Wie 3D-gedruckte Prototypenn die Welt des PCB-Designs verändern

Erinnern Sie sich noch an den allerersten Vorstoß beim Prototyping von Leiterplatten? Mit einem Tintenstrahldrucker und Säure in einer Tupperdose? Drucken, bügeln, fluchen, neu drucken, bügeln, ätzen. Der ganze Zeitaufwand und der viele Frust, nur um ein Radio zu bauen, das mehr Rauschen als Musik von sich gab. Durch die hohen Preise und langen Wartezeiten ist die professionelle Prototypherstellung so nervtötend wie das Rauschen, das aus meinem ersten Radio kam. Die Technologie aus jenem Radio ist inzwischen obsolet und der derzeitigen Vorgehensweise beim Prototyping scheint es genauso zu gehen. Die neue 3D-Drucker-Technologie wird nicht nur das PCB-Prototyping, sondern auch die Herstellung von PCBs revolutionieren.

Die Zukunft des Prototypings 

Dass das Warten auf Prototypen nervt, ist keine Überraschung. Bis die neue Testplatine eintrifft, könnten Sie sich wahrscheinlich eine neue Methode zur Prototypherstellung einfallen lassen. Zum Glück hat schon jemand eine neue Methode gefunden. Neue 3D-Drucker nutzen Nanopartikel-Technologie, um Tinten mit Metallen anzureichern und auf diese Weise leitende Schichten zu drucken. Fragen Sie mich bitte nicht, wie das genau funktioniert – ich bin kein Chemiker. Wie alle handelsüblichen 3D-Drucker können die Geräte Schichten aus Kunststoff oder anderen Materialien herstellen, um ein Substrat herzustellen. 3D-Druck kann den Designprozess vereinfachen, funktionsfähige Prototypen herstellen und Designs optimieren. All das außerdem zu günstigeren Preisen.

Schluss mit dem Warten – Ich könnte jetzt die Gründe aufzählen, weshalb die Herstellung von Prototypen immer so lange dauert, aber diese Gründe sind Ihnen ebenso egal wie mir. Wir wollen doch nur wissen, wie schnell wir das Testmodell bekommen können. Mit 3D-Druckern können Sie Ihre Prototypen selbst herstellen – innerhalb eines Tages. Sie können Ihr Design also am selben Tag modellieren und testen. Stellen Sie sich das einmal vor! Moderne PCB-Designsoftware bietet Simulationsfunktionen, mit denen sich ein digitales Modell erstellen lässt, und mit einem 3D-Drucker können Sie ein echtes Modell in Händen halten, und zwar beinahe so schnell wie das digitale Modell.

Heute testen – Ich ahne schon, was Sie denken: Vielleicht geht das an einem Tag, aber die Platine funktioniert garantiert nicht. Nun, Sie liegen falsch. Neuartige 3D-Drucker können leitfähige Schichten drucken, sodass die Platinen tatsächlich getestet werden können! Diese Leitschichten werden sich nicht exakt so verhalten wie geätztes Kupfer. Sprechen Sie mit dem Hersteller Ihres 3D-Druckers, um mehr über die Eigenschaften der Tinte für die gedruckten Leiter herauszufinden.

Endlose Iterationen – Mein ganzer Jahrgang auf der Hochschule fiel einmal durch einen Test. Unser Professor meinte nur, Iteration führe zu Optimierung und ließ uns den Test wiederholen. Ein anderes Mal wiederholten wir Probleme aus den Hausaufgaben und er sagte dasselbe zu uns. Schnelle Prototyp-Iterationen erlauben es Ihnen, neue Designs so schnell zu testen, wie Sie sie drucken können.

^{Schauen Sie sich nur all die Flächen für SMTs an}

Sparen Sie Geld – Ein weiterer Vorteil für die Buchhalter unter Ihnen liegt in den niedrigen Kosten für 3D-gedruckte Platinen. Mit 3D-gedruckten Prototypen drucken Sie regelrecht selbst Geld. Tut mir leid, den Witz muss man in Blogs über Drucker regelmäßig anbringen.

