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物联网和3D打印如何改变互联空间
PCB设计人员正在采用3D打印技术，以更快、更有效地为物联网设备制造零部件原型。
物联网和3D打印看起来可能是科技史上两个流行词最伟大的结合。毕竟，物联网不同于应用和数据互联网，它占用3D空间，使用物理材料，包括控制设备并将数据带回家的电子设备。3D打印机生产一次性产品的能力CAD设计廉价而快速地促进实验，因此对设计师来说是一种福音。因此，在过去的几年里，我们已经开始看到物联网和3D打印，与3 d打印技术应用于电路和印刷电路板的原型甚至制造，其中大部分用于物联网设备。
“3D”一词在此上下文中的使用并不严格。好旧的2D激光打印机已经被业余爱好者用来打印平面电路设计。这些指纹，被转移到一个空白的镀铜FR4(阻燃玻璃纤维)板上，形成屏蔽铜的掩模，使其免受“腐蚀”酸浴的侵蚀，腐蚀电路导电痕迹之间的所有未屏蔽铜。大多数“3D”板原型打印机现在可用或在开发实际上打印2D行导电油墨——也就是三维空间中的轨迹，使用可沿X、Y和Z轴定向的打印头。
加法与减法制造
这是一个无中生有3D打印的附加质量在这里很重要。(蚀刻槽和数控铣床，另一种原型制作方法，是减法的。)从裸露的玻璃纤维或柔性板开始。在这个过程中唯一的金属痕迹是喷墨中的银纳米颗粒，或者是3D打印机喷嘴喷墨打印出来的，就像3D打印的热塑性塑料一样，一层一层，从无到有，制造出3D实体形状，比如假肢或水枪。
当3D电路板印刷发展到生产水平时，这将使该行业从目前使用的大量危险蚀刻化学品以及铜涂层中解脱出来。但我们还没到那一步。迪恩·弗里曼高德纳公司负责半导体制造和工艺开发研究的副总裁认为，我们至少还需要五年时间。
就目前的用户而言，今天的pcb 3D打印一般是在研究实验室中完成的企业大学，国防工业，以及尖端的实验电子设计师。许多这样的用户现在都在为风险更大的项目创意设计电路板，因为内部DIY原型机为他们节省了大量的时间和金钱。
目前，更快的周转速度和更低的生产成本是最大的两个方面3D打印机的好处PCB设计者。他们可以把第三方原型制造商(通常在亚洲)耗时数周、价值500美元的流程变成数小时。设计师们说，通过消除第三方，他们切断了通往窃取知识产权并减少误解的风险。3D打印机的初始投资相对较少允许工程师制作原型更多未经证实的想法，对物联网发明具有巨大价值。
电路板蚀刻演示
泰德Vaida他是嵌入式电子设备的设计师，也是科罗拉多州科罗拉多斯普林斯(Colorado Springs)精密装配公司(Exact Assembly)的创始人。到目前为止，他已经卖出了100台Squink 3D打印机BotFactory虽然这可能不是维达最大的项目，但他确实是在帮助一名发明家建造一个更好的捕鼠器。
物联网和3D打印:这都是关于数据的速度和价值
这不是Vaida关心的陷阱部分;它是一种传感器和报告电子设备，能在出现死老鼠时提醒你。如果这听起来像是太少的问题却有太多的解决方案，那就考虑一下餐馆老板、酒店老板或房屋卖家设置的老鼠夹吧。他们不想第一个知道吗?
