได้ การใช้เทคโนโลยีขั้นสูง 3D พิมพ์ไฟฟ้า และพิเศษกับการจัดวางส่วนประกอบเชื่อมสะสมสามารถให้ต้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ตอนนี้ สามารถได้อย่างรวดเร็วหลังสร้างเทียบเวลาเฟรมเป็นแบบ 2D โดยสารขนมปังแบบตัวอย่าง อย่างไรก็ตาม ต้นแบบ 3D เหล่านี้รวมถึงข้อดีของการฝังตัวอยู่ภายในรูปร่างที่เหมาะสมเพิ่มเติมในใบสั่งอาหารต้นแบบผลิตภัณฑ์ก่อนหน้านี้ในวงจรการพัฒนา เสรีภาพการผลิตเสนอ โดยเทคนิคการพิมพ์ 3D เช่น stereolithography และโมเดลสะสมหลอมได้เพิ่งถูกสำรวจในบริบทของ 3D อิเล็กทรอนิกส์รวม — อ้างอิงจะเป็นพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้าง 3 มิติหรือ 3D ในที่สุดอาจจ้างพิมพ์ 3 มิติขั้นสูง การผลิตชิ้นส่วนสิ้นจึง ให้ระดับหน่วยเอง ด้วยผลิตท้องถิ่น อย่างไรก็ตาม จนกว่าวัสดุและมิติ accuracies ปรับปรุง (การวิถี), เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสามารถทำงานเพื่อลดเวลาการพัฒนา โดยการให้ขั้นสูงต้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ geometrically ที่เหมาะสม เอกสารนี้อธิบายถึงกระบวนการพัฒนาที่ใช้การออกแบบที่เป็นนวัตกรรมเกมหกหน้าตาย ตายรวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์และ accelerometer กันการตรวจจับการเคลื่อนไหว และเมื่อยุติการทำงาน ระบุพื้นผิวด้านโดยใช้แรงโน้มถ่วง และส่องไฟ–เปล่ง diodes ลักษณะพิเศษที่โดดเด่น โดยการใช้3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้างเพื่อเร่งต้นแบบ วงจรการพัฒนาลดลงจากสัปดาห์ชั่วโมงดัชนีเงื่อนไข 3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ ผลิต additive ตายเกมตรงพิมพ์ อิเล็กทรอนิกส์ ผลิตไฮบริ ต้นแบบอย่างรวดเร็ว โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กทรอนิกส์สามมิติ I. บทนำผลิตภัณฑ์ใหม่ผ่านหลายแปลงก่อนที่จะมีขายให้ประชาชนทั่วไปเป็นปกติ ความคิดอุปกรณ์ใหม่เป็น prototyped เริ่มต้นด้วยการประเมินเหมาะสม และเสร็จสิ้นของขั้นสุดท้ายด้วยเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตเพื่อระบุปัญหาในการผลิต ขั้นตอนเหล่านี้อาจใช้เวลานาน และราคา แพง สร้างความสำคัญอุปสรรคสำหรับการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ startups ที่อาจไม่มีงาน ปกติ expen-sive เครื่องจักรอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับต้นแบบสามารถผลิต (AM) ถูกนำมาใช้ในการล่าช้า1980 เพื่อให้โครงสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว และอนุญาตให้ผู้ผลิตเพื่อหลีกเลี่ยงการยาวของตรา ditional ต้นแบบ โดยให้เป็นการปรับลง หรือเอาจำลองเครื่องจักรกลออกแบบผลิตภัณฑ์ โดยปกติอุปกรณ์เหล่านี้ได้เฉพาะแนวคิดรูปแบบเนื่องจาก lim itations เทคโนโลยี AM – ที่ทำรับวัสดุที่เสร็จสิ้นการเลือก พื้นผิวและมิติ accuracies ตัวอย่าง ความแม่นยำ stereolithography (SL) ให้สูงและพื้นผิวห้องเสร็จ แต่กับวัสดุรูปสมัครที่ประสบจากความทนทานหรือความแข็งแรงทางกลดี และย่อยสลาย หรือสีด้วย นานรังสี หรือหรือ หลอมสะสมรูป-ing (FDM) ซึ่งวัสดุเทอร์โมพลาสติกแข็งแกร่ง แต่ที่ expense ของลดปริภูมิความละเอียดและความแข็งแรงทางกล anisotropic กับการสูญเสียประสิทธิภาพการทำงานในทิศทางที่สร้าง น.