III. 3D PRINTED ELECTRONICS PROTOTY

III. 3D PRINTED ELECTRONICS PROTOTYPING
Though typical methodologies like clay models, one-off samples handmade by skilled craftsmen, and more recently AM technologies have largely addressed the need for proto- types, these types of parts have been exclusively made to test appearance and fit of the completed part. When the device included sophisticated electronics, these methodologies could not address the need for prototyping a fully functional part. When required, the traditional procedure to prototype elec- tronics was to implement bread board prototypes and to accept the inherent delays that come with the normal process of electronics manufacturing, possibly weeks or even months. A newly developed 3D printing process of fabricating struc- tural electronics provides an appealing alternative. This novel manufacturing, a hybrid of AM complemented with compo- nent placement robotics and embedding of conductors – can create prototypes that can perform practically the same func- tion within the same form as the final product – although pos- sibly not fulfilling some of the other end-use characteristics such as reliability, surface finish, color, or texture. However, in products outside of the consumer markets, such as in the aerospace or biomedical industries, reliability may stand as the only significant barrier between the prototype becom- ing an end-use final product or not. Improvements in the area of reliability are inevitable with substantial research in materials and AM processing already in progress. Until these end-use requirements can be fulfilled, the proposed hybrid AM process can fabricate prototypes that will enable at least a comprehensive evaluation of the final design, not only for form and appearance, but also for electronics functionality - simultaneously.

A. 3D PRINTED ELECTRONICS CHALLENGES
Although this new manufacturing technology allows for more complete evaluations with high fidelity prototypes, substan- tial challenges remain. The area of electronics design (e.g. schematic capture, simulation, and physical implementation of printed circuit boards – PCBs) includes mature, com- mercially available software packages that allow for com- ponent placement and routing of wires to create electrical interconnects on a PCB. These programs however, operate under the assumption of the workspace being a predefined, two-dimensional surface for the circuit based on traditional PCB manufacturing. As a result, the component placementand routing for 3D printed designs has been done manually in 3D space using mechanical engineering CAD softwarelike SolidWorks without the inherent features for electronics functionality. This lack of software support has relegated
