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

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

พิมพ์ต้นแบบอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้าง 3 มิติเอริค 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 วงจรการพัฒนาถูกลดลงจากสัปดาห์เป็นชั่วโมง

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 มิติของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โครงสร้างเพื่อเร่งสร้างต้นแบบวงจรการพัฒนาลดลงจากสัปดาห์ที่ผ่านมาเป็นชั่วโมง

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 ได้ถูกบุกรุกทำให้เสียโอกาส