เทคโนโลยียังคงก้าวหน้าในด้านคุณสมบัติของวัสดุ และขนาดลักษณะการทำงานขั้นต่ำ thetechnology จนถึงเพิ่งมีส่วนก่อนหน้าเหมาะสำหรับชาย-ufacturing ต้นแบบสำหรับสร้างโมเดลแนวคิด– relegated เพื่อเท่านั้น พอใจต้องการแบบฟอร์มประเมินผล และพอดีกับอุปกรณ์ท่อหรือลักษณะโครงสร้างจนถึงขณะนี้ ตัวเลือกไม่มีอยู่สำหรับการตรวจสอบแบบฟอร์มและฟังก์ชันพร้อมกัน – ที่ทำงานรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แหล่งพลังงาน เซนเซอร์ และแสดง – ที่ต้องใช้เวลารอคอยสินค้าเพิ่มเติมสำหรับขนมปังประจำ ดีบักและการรวม เอกสารนี้อธิบายโครงการพร้อมด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติพิเศษที่ dramat-ically ลดแบบครบวงจรของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่าง: เป็นนวัตกรรมเกมหกหน้าตาย อธิบายกระบวนการ - จากแนวคิด ผ่านต้นแบบ การผลิตส่วนท้าย - สังเกตสำคัญข้อดีของการใช้ AM ในตัวอย่างนี้ แบบ ฟอร์ม พอดี ความสวยงาม และฟังก์ชันถูกสำรวจ โดย 3D พิมพ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นต้นแบบอย่างรวดเร็ว คุณภาพสูงก่อนที่จะยอมรับการผลิตแบบดั้งเดิม เป้าหมายเก็บ คือการพิมพ์สามมิติเป็น วิธีการผลิตสำหรับอุตสาหกรรมที่ใช้เกี่ยวกับโครงสร้างมีประโยชน์จริง เช่นในการผลิตของเล่นนวัตกรรม ยานพาหนะทางอากาศไม่ (UAVs), ดาวเทียม และโปรแกรมประยุกต์อื่น ๆ ระดับเสียงต่ำสุดค่าสูง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

พิมพ์ 3D สำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ERIC MACDONALD1,2, RUDY SALAS1, DAVID ESPALIN1, Mireya PEREZ1, Efrain AGUILERA1, DAN MUSE4 และ RYAN บี WICKER1,3 1 WM Keck ศูนย์สำหรับ 3D นวัตกรรมมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่เอล Paso, El Paso, TX 79968, USA 2 ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ามหาวิทยาลัยเท็กซัสเอลพาโซ El Paso, TX 79968, USA 3 ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัยเทกซัสเอลพาโซ El Paso, TX 79968, สหรัฐอเมริกา4 พิมพ์แนวคิดอุปกรณ์, Inc El Paso, TX 79922, USA ผู้รับผิดชอบ: เอ็มเปเรซ ([e-mail]) งานนี้ได้รับการสนับสนุนในส่วนของรัฐเท็กซั Emerging เทคโนโลยีในส่วนของชาติและวิชาการ ภายใต้การบริหารพื้นที่ให้ NNX13AR17A ในส่วนของแมคอินทอช Murchison เก้าอี้ผมวิศวกรรมบริจาคและในส่วนของกองทัพอากาศวิจัยห้องปฏิบัติการ, เคิร์ทผ่านการแนะนำของดร. เจมส์ Lyke งานนี้ได้ดำเนินการที่ศูนย์ WM Keck สำหรับ 3D นวัตกรรมมหาวิทยาลัยเท็กซัสเอลพาโซ. บทคัดย่อในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่, เวลาในการตลาด (ทีทีเอ็ม) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับความสำเร็จและผลกำไรของผลิตภัณฑ์รุ่นต่อไป เมื่อผลิตภัณฑ์เหล่านี้รวมถึงระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยห่อหุ้มด้วยบรรจุภัณฑ์ 3 มิติด้วยรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและมีรายละเอียดที่ซับซ้อน, ทีทีเอ็มสามารถทำลาย-ส่งผลให้โอกาสที่หายไป การใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติขั้นสูงเพิ่มขึ้นด้วยการจัดวางองค์ประกอบและการสะสมการเชื่อมต่อไฟฟ้าสามารถให้ต้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถประดิษฐ์ขึ้นอย่างรวดเร็วในกรอบเวลาที่เปรียบได้เป็น 2 มิติแบบดั้งเดิมต้นแบบขนมปังขึ้น; แต่เหล่านี้ต้นแบบ 3 มิติรวมถึงประโยชน์ที่จะถูกฝังอยู่ภายในรูปทรงที่เหมาะสมมากขึ้นเพื่อผลิตภัณฑ์ต้นแบบแท้จริงก่อนหน้านี้ในวงจรการพัฒนา เสรีภาพในการผลิตที่นำเสนอโดยใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติเช่นการปั้นและการสร้างแบบจำลองการสะสมผสมเพิ่งได้รับการสำรวจในบริบทของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 3D integration- เรียกว่า 3D อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้างหรือ 3D อิเล็กทรอนิกส์พิมพ์ การพิมพ์ที่เพิ่มขึ้น 3 มิติในที่สุดก็อาจจะต้องใช้ในการผลิตชิ้นส่วนสิ้นการใช้งานและทำให้มีการปรับแต่งหน่วยระดับที่มีการผลิตในท้องถิ่น อย่างไรจนกระทั่งวัสดุและความถูกต้องมิติปรับปรุง (เป็นเหตุการณ์ที่ไม่แน่นอน) เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสามารถใช้เพื่อลดเวลาในการพัฒนาโดยการให้ต้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงที่เหมาะสมทางเรขาคณิต กระดาษนี้จะอธิบายขั้นตอนการพัฒนาใช้ในการออกแบบแปลกใหม่ตายเล่นเกมหกด้าน ตายรวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์และ accelerometer ซึ่งร่วมกันตรวจจับการเคลื่อนไหวและเมื่อลังเลระบุพื้นผิวด้านบนผ่านแรงโน้มถ่วงและความสว่างไดโอดเปล่งแสงสำหรับผลที่โดดเด่น โดยใช้การพิมพ์ 3 มิติของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้างเพื่อเร่งสร้างต้นแบบวงจรการพัฒนาลดลงจากสัปดาห์ที่จะชม. เงื่อนไข INDEX 3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ผลิตสารเติมแต่งตรงพิมพ์ตายเกมอิเล็กทรอนิกส์, การผลิตไฮบริดต้นแบบอย่างรวดเร็วอิเล็กทรอนิกส์โครงสร้างสามมิติ อิเล็กทรอนิกส์. I. บทนำผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มักจะได้รับการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างก่อนที่จะกลายใช้ได้สำหรับการขายให้กับประชาชนทั่วไป