3D Printing for the Rapid Prototypi

3D Printing for the Rapid Prototyping of Structural Electronics
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
technology 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 มิติABSTRACT 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 applying3D 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. INTRODUCTIONA 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 late1980’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 ortechnology 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) 2:

พิมพ์ 3D
สำหรับต้นแบบอย่างรวดเร็วของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์บทคัดย่อในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่, 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 เพื่อที่จะได้อย่างรวดเร็วโครงสร้างต้นแบบและช่วยให้ผู้ผลิตที่จะหลีกเลี่ยงกระบวนการของการสร้างต้นแบบที่มีความยาว ditional ลองพิจารณาโดยการให้ทั้งลดขนาดลงหรือเทคโนโลยีจนกระทั่งเมื่อเร็วๆ ยังคงเหมาะที่สุดสำหรับมนุษย์ ufacturing ต้นแบบสำหรับการสร้างแบบจำลองความคิด - ผลักไสให้เพียงความพึงพอใจความจำเป็นในการ การประเมินผลของรูปแบบและแบบของปลอกอุปกรณ์หรือลักษณะโครงสร้าง. จนถึงขณะนี้ไม่มีตัวเลือกที่มีอยู่สำหรับการตรวจสอบของทั้งสองรูปแบบและฟังก์ชั่นพร้อมกัน - กรณีที่การทำงานรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แหล่งพลังงานเซ็นเซอร์และการแสดง - ทั้งหมดที่ต้องใช้เวลานำเพิ่มเติมสำหรับขนมปัง -boarding แก้จุดบกพร่องและบูรณาการ 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:

การพิมพ์ 3 มิติสำหรับต้นแบบรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้าง
นามธรรมในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ เวลาไปตลาด ( 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
เทคโนโลยีจนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ยังเหมาะที่สุดสำหรับผู้ชาย - ufacturing ต้นแบบสำหรับการสร้างแบบจำลองแนวคิดและขับไล่เฉพาะ เพียงต้องการประเมินรูปแบบและเหมาะสมของอุปกรณ์ท่อหรือโครงสร้าง คุณสมบัติ .
จนถึงบัดนี้ ยังไม่มีตัวเลือกที่มีอยู่สำหรับการตรวจสอบของทั้งรูปแบบและการทำงานพร้อมกัน – ซึ่งฟังก์ชั่นรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ , แหล่งพลังงาน , เซ็นเซอร์และแสดง–ซึ่งทั้งหมดต้องช่วงเวลาเพิ่มเติมขึ้นขนมปัง , การแก้จุดบกพร่องและการบูรณาการกระดาษนี้จะอธิบายถึงโครงการจัดแสดงเพิ่มการพิมพ์ 3D เทคโนโลยีที่ dramat - ically ลดเต็มรูปแบบการออกแบบวงจรตัวอย่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ : นวัตกรรมหกเหลี่ยมตายเกม กระบวนการ - จากแนวคิด ผ่านการสร้างต้นแบบเพื่อผลิตส่วนสุดท้ายอธิบายสังเกตข้อดีสำคัญของการเป็น ตัวอย่าง แบบฟอร์มนี้ พอดีสุนทรียศาสตร์และการทำงานที่ถูกสำรวจโดยการพิมพ์ 3D หลายรุ่นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นอย่างรวดเร็ว , ความจงรักภักดีสูงต้นแบบก่อน committing เพื่อการผลิตแบบดั้งเดิม เป้าหมายสุดท้าย คือ การพิมพ์ 3 มิติเป็นวิธีที่ต้องการการผลิตสำหรับอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นโครงสร้างที่ให้ประโยชน์ที่แท้จริง เช่น ในการผลิตของเล่นนวัตกรรมยานพาหนะทางอากาศที่ไร้คนขับ ( uavs ) , ดาวเทียม , และอื่น ๆปริมาณสูงต่ำค่าการใช้งาน .