Оценка размерных показателей элементов проводящего рисунка печатных плат, полученных с помощью 3D-печати

Введение. Анализ зарубежных исследовательских работ, посвященных методам 3D-печати, показывает возможность их применения для изготовления печатных плат (ПП), а также демонстрирует рост интереса в данном направлении. Одним из доступных методов является метод послойного наложения филамента, который обычно применяется для формирования подложки с каналами под проводники. На текущий момент минимальная ширина канала составляет 100 мкм, что соответствует 5-му классу точности ПП. Однако данные о способе получения подобных размеров или об уровне их отклонения от заданных номинальных значений отсутствуют.

Цель работы. Определить влияние таких производственно-технологических факторов, как диаметр экструзионного сопла (ЭС) и количество контуров, на размерные характеристики ПП (линейные размеры, ширина канала печатного проводника, расстояние между проводниками, диаметр сквозного отверстия).

Материалы и методы. Для получения линейных моделей проводится полный факторный эксперимент. Оценивается влияние материалов – полилактид (PLA), акрилонитрил бутадиен стирол (ABS) и стеклонаполненный ABS; слайсеров – Ultimaker Cura и PrusaSlicer; 3D-принтеров – Picaso 3D Designer Classic 2016 и Hercules Strong 2017; латунных ЭС диаметрами ∅0.2 и ∅0.4 мм. Рассматривается возможность применения латунных ЭС, покрытых химическим никелем, для печати стеклонаполненными филаментами. Исследование проводилось на производственной базе Научно-образовательного центра "Центр аддитивных технологий" при МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Результаты. Показана возможность изготовления ПП до 2-го класса точности при использовании ЭС ∅ 0.4 мм и до 3-го класса точности для ЭС ∅0.2 мм. Выявлено, что гальваническое нанесение химического никеля на латунное ЭС ∅0.2 мм позволяет повысить его износостойкость для печати стеклонаполненными филаментами. Даны рекомендации по выбору комбинации диаметра ЭС и количества контуров.

Заключение. Анализ полученных адекватных математических моделей показывает значимость диаметра ЭС и количества контуров. Полученные результаты могут быть использованы для создания макетов ПП

1. Смирнова О. Н., Боброва Ю. С., Моисеев К. М. Методы 3D-печати для изготовления печатных плат // Электроника: наука, технология, бизнес. 2022. № 8. С. 128–134. doi: 10.22184/1992-4178.2022.219.8.128.136

2. Nelson M. D., Ramkumar N., Gale B. K. Flexible, transparent, sub-100 µm microfluidic channels with fused deposition modeling 3D-printed thermoplastic polyurethane // J. of Micromechanics and Microengineering. 2019. Vol. 29, № 9. P. 1–8. doi: 10.1088/1361-6439/ab2f26

3. Fabrication of conductive paths on a fused deposition modeling substrate using inkjet deposition / W. Zhou, F. A. List, C. E. Duty, S. S. Babu // Rapid Prototyping J. 2016. Vol. 22, № 1. P. 77–86. doi: 10.1108/RPJ-05-2014-0070

4. ГОСТ Р 53429–2009. Платы печатные. Основные параметры конструкции. М.: Стандартинформ, 2018. 11 с.

5. Смирнова О. Н, Боброва Ю. С., Моисеев К. М. Анализ методов 3D-печати для изготовления ПП: метод послойного наложения филамента. Ч. 5 // Технологии в электронной промышленности. 2021. № 6. С. 48–55.

6. Гибсон Я., Розен Д., Стакер Б. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое производство / пер. с англ.; под ред. И. В. Шишковского. М.: Техносфера, 2020. 648 с.

7. Turner B. N., Strong R., Gold S. A. A review of melt extrusion additive manufacturing processes: I. Process design and modeling // Rapid Prototyping J. 2014. Vol. 20. P.192–204. doi: 10.1108/RPJ-01-2013-0012

8. Nanofiber-reinforced polymers prepared by fused deposition modeling / M. L. Shofner, K. Lozano, F. J. Rodríguez-Macías, E. V. Barrera // J. of Applied Polymer Science. 2003. Vol. 89, № 11. P. 3081–3090. doi: 10.1002/app.12496

9. Picaso 3D Designer Classic. URL: https://picaso-3d.ru/ru/products/printers/classic/ (дата обращения 14.09.2023)

10. 3D принтер. Hercules Strong. 2017. URL: https://drive.google.com/file/d/1k0Nj2tBegzr6Bj4vqHCTMxF8wr1mCenj/view?usp=sharing (дата обращения 28.12.2022)

11. Influence of slicing tools on quality of 3D printed parts / F. Baumann, H. Bugdayci, J. Grunert, F. Keller, D. Roller // Computer-Aided Design & Applications. 2015. Vol. 13, № 1. P. 14–31. doi: 10.1080/16864360.2015.1059184

12. Bryła J., Martowicz A. Study on the Importance of a Slicer Selection for the 3D Printing Process Parameters via the Investigation of G-Code Readings // Machines. 2021. Vol. 9. P. 163. doi: 10.3390/machines9080163

13. ГОСТ 26246.5–89 (МЭК 249-2-5-87). Материал электроизоляционный фольгированный нормированной горючести для печатных плат на основе стеклоткани, пропитанной эпоксидным связующим. Технические условия. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. 7 с.

14. Проблемы качества 3D-печати. URL: https://3dpt.ru/page/faq (дата обращения 21.03.2023)

15. Analyzing the effect of nozzle diameter in fused deposition modeling for extruding polylactic acidusing open-source 3D printing / N. A. Sukindara, M. Ariffinb, B. Baharudinb, C. Jaafarb, M. Ismail // J. Teknologi. 2016. Vol. 78, № 10. P. 7–15. doi: 10.11113/jt.v78.6265