Die Herstellung einer PCB-Platine mit einem 3D-Drucker erfordert nach wie vor Design-Know-how.

Zachariah Peterson
|  Erstellt: May 20, 2020
Making a PCB with a 3D Printer Still Requires Design Expertise

Die Entwicklung von PCB-Platinen für den 3D-Druck kann auf zwei Wegen erfolgen: durch additive oder subtraktive Fertigungsverfahren. Ihre PCB-Design-Software sollte an beide Techniken anpassungsfähig sein und die Möglichkeit haben, die Dateien zu erstellen, die Ihr 3D-Drucker benötigt, um Ihre Leiterbahnen präzise zu ätzen oder abzulegen. In der einheitlichen Design-Umgebung von Altium Designer zu arbeiten, bedeutet, dass Ihre Design-Tools in einer einzigen Schnittstelle integriert sind. Altium Designer bietet das einzige Design-Paket mit Tools, die sich an jede Fertigungsstrategie anpassen lassen.

ALTIUM DESIGNER

Ein PCB-Design-Softwarepaket mit den besten CAD-Tools, die sich für den 3D-Druck eignen.

Der 3D-Druck ist eine praktische Lösung, um so ziemlich alles zu erstellen, was man sich vorstellen kann. Mit einem 3D-Modellierungsprogramm können Sie praktisch alles erstellen und auch mit einem Desktop-3D-Drucker bequem zu Hause ausdrucken. Die 3D-Druckelektronik blieb jedoch in einem gewissen Maße außer Reichweite, da nur eine Reihe von Unternehmen und Einzelpersonen die erforderlichen Geräte herstellen. Selbst wenn Sie über die nötige Ausrüstung verfügen, sind Sie erst auf halbem Weg zum Ziel, mit Ihrem 3D-Drucker Leiterplatten-Platinen auszudrucken.

Der 3D-Druck einer PCB-Platine erfordert eine Elektronik-Design-Software, die hochpräzise CAD-Tools und 3D-Modellierungstools bereitstellt. Ihre PCB-Design-Software benötigt mehr als nur die Standard-Schaltplan- und Layout-Tools, die in anderen Design-Softwarepaketen enthalten sind. Sie brauchen ein Design-Paket, das die genaue Definition und Visualisierung eines jeden Elements auf Ihrer Platine ermöglicht, einschließlich der Oberflächenleiterbahnen, Komponenten und der einzigartigen Platinenformen.

Additive versus subtraktive Fertigung

Viele der auf dem Markt befindlichen CBP-Drucker können verwendet werden, um Spuren von leitfähiger Tinte zu hinterlassen. Anschließend müssen Sie Ihr Gerät aber zusammenbauen, indem Sie die Komponenten auf die leicht zerbrechliche Platine kleben. Ihr 3D-Drucker benötigt eine Kopie Ihres Leiterbahn-Layouts und eine Leiterbahn wird direkt auf der Platine aufgebracht.

Anstelle eines subtraktiven Herstellungsverfahrens können Sie ein Inversionsbild der Leiterbahnen auf Ihrer Platine erstellen. Anschließend können Sie Ihre Leiterbahnen von einer verkupferten Glasfaserplatte ätzen. Die Kombination eines Diodenlasers mit den CNC-Funktionen eines 3D-Druckers ermöglicht es Ihnen, ungenutztes Kupfer ausgewählt abzutragen. Sie können dann SMT/SMD-Komponenten mit einem Niedertemperatur-Lot auf Ihre Platine löten.

Die Auswahl der richtigen Fertigungstechniken

Die Verwendung eines 3D-Druckers für Leiterplatten-Platinen ist eine ausgezeichnete Möglichkeit, mit dem Bau eines funktionsfähigen Prototyps eines neuen Geräts zu beginnen. Unabhängig davon, ob Sie Kupferfolie von Ihrer Platine durch Ätzen oder Entfernen einer feinen Schicht von einer lichtempfindlichen Platine mit Laser und selektiver Belichtung von Kupfer entfernen, benötigen Sie eine Design-Software mit präzisen CAD-Tools zur Definition Ihres Layouts. Ihre PCB-Design-Software sollte auch 2D- oder 3D-CNC-Daten für Ihren Drucker direkt aus Ihrem Layout erzeugen. Die beste PCB-Software ermöglicht es Ihnen, entweder additive oder subtraktive Techniken für die Herstellung zu verwenden.