Die Zukunft des Designs und der Herstellung von PCBs

Sie kennen die Videos von 3D-Druckern, die beeindruckend komplexe Gegenstände herstellen. Jetzt stellen Sie sich vor, Sie könnten in diesen komplexen Formen Bauteile und Leiterbahnen unterbringen. Die Möglichkeit, PCBs als echte 3D-Strukturen zu entwerfen, ist wahrscheinlich der größte Vorteil des 3D-Drucks. Der Würfel im Bild oben ist ein guter Ausblick auf die Zukunft 3D-gedruckter PCBs. 3D-Druck würde Designern größere Oberflächen, bessere Leiter, kleinere PCBs und bessere Materialeigenschaften verschaffen.

Größere Oberflächen – Ganz gleich, wie viele Lagen Sie zu Ihrem PCB-Design hinzufügen, eignen sich doch immer nur zwei Lagen für oberflächenmontierte Bauelemente (SMDs). Diese Einschränkung würde mit dem vollständigem 3D-Design wegfallen. Anstatt Bauteile auf der Oberfläche zu montieren, könnten Sie sie irgendwo in die Platine einbetten. Stellen Sie sich vor, Sie könnten Kondensatoren, Widerstände und sogar bestimmte ICs auf diese Weise einbetten. Manche Bauteile wird man zu Kühlungszwecken weiterhin an den Oberflächen montieren müssen. Aber anders als bei PCBs mit Lagenaufbau hätten Sie in einem 3D-gedruckten PCB-Design bis zu sechs Außenflächen für SMDs mit starker Wärmeentwicklung.

Vielseitige Leiter – Mit der Einführung der Herstellung im 3D-Druckverfahren würden Durchkontaktierungen und flache Leiterbahnen der Vergangenheit angehören. Leiter könnten in jeder Form und Richtung gedruckt werden. Sie müssten sich nie wieder Gedanken machen, wie viele Einzellagen sie für ein Breakout eines Ball Grid Arrays (BGA) mit geringen Anschlussabständen brauchen. Die praktisch unbegrenzte Zahl an Lagen und 3D-Leitern würde die Fanout-Strategien wirksam vereinfachen.

Kleinere PCBs – Ich weiß, welchen Satz Sie von Ihrem Chef nicht mehr hören können: „Es muss kleiner werden.“ Die Größe von PCBs zu minimieren, ist mittlerweile immer schwieriger geworden. Dabei wird der Druck, die PCBs zu verkleinern, immer mehr. Das 3D-Design würde wesentlich kompaktere Leiterplatten mit immer vielfältigeren Formen ermöglichen.

Vielseitige Materialeigenschaften – Auch die Vorteile bei der Materialwahl könnten enorm sein. Solange ein Material in Tinte gelöst werden kann, ist es auch zum Drucken geeignet. Bestimmte Platinenabschnitte könnten ein bestimmtes Substrat besitzen. Die Leitfähigkeit einzelner Bereiche einer PCB ließe sich mühelos festlegen. Selbst Rigid-Flex-Vorgaben wären dank der Fähigkeiten des 3D-Drucks einfacher zu erfüllen, denn jeder Teil der Platine ließe sich so flexibel oder starr gestalten, wie Sie es wünschen.

Der 3D-Druck steht noch in den Startlöchern, aber die 3D-Designsoftware dazu gibt es bereits jetzt. Mehrere Unternehmen bieten PCB-Designsoftware an, mit der ein „3D-Prototyp“ erstellt werden kann. Diese digitale Simulation ist der erste Schritt in Richtung des echten dreidimensionalen Designs, das mit dem 3D-Druck möglich wird. Wählen Sie in jedem Fall eine Software, die technisch topaktuell ist, wie etwa Altium Designer. Altium leistet bereits heute Bahnbrechendes im Bereich der 3D-Modellierung und wird zweifellos startklar sein, wenn die Zeit für das vollständige 3D-Design gekommen ist.

Wollen Sie mit jemandem über die spannende neue Zukunft des PCB-Designs sprechen? Dann rufen Sie einen Experten bei Altium an.