增材制造在电子设计中的重要性

光刻工艺中的传统制造方法存在明显的缺点，包括危险的化学品制备和稀土材料废料的使用。任何可持续、高效的制造技术的目标都必须适合快速成型或功能齐全的电子设备。

这就是为什么一系列电子设计系统对增材制造 (AM) 的需求日益增长。由于晶体管、可控硅整流器、二极管、发光二极管 (LED)、运算放大器和无源器件等元器件的功能方面需求，所以采用了复杂的制造工艺。

图 1：Creality Ender-3 S1 Pro 可用于外壳、支架以及用于测试和产品组装的夹具。（图片来源：Creality）

如今，电子元器件的 3D 打印技术已经颠覆了设计和制造领域，使得构建具有分层功能的复杂产品成为可能。因为其更少的材料浪费、时间瓶颈和设置成本等优势，这种方法被认为是 AM 和印刷电子领域的下一个技术前沿。

此外，由于供应链的复杂性和电子元器件需求的动态化，公司采用 AM 后可以精确地生产出完全满足需求产品批次，且不会出现过剩。与减材制造技术相比，这种有计划的生产产生的电子垃圾更少。

电子产品的增材制造(AME) 是解决多层电子板内信号反射和电磁干扰的解决方案。AME 在同一个 3D 打印系统中使用导电和非导电材料来构建可嵌入保护外壳内的三维电路。因此，电子设计人员可以充分发挥空间利用高效的优势，从而最大限度地减少互连损失并减小电路板的整体尺寸。

要取得成功，就需要使用合适的 3D 打印技术。例如，FDM 通常注重高性价比，SLA 擅长精密的细节，而 SLS 则适合制造坚固耐用的组件。3D 打印材料也有所不同：PLA 适合构建基本型号，ABS 适合制造高耐用性零件。

电子设计人员利用 3D 打印的方式

对于 AM 电子元器件来说，包括两种打印方式：接触式和非接触式 3D 打印。设计人员可以使用接触式印刷，通过油墨和目标基板之间的直接接触来转移油墨，从而以工业级规模制造电子元器件。

图 2：MG Chemicals PLA 3D 打印线材适用于高分辨率应用，而 ABS 则适合要求柔韧性和耐高温的应用。（图片来源：MG Chemicals）

但是，对这些复杂的电子电路进行快速原型设计正在形成一个新兴市场。越来越多的工程师开始选择非接触式喷墨打印。这被认为适合于小批量制造简单电路板的原型。这项技术的特点是高吞吐量和低成本，但在打印过程中可能会损坏底层。

AM 的效率已有大幅提升，有助于电子设计人员专注创新电路设计。诸如选择性激光烧结 (SLS) 和多喷射熔合 (MJF) 等技术能够生产这些板——这在以前是短板。与传统工艺相比，使用 AM 可以快速生产大量电子外壳和面包板。

补充阅读：什么是 3D 打印以及工作原理？

纵观物联网应用领域，设计人员可以利用 AM 来实现具有如传感、处理和驱动系统等高级功能的嵌入式设备。需要特别指出的是，人们对医疗、机器人和航空航天领域的微型系统给予了极大关注。

NASA 及其 Glenn 研究中心等航天机构建造了一个可以集成到航天器中的嵌入式系统。由于 AM 能够将多功能组件整合到 3D 打印结构中，因此微型化制造设备得以部署在面积受限的系统中。

增材制造电子产品的未来

3D 打印电子设备广泛应用于电力电子、传感器、电池、太阳能电池、可拉伸电子设备和可穿戴设备。业界已采用新方法，以解决传统制造方法中遇到的信号完整性和热管理问题。

未来，3D 打印功能电子产品将在工业级应用中得到更广泛的应用。