PCB 3D Printer und Altium Designer

3D-Viewer in Altium Designer

Definieren von Designregeln für Ihre 3D-PCB-Platine

Routing-Leiterbahnen in Ihrem PCB-Layout verlangen die Einhaltung verschiedener Design-Regeln, die sicherstellen, dass Ihr Gerät die funktionalen Anforderungen erfüllt. Viele 3D-Drucker können Leiterbahnen bis zu einer Dicke von 0,2 mm ätzen. Mit Ihrer Layout-Software können Sie viel Zeit mit Ihrem Layout sparen, wenn Sie Design-Regeln in Ihren Platinen definieren können. Ihr PCB-Design-Softwarepaket sollte Ihnen die Möglichkeit bieten, Ihre Leiterbahnbreite festzulegen und Ihnen dabei helfen, Leiterbahnen automatisch zwischen Komponenten zu routen.

Neuere 3D-Drucksysteme können zur Fertigung von mehrschichtigen Platinen mit einem Gerät in der Größe eines kleinen Bürodruckers verwendet werden. Wenn Sie planen, mehrschichtige Platinen mit einem 3D-Drucker herzustellen, muss Ihre Design-Software einen intuitiven Schichtstapelmanager bereitstellen, mit dem Sie Ihre Schichtanordnung vollständig anpassen können.

Design-Tools für Ihre PCB 3D-Printer-Platine

Ihre Leiterbahnen-Routing-Tools sollten mehr tun, als nur Leiterbahngrößen zu definieren und Leiterbahnen zwischen Komponenten automatisch zu definieren. Ihre Design-Tools sollten mit Ihren Design-Regeln und Routing-Richtlinien kompatibel sein, damit Sie genaue Leiterbahnen routen und einen Lagenaufbau für jede Anwendung erstellen können. Außerdem sollten in der Lage sein, das in Ihren Leiterbahnen verwendete Kupfergewicht zu definieren und diese Daten schnell in G-Code, Gerber oder DXF-Dateien für Ihren 3D-Drucker zu konvertieren.

3D PCB-Platinen-Design in Altium Designer

Nahaufnahme der 3D-Ansicht in Altium Designer

Altium Designer bietet die besten ECAD-Tools für den 3D-Druck.

Andere Design-Pakete trennen Ihre kritischen Design-Tools in separate Module. Nur Altium Designer integriert diese Tools in eine einzige Design-Umgebung und diese Tools sind an jede beliebige Fertigungsmethode anpassbar. Altium Designer ist das einzige PCB-Design-Softwarepaket, das über ein einheitliches MCAD- und ECAD-Design verfügt. Damit sind diese Design-Tools ideal für das Design von Platinen für den 3D-Druck.

Altium Designer bietet die besten 3D-Design-Funktionen.

Die 3D-Design-Funktionen in Altium Designer setzten einen neuen Standard in der PCB-Design-Softwarebranche. Das einheitliche Design-Modell in Altium Designer integriert Ihre Design-Tools in einer einzigen Schnittstelle und erlaubt Ihnen, sie für das 3D-ECAD-Design zu verwenden. Anstatt separate Software für verschiedene Design-Aufgaben zu verwenden, arbeiten Sie mit dem einzigen PCB-Design-Softwarepaket, das Ihre Tools in einer einzigen Schnittstelle vereint.

Wenn die Arbeit mit getrennten Programmen Ihren PCB-Design-Prozess beeinträchtigt, sollten Sie in einer einheitlichen Design-Umgebung arbeiten. Altium Designer integriert Ihre Funktionen für Schaltplanerstellung, Routing- und Regelprüfung in eine einzige Schnittstelle. Die 3D-Anzeige- und Designfunktionen erleichtern das Design von Platinen für den 3D-Druck und ermöglichen es Ihnen, Ihre Fertigungszeiten von Wochen auf Stunden zu reduzieren.

3D-Drucken ist der Trend der Zukunft und kann sogar herkömmliche PCB-Fertigungsprozesse ersetzen. Ein leistungsstarkes PCB-Design-Softwarepaket wie Altium Designer macht es einfach, jeden Aspekt Ihres PCB-Designs zu individualisieren und die für Ihren 3D-Drucker erforderlichen Fertigungsdaten zu generieren. Sie haben Zugriff auf die führenden Design-, Routing-, Regel- und Simulations-Tools, und das alles in einer einzigen Design-Umgebung.

Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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