3D printing of electronic devices to relatively simple circuits as routing and placement has been done by hand; however, the circuit designs that have been completed have achieved greater utilization of the available volume given the fabrica- tion freedom offered by the manufacturing technology – with complex geometries easily fabricated in 3D. As an example, Fig. 1 shows a circuit design that utilizes all available surfaces of a pre-defined volume to accomplish layout of components. The routing has likewise utilized all available surfaces as well as the internal volume of the device. The original device was a signal conditioning circuit – the schematic of which was provided by engineers at NASA’s Johnson Space Center as a benchmark circuit in order to demonstrate the volumetric efficiencies of 3D printed electronics. The circuit volume was reduced to a volume of 0.5’’ by 0.5’’ by 0.125’’ as shown with a component and trace density of 27% significantly reduced from the original design.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

III. 3D อิเล็กทรอนิกส์พิมพ์ต้นแบบแม้ว่าลักษณะทั่วไปเช่นดิน โมเดล ใช้ครั้งเดียวตัวอย่างทำด้วยมือ โดยช่างฝีมือ และเมื่อเร็ว ๆ นี้ เกี่ยวกับเทคโนโลยีส่วนใหญ่มีอยู่สำหรับชนิดของโปรโต ชนิดของชิ้นส่วนเหล่านี้ได้เฉพาะทำเพื่อทดสอบลักษณะที่ปรากฏ และพอดีของส่วนเสร็จสมบูรณ์ เมื่ออุปกรณ์รวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทันสมัย วิธีการเหล่านี้อาจไม่อยู่ต้องการต้นแบบส่วนงาน เมื่อต้องการ ขั้นตอนดั้งเดิมเพื่อสร้าง elec tronics ที่ จะใช้ขนมปังบอร์ดแบบตัวอย่าง และ การยอมรับความล่าช้าโดยธรรมชาติที่มีกระบวนการปกติของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อาจเป็นสัปดาห์ หรือแม้กระทั่งเดือน กระบวนการพิมพ์ 3D ที่พัฒนาใหม่ของ fabricating struc tural อิเล็กทรอนิกส์ให้เป็นทางเลือกที่น่าสนใจ นวนิยายนี้ผลิต ผสมของ AM ด้วย compo nent วางหุ่น และการฝังตัวของเป็นตัวนำ – สามารถสร้างต้นแบบที่สามารถทำได้จริงเดียว func-สเตรชันภายในฟอร์มเดียวกันเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย – แม้ว่า pos-sibly ไม่ตอบสนองอื่น ๆ สิ้นลักษณะเช่นความน่าเชื่อถือ พื้นผิวเสร็จ สี หรือพื้นผิว อย่างไรก็ตาม ในผลิตภัณฑ์นอกตลาดผู้บริโภค เช่นในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ หรือทางชีวการแพทย์ ความน่าเชื่อถืออาจยืนเป็นอุปสรรคสำคัญเฉพาะระหว่างต้นแบบ becom-ing เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสิ้น หรือไม่ หลีกเลี่ยงไม่ได้กับงานวิจัยที่พบในวัสดุและ AM ที่ประมวลผลแล้วในระหว่างการปรับปรุงในพื้นที่ของความน่าเชื่อถือได้ จนสามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้สิ้น ไฮบริดที่นำเสนอเกี่ยวกับกระบวนการสามารถประดิษฐ์ต้นแบบที่จะช่วยให้ประเมินน้อยครอบคลุมของการออกแบบขั้นสุดท้าย ไม่เพียงแต่ สำหรับแบบฟอร์มและลักษณะที่ปรากฏ แต่ยัง สำหรับ งานอิเล็กทรอนิกส์ - กัน3D อ.พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ความท้าทายแม้ว่าเทคโนโลยีนี้ผลิตใหม่ช่วยให้การประเมินแก่กับต้นแบบความชัดสูง substan - tial ท้าทายครั้ง พื้นที่ของการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่นมันจับ การจำลอง และใช้งานทางกายภาพของแผงวงจรพิมพ์ – PCBs) รวมถึงผู้ใหญ่ com - mercially ซอฟต์แวร์แพคเกจที่อนุญาตให้สร้างไฟฟ้า com ponent และเส้นทางของสาย เชื่อมต่อบน PCB อย่างไรก็ตาม มีโปรแกรมเหล่านี้ภายใต้สมมติฐานของพื้นที่ที่เป็นพื้นผิวกำหนดไว้ล่วงหน้า สองสำหรับวงจรตามแบบผลิต PCB ผล คอมโพเนนต์ placementand สายงานการผลิตสำหรับพิมพ์แบบ 3D แล้วด้วยตนเองในพื้นที่ 3D ใช้กล CAD SolidWorks softwarelike ไม่ มีคุณลักษณะโดยธรรมชาติสำหรับการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การขาดการสนับสนุนซอฟต์แวร์มี relegatedพิมพ์ 3 มิติของวงจรค่อนข้างง่ายเป็นสายงานการผลิตและการจัดวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ถูกทำด้วยมือ อย่างไรก็ตาม วงจรการออกแบบที่เสร็จสมบูรณ์แล้วได้สำเร็จมากกว่าใช้ปริมาตรว่างให้เสรีภาพสเตรชัน fabrica ที่นำเสนอ โดยเทคโนโลยีการผลิต ด้วยรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนง่ายหลังสร้าง 3D เป็นตัวอย่าง Fig. 1 แสดงออกแบบวงจรที่ใช้พื้นผิวที่ว่างทั้งหมดของไดรฟ์ข้อมูลที่กำหนดไว้ล่วงหน้าการทำเค้าโครงของส่วนประกอบ สายงานการผลิตได้ในทำนองเดียวกันใช้งานพื้นผิวที่ว่างทั้งหมดรวมทั้งปริมาตรภายในของอุปกรณ์ อุปกรณ์เดิมมีสัญญาณปรับวงจรมันที่ได้รับจากวิศวกรที่ศูนย์อวกาศ Johnson ของ NASA เป็นวงจรมาตรฐานเพื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพ volumetric ของ 3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ ปริมาณวงจรถูกลดลงจะมีปริมาตร 0.5 นิ้วโดย 0.5 นิ้ว โดย 0.125 นิ้วเหมือนกับมีส่วนประกอบและการสืบค้นกลับหนาแน่น 27% ลดลงจากแบบเดิมอย่างมีนัยสำคัญ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

III 3D
พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ต้นแบบแม้ว่าวิธีการทั่วไปเช่นแบบจำลองดินตัวอย่างหนึ่งปิดทำด้วยมือโดยช่างฝีมือที่มีทักษะและอีกไม่นานAM เทคโนโลยีมี addressed ส่วนใหญ่จำเป็นต้องชนิด protocol ในประเภทเหล่านี้ของชิ้นส่วนที่ได้รับการทำเฉพาะเพื่อทดสอบลักษณะและเหมาะสมของ ส่วนที่เสร็จสมบูรณ์ เมื่ออุปกรณ์ที่รวมระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยวิธีการเหล่านี้ไม่สามารถอยู่ที่ความจำเป็นในการสร้างต้นแบบส่วนการทำงานอย่างเต็มที่ เมื่อจำเป็นต้องใช้ขั้นตอนแบบดั้งเดิมในการสร้างต้นแบบชุดอิเล็กทรอนิกส์คือการดำเนินการของคณะกรรมการต้นแบบขนมปังและที่จะยอมรับความล่าช้าโดยธรรมชาติที่มาพร้อมกับกระบวนการปกติของการผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าอาจจะเป็นสัปดาห์หรือเป็นเดือน ที่พัฒนาขึ้นใหม่ขั้นตอนการพิมพ์ 3 มิติของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ tural โครงสร้างให้ทางเลือกที่น่าสนใจ การผลิตนิยายเรื่องนี้เป็นลูกผสมของ AM ครบครันด้วยหุ่นยนต์ตำแหน่ง nent ส่วนประกอบและการฝังของตัวนำ - สามารถสร้างต้นแบบที่สามารถดำเนินการจริงการฟังก์ชั่นเดียวกันในรูปแบบเดียวกับผลิตภัณฑ์ในขั้นสุดท้าย - แม้ว่า pos- sibly ไม่ปฏิบัติตามบางส่วนของ ลักษณะสิ้นการใช้งานอื่น ๆ เช่นความน่าเชื่อถือผิวสีหรือพื้นผิว อย่างไรก็ตามในผลิตภัณฑ์ด้านนอกของตลาดผู้บริโภคเช่นในการบินและอวกาศหรืออุตสาหกรรมชีวการแพทย์ที่น่าเชื่อถืออาจยืนเป็นเพียงอุปสรรคที่สำคัญระหว่างต้นแบบ becom- วันสิ้นสุดการใช้งานผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายหรือไม่ การปรับปรุงในพื้นที่ของความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงกับการวิจัยที่สำคัญในวัสดุและการประมวลผล AM แล้วในความคืบหน้า จนกระทั่งความต้องการเหล่านี้สิ้นการใช้งานได้จริงกระบวนการไฮบริด AM เสนอสามารถสร้างต้นแบบที่จะช่วยให้ไม่น้อยกว่าการประเมินผลที่ครอบคลุมของการออกแบบขั้นสุดท้ายไม่เพียง แต่สำหรับรูปแบบและลักษณะที่ปรากฏ แต่ยังสำหรับการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ -. พร้อมกันเอ พิมพ์ 3D ท้าทาย ELECTRONICS แม้ว่าเทคโนโลยีการผลิตใหม่นี้จะช่วยให้การประเมินผลที่สมบูรณ์มากขึ้นกับต้นแบบความจงรักภักดีสูงท้าทาย TIAL substan- ยังคงอยู่ พื้นที่ของการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ (เช่นการจับภาพวงจรการจำลองและการดำเนินการทางกายภาพของแผงวงจรพิมพ์ - ซีบีเอส) รวมถึงผู้ใหญ่สั่งแพคเกจซอฟต์แวร์ที่มี mercially ที่ช่วยให้สำหรับตำแหน่ง Ponent สั่งและการกำหนดเส้นทางของสายที่จะสร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้าใน PCB โปรแกรมเหล่านี้อย่างไรก็ตามการดำเนินงานภายใต้สมมติฐานของพื้นที่ทำงานที่มีการกำหนดไว้ล่วงหน้าพื้นผิวสองมิติวงจรบนพื้นฐานของการผลิต PCB แบบดั้งเดิม เป็นผลให้องค์ประกอบ placementand เส้นทางสำหรับการออกแบบ 3 มิติที่พิมพ์ได้รับการดำเนินการด้วยตนเองในพื้นที่ 3 มิติโดยใช้วิศวกรรมเครื่องกล CAD softwarelike SolidWorks ไม่มีคุณสมบัติโดยธรรมชาติสำหรับการทำงานเครื่องใช้ไฟฟ้า ขาดการสนับสนุนซอฟต์แวร์นี้ได้ผลักไสพิมพ์ 3 มิติของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วงจรค่อนข้างง่ายเป็นเส้นทางและตำแหน่งที่ได้รับการทำด้วยมือ; แต่การออกแบบวงจรที่ได้รับการเสร็จได้ประสบความสำเร็จการใช้มากขึ้นของปริมาณที่มีอยู่ได้รับอิสระในการ fabrica- ที่นำเสนอโดยเทคโนโลยีการผลิต - มีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้อย่างง่ายดายประดิษฐ์ในแบบ 3 มิติ ตัวอย่างเช่นรูป 1 แสดงให้เห็นถึงการออกแบบวงจรที่ใช้พื้นผิวที่มีทั้งหมดของปริมาณที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อให้บรรลุรูปแบบของชิ้นส่วน เส้นทางได้ใช้เช่นกันพื้นผิวที่มีอยู่ทั้งหมดเช่นเดียวกับการปรับระดับเสียงภายในของอุปกรณ์ อุปกรณ์เดิมเป็นวงจรเครื่องสัญญาณ - วงจรที่ถูกจัดให้โดยวิศวกรของนาซาที่ศูนย์อวกาศจอห์นสันเป็นวงจรมาตรฐานเพื่อแสดงถึงประสิทธิภาพปริมาตรของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พิมพ์ 3D ปริมาณวงจรลดลงเป็นปริมาณ 0.5 '' 0.5 '' โดย 0.125 '' ที่แสดงกับองค์ประกอบและความหนาแน่นร่องรอยของ 27% ลดลงอย่างมากจากการออกแบบเดิม

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

III . 3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ต้นแบบ