ความคิดที่เป็นอุปกรณ์ใหม่ครั้งแรกเป็นต้นแบบเพื่อประเมินพอดีและเสร็จส่วนสุดท้ายเช่นเดียวกับการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตในการระบุความยากลำบากในการผลิต ขั้นตอนเหล่านี้จะสามารถใช้เวลานานและมีราคาแพง, การสร้างอุปสรรคที่สำคัญสำหรับการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ startups ที่ไม่อาจมีความเหมาะสมที่บ่งบอก expen- ปกติอุปกรณ์เครื่องจักรที่จำเป็นสำหรับการสร้างต้นแบบ. ผลิตสารเติมแต่ง (AM) ถูกนำมาใช้ในช่วงปลายปี1980 ในการสั่งซื้ออย่างรวดเร็วโครงสร้างต้นแบบและช่วยให้ผู้ผลิตที่จะหลีกเลี่ยงกระบวนการของการสร้างต้นแบบที่มีความยาว ditional ลองพิจารณาโดยการให้ทั้งลดขนาดลงหรือเต็มรูปแบบจำลองทางกลของการออกแบบผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์เหล่านี้มักจะมีรูปแบบความคิดเพียง แต่เนื่องจากข้อ จำกัด ของ itations เทคโนโลยี AM - การประนีประนอมที่ถูกสร้างขึ้นมาในแง่ของการเลือกวัสดุพื้นผิวและความถูกต้องมิติ ยกตัวอย่างเช่นการปั้นแบบ (SL) ให้ความแม่นยำสูงและพื้นผิวที่เหนือกว่า แต่ด้วยวัสดุที่รักษาได้ภาพที่ทนทุกข์ทรมานจากความแข็งแรงเชิงกลที่ดีหรือความทนทานและลดหรือเปลี่ยนสีด้วยสัมผัสรังสียูวีเป็นเวลานานหรืออีกทางเลือกหนึ่งที่มีการสะสมผสม model- ไอเอ็นจี (FDM) ซึ่งมีวัสดุเทอร์โมที่แข็งแกร่ง แต่ค่าใช้จ่ายของความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ลดลงและความแข็งแรงเชิงกล anisotropic กับการสูญเสียของการปฏิบัติงานในทิศทางที่สร้าง ในขณะที่เทคโนโลยี AM ยังคงที่จะก้าวไปในแง่ของคุณสมบัติของวัสดุและคุณสมบัติขั้นต่ำขนาด Thetechnology จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ ยังคงเหมาะที่สุดสำหรับมนุษย์ ufacturing ต้นแบบสำหรับการสร้างแบบจำลองความคิด - ผลักไสให้เพียงความพึงพอใจความต้องการสำหรับการประเมินผลของรูปแบบและแบบของปลอกอุปกรณ์หรือโครงสร้าง . คุณลักษณะจนถึงขณะนี้ไม่มีตัวเลือกที่มีอยู่สำหรับการตรวจสอบของทั้งสองรูปแบบและฟังก์ชั่นพร้อมกัน- ฟังก์ชั่นที่รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แหล่งพลังงานเซ็นเซอร์และการแสดง - ทั้งหมดที่ต้องใช้เวลานำเพิ่มเติมสำหรับขนมปังกินนอนการแก้จุดบกพร่องและบูรณาการ กระดาษนี้จะอธิบายโครงการจัดแสดงเทคโนโลยีการพิมพ์ที่เพิ่มขึ้น 3 มิติที่ dramat- ลด ically วงจรเต็มรูปแบบของการออกแบบตัวอย่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์: ความแปลกใหม่ตายเล่นเกมหกด้าน กระบวนการ - จากแนวความคิดผ่านการสร้างต้นแบบเพื่อเป็นส่วนหนึ่งที่ผลิตขั้นสุดท้าย - อธิบายไว้สังเกตข้อได้เปรียบที่สำคัญของการจ้าง AM ในตัวอย่างนี้รูปแบบที่สวยงามและการทำงานที่ได้รับการสำรวจโดยการพิมพ์ 3 มิติหลายรุ่นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นอย่างรวดเร็วต้นแบบความจงรักภักดีสูงก่อนที่จะกระทำการเพื่อการผลิตแบบดั้งเดิม เป้าหมายในที่สุดสำหรับการพิมพ์ 3 มิติที่จะกลายเป็นวิธีการผลิตที่ต้องการสำหรับอุตสาหกรรมที่ใช้โครงสร้างนให้เป็นประโยชน์จริงเช่นในการผลิตของเล่นแปลกใหม่ที่กำลังใจเครื่องบินยานพาหนะ (UAVs) ดาวเทียมและปริมาณต่ำอื่น ๆ สูง การใช้งานที่คุ้มค่า

