Смирнова Ольга Николаевна - аспирант кафедры электронных технологий в машиностроении.
2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, Москва, 105005
Olga N. Smirnova - postgraduate student of the Department of Electronic Engineering Technologies of the Bauman Moscow State Technical University.
5, p.1, 2nd Bauman St., Moscow 105005
Александров Александр Александрович - аспирант кафедры технологий обработки материалов.
2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, Москва, 105005
Alexander A. Alesandrov - postgraduate student of the Department of Materials processing technologies of the Bauman Moscow State Technical University.
5, p.1, 2nd Bauman St., Moscow 105005
Боброва Юлия Сергеевна - инженер-технолог, выпускник кафедры электронных технологий в машиностроении.
2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, Москва, 105005
Julia S. Bobrova - process engineer, graduate (2006) of the Department of Electronic Engineering Technologies of the Bauman Moscow State Technical University.
5, p.1, 2nd Bauman St., Moscow 105005
Моисеев Константин Михайлович - кандидат технических наук (2012), доцент кафедры электронных технологий в машиностроении.
2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, Москва, 105005
Konstantin M. Moiseev - Cand. Sci. (Eng.) (2012), Senior Lecturer of Department of Electronic Engineering Technologies of the Bauman Moscow State Technical University.
5, p.1, 2nd Bauman St., Moscow 105005
Введение. При изготовлении печатных плат (ПП), в том числе их макетов, одной из важных задач является обеспечение совмещения одних слоев проводящего рисунка с другими. Если для применяемых на сегодняшний день (стандартных) технологий изготовления величины рассовмещений, причины их возникновения и меры предотвращения их возникновения известны, то для ПП, изготовленных методами 3D-печати, подобные исследования прежде не проводились. В дополнение к этому актуальной темой для 3D-печати, непосредственно связанной с топологической точностью, а именно одной из ее составляющих - погрешностью совмещения, является обеспечение возможности извлечения напечатанной части изделия во время печати для проведения определенных операций, например внутреннего монтажа компонентов, и ее последующий возврат для продолжения печати.
Цель работы. Количественная оценка и анализ причин возникновения погрешности межслойного совмещения ПП, изготовленных с помощью 3D-печати.
Материалы и методы. Для исследования используются: материал - полиэтилентерефталат-гликоль (PETg); слайсер - Ultimaker Cura; 3D-принтер - Ender 3 S1; латунное экструзионное сопло диаметром 0.3 мм. Исследование проводится на производственной базе Научно-образовательного центра "Центр аддитивных технологий" при МГТУ им. Н.Э. Баумана. Оценка погрешности совмещения выполняется по микрошлифам, результатам рентгеновского контроля и использования подхода к декомпозиции погрешностей, описанного Ю.Б. Цветковым для изделий электроники.
Результаты. Показана возможность изготовления макетов ПП с тремя проводящими слоями, в том числе с возможностью извлечения напечатанной части изделия с последующим возвратом за счет ее совмещения по напечатанным штифтам. Выявлено, что наибольший вклад в погрешность совмещения вносят масштабные искажения: в среднем около 150 мкм для каждого слоя в сравнении с его 3D-моделью и около 60 мкм при сравнении топологий слоев Тор с Bottom, что превышает общее значение рассовмещения между двумя слоями в ±50 мкм, характерное для штифтовой технологии совмещения, и говорит о необходимости контроля и минимизации возникающих температурных воздействий, например, с использованием термостатируемой рабочей камеры 3D-принтера.
Заключение. Анализ возможных причин возникновения рассовмещений показывает значимость влияния температурных градиентов, возникающих во время 3D-печати. Предложенный способ изготовления позволяет извлечь изделие во время печати с последующим возвратом и может быть использован для создания макетов ПП с двумя и более проводящими слоями независимо от применяемого метода 3D-печати.
Introduction. When manufacturing printed circuit boards (PCBs), including their prototypes, the proper alignment of PCB layers is mandatory. While the causes and preventive measures against misalignment in PCBs manufactured using conventional technologies are known, research into alignment errors in 3D-printed PCBs is still ongoing. Another task regarding 3D printing, which is related to topological accuracy (alignment errors in particular), consists in ensuring the opportunity to remove the printed part of the product in order to perform operations thereon, such as embedding components, followed by its return and continuation of the printing process.
Aim. Numerical estimation and analysis of the causes of layer-to-layer alignment errors in PCBs manufactured using 3D printing.
Materials and methods. The research was conducted using the following materials and equipment: Polyethyleentereftalaatglycol (PETG); an Ultimaker Cura slicer; an Ender 3 S13D printer; a brass nozzle with a diameter of 0.3 mm. The study was conducted using the facilities of the Additive Technologies Center, Bauman Moscow State Technical University. Interlayer alignment errors are estimated by microsection analysis and X-ray inspection, as well as using the misalignment decomposition method described by Yu.B. Tsvetkov for electronics.
Results. The possibility of manufacturing PCB prototypes with three conductive layers is demonstrated, including a method for removing the printed part of the product and its further return in the printing process using printed pins. Large-scale distortions were found to make the largest contribution to the alignment error: on average, approximately 150 gm for each layer when compared to its 3D model and approximately 60 gm when comparing the topology of the top layer with the bottom layer. These values exceed the common misalignment value of 50 gm for the pin lamination process. This substantiates the need to control and minimize temperature effects, e.g., using 3D printers with a thermostatically-controlled chamber.
Conclusion. The conducted analysis of possible causes of misalignment emergence determines the significance of temperature gradients that occur during 3D printing. The proposed manufacturing method allows the printed part of the product to be removed and further returned into the printing process, which can be used to produce PCB prototypes with three conductive layers.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.