ถึงแม้ว่าวิธีการทั่วไปเหมือนหุ่นดินตัวอย่างจะทำด้วยมือโดยช่างฝีมือ , และเมื่อเร็ว ๆ นี้เป็นเทคโนโลยีที่ส่วนใหญ่มีการใช้โปรโต - ประเภท ชนิดเหล่านี้ของชิ้นส่วนที่ได้รับการทำโดยเฉพาะเพื่อทดสอบลักษณะ และพอดีกับส่วนที่เสร็จแล้ว เมื่ออุปกรณ์รวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนวิธีการเหล่านี้ไม่สามารถที่อยู่ต้องการต้นแบบส่วนอย่างเต็มที่ เมื่อต้องการ แบบขั้นตอนต้นแบบ ELEC - tronics จะใช้ต้นแบบบอร์ดขนมปังและยอมรับในความล่าช้าที่มากับกระบวนการปกติของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อาจเป็นสัปดาห์หรือเดือนใหม่พัฒนากระบวนการของการผลิตการพิมพ์ 3D อาคาร - ประเภทอิเล็กทรอนิกส์ให้น่าสนใจ ทางเลือก การผลิตนี้นวนิยายซึ่งเป็นตำแหน่งถาวร ครบครันกับคอมโป - หุ่นยนต์และฝังตัวของตัวนำและสามารถสร้างต้นแบบที่สามารถหากลุ่ม func เดียวกัน - tion ในรูปแบบเช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์สุดท้าย–แม้ว่า POS - ซีบลี่ไม่ตอบสนองบางส่วนของอื่น ๆใช้ปลายลักษณะเช่นความน่าเชื่อถือ , การเคลือบพื้นผิว สี หรือ พื้นผิว อย่างไรก็ตาม ในผลิตภัณฑ์ภายนอกของตลาดผู้บริโภคที่เช่น ในอุตสาหกรรมการบิน หรือ ชีวการแพทย์ ความน่าเชื่อถืออาจจะยืนเป็นเพียงที่สำคัญกั้นระหว่างต้นแบบ becom - ไอเอ็นจีใช้ปลายผลิตภัณฑ์สุดท้ายหรือไม่ การปรับปรุงในพื้นที่ของความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งที่เลี่ยงไม่ได้ ด้วยการวิจัย พัฒนาและผลิตวัสดุเป็นแล้วในความคืบหน้า จนกว่าความต้องการใช้เหล่านี้สิ้นสุดสามารถตอบสนองแบบผสมคือ กระบวนการสามารถผลิตต้นแบบที่จะช่วยให้อย่างน้อยครอบคลุมการประเมินผลการออกแบบขั้นสุดท้าย , ไม่เพียง แต่สำหรับรูปแบบและลักษณะที่ปรากฏ แต่ยังสำหรับการทำงาน - อิเล็กทรอนิกส์พร้อมกัน

A
ถึงแม้ว่าความท้าทาย 3D พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ใหม่นี้ให้สมบูรณ์มากขึ้นตามเทคโนโลยีการผลิตที่มีความจงรักภักดีสูงแบบตัวอย่างsubstan tial - ความท้าทายยังคงอยู่ พื้นที่ของการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ( เช่น schematic capture , การจำลอง , และร่างกายใช้แผงวงจรพิมพ์ ( PCBs ) รวมถึงผู้ใหญ่ด้วย mercially ของแพคเกจซอฟต์แวร์ที่อนุญาตให้ ponent com - ตำแหน่งและเส้นทางของสายไฟเพื่อสร้างไฟฟ้าเชื่อมบน PCB โปรแกรมเหล่านี้อย่างไรก็ตามทำงานภายใต้สมมติฐานของพื้นที่ทำงานการกำหนดพื้นผิวสองมิติสำหรับวงจรใช้ PCB ผลิตแบบดั้งเดิม ผล ส่วนประกอบ placementand เส้นทางสำหรับการออกแบบพิมพ์ 3D ได้ด้วยตนเองในพื้นที่ 3D ใช้กล CAD วิศวกรรม softwarelike SolidWorks โดยไม่ต้องคุณสมบัติโดยธรรมชาติสำหรับฟังก์ชันอิเล็กทรอนิกส์ขาดการสนับสนุนซอฟต์แวร์ได้ขับไล่
พิมพ์ 3D ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วงจรเป็นเส้นทางที่ค่อนข้างง่าย และจัดวางได้ด้วยมือ แต่วงจรการออกแบบที่ได้รับเสร็จมีความมากขึ้นการใช้ปริมาณของจากโรงงาน - tion เสรีภาพที่นำเสนอโดยเทคโนโลยีการผลิตและโครงสร้างที่ซับซ้อนได้อย่างง่ายดายสร้างใน 3 มิติตัวอย่าง รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงการออกแบบวงจรที่ใช้พื้นผิวที่มีทั้งหมดของปริมาณที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อให้บรรลุรูปแบบของส่วนประกอบ เส้นทาง ได้เช่นเดียวกัน ใช้พื้นผิวที่มีอยู่ทั้งหมดรวมทั้งปริมาณภายในของอุปกรณ์อุปกรณ์เดิมมีสัญญาณปรับวงจรโดยวงจรที่ได้รับจากวิศวกรของนาซาที่ศูนย์อวกาศจอห์นสันเป็นมาตรฐาน วงจร เพื่อแสดงถึงประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของอิเล็กทรอนิกส์พิมพ์ 3D วงจรเสียงลดลงไปปริมาณ 0.5 0.5 ' ' โดย ' ' โดย 0125 ' ' ที่แสดงกับชิ้นส่วนและติดตาม ความหนาแน่นของ 27% ลดลงอย่างมากจากการออกแบบเดิม .