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

พิมพ์ 3D เพื่อสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์

ค macdonald1,2 รูดี้ salas1 เดวิด espalin1 mireya perez1 efrain , , aguilera1 แดน muse4 และไรอัน พ. wicker1,3
1 W . M . เคกศูนย์นวัตกรรม 3D , University of Texas at El Paso , El Paso , TX 79968 USA
2 ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า , University of Texas at El Paso , El Paso , TX 79968 USA
3 ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเท็กซัส ใน El Paso , El Paso , TX 79968 USA
4 พิมพ์อุปกรณ์แนวคิด , Inc , El Paso , TX 79922 , ผู้เขียนที่สหรัฐอเมริกา
: M . เปเรซ ( maperez4 @ utep . edu )

งานนี้ได้รับการสนับสนุนในส่วนของรัฐของเท็กซัสเทคโนโลยีใหม่ ในส่วนขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ ภายใต้ nnx13ar17a แกรนท์ ,ในส่วนของเก้าอี้ แมคอินทอช Murchison ในการวิศวกรรม และในส่วนที่กองทัพอากาศงานวิจัยห้องปฏิบัติการ , เคิร์ท ผ่านการแนะนำของ ดร. เจมส์ lyke . งานนี้จัดขึ้น ณ . ม. เคกศูนย์
นวัตกรรม 3D , มหาวิทยาลัยเทกซัสที่เอลปาโซ

นามธรรมในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่เวลาไปตลาด ( TTM ) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับความสำเร็จและความสามารถในการทำกำไรของผลิตภัณฑ์รุ่นต่อไป เมื่อผลิตภัณฑ์เหล่านี้รวมถึงความซับซ้อนอิเล็กทรอนิกส์ encased ใน 3D บรรจุภัณฑ์ที่มีโครงสร้างซับซ้อนและละเอียดประณีต ทีทีเอ็ม ได้ถูกบุกรุกทำให้เสียโอกาสการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติขั้นสูงขั้นสูงกับการจัดวางองค์ประกอบ และไฟฟ้า ( สะสมสามารถให้ต้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ตอนนี้สามารถประดิษฐ์ในกรอบเวลาเดียวกันอย่างรวดเร็ว เป็นขนมปังแบบ 2D ต้นแบบขึ้น อย่างไรก็ตามต้นแบบ 3D เหล่านี้รวมถึงประโยชน์ของการฝังตัวอยู่ในรูปร่างที่เหมาะสมมากขึ้นเพื่อแท้จริงต้นแบบผลิตภัณฑ์ก่อนหน้านี้ในรอบการพัฒนา การผลิตอิสระที่เสนอ โดยเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติเช่น stereolithography และผสมแบบสำรวจการได้รับเมื่อเร็ว ๆนี้ในบริบทของการบูรณาการ - อิเล็กทรอนิกส์ 3 มิติเรียกว่าอิเล็กทรอนิกส์โครงสร้าง 3 มิติหรือ 3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ ปรับปรุงการพิมพ์ 3D อาจจะถูกใช้เพื่อการผลิตชิ้นส่วนใช้สิ้นสุด และจึงเสนอการปรับแต่งระดับหน่วยมีการผลิตท้องถิ่น อย่างไรก็ตามจนกระทั่งวัสดุและมิติความถูกต้องปรับปรุง ( ไม่แน่นอน ) , การพิมพ์ 3D เทคโนโลยีที่สามารถนำมาใช้เพื่อลดเวลาในการพัฒนาโดยการให้ต้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ทางเรขาคณิตที่เหมาะสมขั้นสูง กระดาษนี้จะอธิบายถึงกระบวนการพัฒนาที่ใช้ออกแบบนวัตกรรมหกเหลี่ยมตายเกม ตาย รวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์และ accelerometer ,ซึ่งร่วมกันตรวจจับการเคลื่อนไหว และเมื่อหยุด ระบุพื้นผิวด้านบนผ่านแรงโน้มถ่วง และส่องสว่างไดโอดเปล่งแสงเพื่อผลที่โดดเด่น โดยการใช้
พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้างเพื่อเร่งการสร้างต้นแบบวงจรการพัฒนาลดลงจากสัปดาห์ชั่วโมง

ดัชนีด้าน 3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ เพิ่มการผลิต พิมพ์โดยตรง , ตาย , เกมอิเล็กทรอนิกส์ไฮบริด ผลิตการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว , โครงสร้าง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สามมิติ ผมแนะนำ


ผลิตภัณฑ์ใหม่มักจะผ่านหลายแปลงก่อนที่จะกลายเป็นใช้ได้สำหรับการขายให้กับประชาชนทั่วไป ไอเดียอุปกรณ์ใหม่จะเริ่มต้นดูแลบริการเพื่อประเมินพอดีและเสร็จสิ้นในส่วนสุดท้าย รวมทั้งเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตเพื่อระบุปัญหาในการผลิตขั้นตอนเหล่านี้สามารถใช้เวลานานและมีราคาแพง , การสร้างอุปสรรคที่สำคัญสำหรับการเปิดตัวสินค้าใหม่โดยเฉพาะสำหรับ startups ที่อาจไม่ได้เหมาะสมโดยปกติ expen - sive อุปกรณ์เครื่องจักรที่จำเป็นสำหรับสร้างต้นแบบการผลิตสารเติมแต่ง ( AM ) .

ใช้สาย1980 เพื่ออย่างรวดเร็วต้นแบบโครงสร้างและอนุญาตให้ผู้ผลิตที่จะหลีกเลี่ยงกระบวนการยาวของข้าม ditional ต้นแบบ โดยให้ทั้งลดขนาดลงหรือ
จำลองเครื่องกลเต็มรูปแบบของการออกแบบสินค้า อุปกรณ์เหล่านี้มักจะมีแนวความคิดแบบเนื่องจากลิม - itations ของเป็นเทคโนโลยี–ซึ่งในการทำในแง่ของการเลือกวัสดุพื้นผิวและมิติความถูกต้อง . ตัวอย่าง stereolithography ( SL ) ให้ความเที่ยงตรงสูงและเหนือกว่าพื้นผิวแต่ภาพระยะวัสดุที่ประสบจากยากจนเชิงกลหรือความทนทานและลดหรือเปลี่ยนสีด้วยแสง UV นาน หรืออีกวิธีหนึ่งคือกับฟิวส์สะสมโมเดล - ing ( FDM ) ซึ่งมีประสิทธิภาพวัสดุ thermoplastic แต่ที่ค่าใช้จ่ายของการลดความละเอียดและทิศทางเชิงกลกับการสูญเสียประสิทธิภาพในการสร้างทิศทาง ในขณะที่เป็นเทคโนโลยีที่ยังคงล่วงหน้าในแง่คุณสมบัติวัสดุ และต่ำสุดมีขนาดจนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้มีอยู่การเหมาะสำหรับผู้ชาย - ufacturing ต้นแบบสำหรับการสร้างแบบจำลองแนวคิดและขับไล่เฉพาะ เพียงต้องการประเมินรูปแบบและเหมาะสมของอุปกรณ์ท่อหรือโครงสร้างคุณสมบัติ .
จนตอนนี้ไม่มีตัวเลือกที่มีอยู่สำหรับการตรวจสอบของทั้งรูปแบบและการทำงานพร้อมกัน – ซึ่งฟังก์ชั่นรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แหล่งพลังงาน