Введение
С появлением первых электронных устройств у человечества открылись поистине безграничные возможности практически во всех областях науки, производства, творчества и т. д. Но вот удобство радиоэлектронных приборов прошлого оставляло желать лучшего из-за достаточно габаритных размеров, что ограничивало их повсеместное распространение. К примеру, вспомним первые сотовые телефоны или стационарные компьютеры. Телефоны, порой, сложно было удержать в руке, а ПК занимали целые комнаты и при этом обладали очень и очень посредственными, по современным меркам, характеристиками. Соответственно, наметился тренд, продолжающийся до сих пор, — уменьшение габаритов, массы и размера этих изделий. И чем дальше, тем меньше. Сейчас, например, есть вещи, которые сразу и не разглядишь, но при этом их значимость для какого-нибудь оборудования будет очень высока.
Однако бесконечно уменьшать электронные компоненты невозможно — это либо очень дорого, либо невероятно долго вследствие того, что большая часть деталей конечного изделия так и остаётся в экспериментальных 3D-моделях и до воплощения в прототипе часто не доходит. Также стоит обратить внимание на то, что микроскопические размеры накладывают определённые ограничения и на собственное производство. Чем миниатюрнее вещь, тем более технологичным должно быть оборудования для его создания — высокая точность вкупе с удовлетворительной производительностью требуют значимых затрат. Как финансовых, так и ресурсных. И как быть?
Объёмная микропечать
Тут на помощь и приходит научно-инженерный подход — относительно новые технологии 3D-печати с возможностью создания различных компонентов с микронной точностью позволили ещё немного дальше продвинуться по пути создания сверхмалых деталей и комплектующих для радиоэлектронных устройств. Сейчас 3D-принтеры и объёмная печать захватывают всё больше «территорий» и процессов, заменяя дорогостоящее оборудование и технологии. Происходит это потому, что, во-первых, вариативность печати очень широка — можно создавать продукты любых конфигураций, форм и размеров (относительно любых, конечно), процесс не требует многолетней настройки и обкатки на производственных линиях ввиду условно простой технологии с гибкими параметрами отладки, во-вторых, печать не ресурсозатратна, что может сыграть решающую роль в производстве электроники особо малых размеров, а в-третьих, микронный 3D-принтер даёт возможность создавать детали и соединения для электронных устройств и плат по-настоящему микроскопических размеров.
Если сравнивать с традиционным и распространённым методом микролитья пластика, когда высокоточные миллиметровые изделия производят с помощью заливки расплавленного материала через литник в специальную форму, то 3D-печать существенно экономит как сам материал (при микролитье около 85 % сырья — это специальная форма заливки, чаще всего, одноразовая, соответственно, большая часть вещества идёт в утиль), так и время, ввиду сложности получения самих пресс-форм из-за их крайне малых размеров — требуются очень точные узкоспециализированные станки и оборудование. А чем уже спецификация прибора, тем дороже он, обычно, стоит, что в сумме делает микролитьё достаточно дорогим процессом. Более того, создавать прототипы и экспериментировать с ними тоже становится накладно.
Преимущества
К настоящему моменту 3D-печать микронных устройств из фотополимеров представлена несколькими технологиями, основное отличие которых друг от друга сводится лишь к скорости печати и доступности материалов. Но стоит отметить, что по производительности эти принтеры уже почти не уступают, к примеру, микрофрезерованию, не говоря уже о микролитьё. Ещё одно преимущество микропечатных 3D-станков — отсутствие необходимости в специализированной оснастке. Также при использовании 3D-печати исчезает понятие минимального размера партии — можно создавать от одного до нескольких изделий за раз, внося корректировки в CAD-файлы (шаблоны) по ходу печати, что очень удобно и наглядно.
Если сравнивать 3D-печать и микронное пресс-литьё или фрезеровку, то на создание микроскопических компонентов для радиоэлектроники уходит всего несколько часов. У традиционных способов этот временной промежуток может составлять от одного до нескольких месяцев и 70-80 % этого времени занимает подготовка специальных форм. Кроме того, функционал принтеров для объёмной печати даёт возможность создавать вещи не только сложной формы, но и с внутренними полстями или каналами, что, например, для микролитья недоступно. Исходя из потребностей, 3D-принтер может печатать корпуса и соединители из диэлектриков, термостабильных и биосовместимых материалов, керамики и т. д. Всё зависит от конечного устройства, для которого предназначается микропечать.
Образцы
Для тех, кто интересуется конкретикой, на сегодняшний день в широкой эксплуатации находятся два принтера: BMF3D и NanoScribe. Первый имеет открытую систему материалов, обладает точность до двух микрон и высокой скоростью печати, за счет чего, по заверениям производителя, может на равных конкурировать с традиционными технологиями производства микрокомпонентов — его производительность более 10 000 микроизделий в месяц. Второй экземпляр — NanoScribe — печатает с невероятно высокой точностью (менее микрона) но крайне ограничен в используемых материалах и обладает очень низкой производительностью.
Вывод
Современный беспрестанно цифровизирующийся мир постоянно требует нестандартных подходов к решению множества задач, среди которых есть и достижение наивысшей компактности устройств, использующихся в цифровой среде — производстве, телекоммуникации, контроле и т. д. — а значит, что спрос на микронные изделия будет только расти. Следовательно, настанет день, когда придётся полностью пересматривать существующие производственные линии и первым кандидатом на места устаревающих и отстающих от микроэлектронных потребностей станков придёт достойная смена — быстрые и высокоточные 3D-принтеры с возможностью микронной печати.