Vaida说:“如果你想制作10打捕鼠器，并把它们分发给潜在的alpha用户以获得反馈，你需要一种快速的方法来创造出与最终产品非常相似的东西。”“我现在就可以做一些小型、低复杂度的设计。”他正在催促JF Brandon，销售和市场副总裁卡洛斯Tarazona这两家公司都是BotFactory的首席技术官，他们希望提高Squink的速度和分辨率，以实现同样的低成本、低产量和低成本fast-iteration他的高端企业项目的原型。
就目前的情况来看，设计师只有投入成千上万块板才能实现规模经济。设计和原型制作的高昂成本吓跑了投资者，“物联网希望快速进行原型制作和开发，”Vaida说，因为市场竞争非常迅速。
桌面大小的Squink打印双层板售价为3999美元，单层板售价为3199美元。它不仅能留下痕迹;与另一个打印头，它也自动“挑选和放置”的部分PCB制造——芯片和其他表面贴装设备在板上的安装和焊接。因此，它独特地实现了CAD设计(读取传统的PCB设计文件)和成品板之间的一切自动化。
BotFactory还突出了在刚性或柔性基材上印刷。Zebra Technologies正在使用Squink来做原型射频识别标签。
Gartner的Freeman表示，目前唯一能够实现3D打印的PCB打印机是以色列公司生产的“蜻蜓2020”纳米尺寸。虽然它也适合台式电脑，但蜻蜓的“入门套装”包括打印机、安装和墨水，售价在20万美元左右。Nano Dimension公司刚刚将其产品交付给了它的第一个官方客户——一家以色列国防公司。但该公司首席执行官阿米特•德罗尔(Amit Dror)表示，这家成立4年的公司拥有超过35个客户保密协议与一流的公司，它正在与财富100强的消费品公司，以及电信，汽车和医疗器械公司除了五角大楼。
纳米尺寸是PCB打印机中分辨率最高的尺寸之一，为150微米。它的目标是将这一数字降低到90，并且从长期来看，从原型到生产。
物联网和3D打印提供了平面电子产品的自由
但Dror谈论的是更大的图景，关于多层3D使设计自由成为可能。“像笔记本电脑和手机这样的东西之所以是平的，是因为多氯联苯必须是平的，”他说。今天创建层的唯一方法是精确地分别创建每一层，钻它们，并通过孔(多层pcb的垂直管道)连接它们。“看看我们现在拥有的弯曲机器人的内部空间;内部空间是平坦的。就力量和面积而言，平坦是效率最低的。”重量也是医疗和军事设备的关键因素。
所有这些打印机，á la HP Inc.，要求你使用他们的专有墨水;还有á la惠普，在他们身上有很好的利润。纳米尺寸公司的银纳米颗粒油墨是基于一种突破性的湿化学工艺，该工艺获得了耶路撒冷希伯来大学的独家许可。另一个PCB打印机制造商Voxel8是哈佛大学教授珍妮佛·刘易斯材料科学实验室的成果。3D PCB印刷技术的发展依赖于导电的银颗粒油墨的开发，这种油墨可以在较低的温度下烧结(或熔化成具有适当导电性、附着力和灵活性的痕迹)。
Optomec在美国，3D打印机的价格在50万美元左右。除了电路，3D打印机还在全天候生产，以及制作许多材料的原型。该公司总部位于新墨西哥州阿尔伯克基，将传感器和天线直接打印到曲面上，其中一些曲面是物联网产品的零部件。它还在涡轮机叶片上打印传感器，例如，用于发电系统。传感器将金属疲劳报告给中央监控设施，及时执行预防性维护。Optomec的气溶胶喷射技术，由美国国防部高级研究计划局该公司还能打印出从10微米到3毫米不等的精细痕迹，以制造无源器件，如电阻、电容和电路。Optomec气溶胶喷雾器产品管理总监Michael O'Reilly表示，公司目前正在与制造商合作智能医疗设备,太。
然后是施乐PARC实验室，他们正在开发材料和3D打印系统，为喷墨、气溶胶和挤压提供不同功能的配药头。在2016年7月的SEMICON West大会上，帕洛阿尔托研究中心的高级研究员Bob Street做了一个题为“用于健康监测的印刷混合阵列”的演讲，他在演讲中讨论了用于监测身体信号的光学传感，比如血氧，用于检测特定酶的电化学传感和用于极端物理条件(如脑震荡)的pvdf打印压力/加速度计。
身体和智慧
前面提到的Voxel8，来自马萨诸塞州萨默维尔。该公司生产的双头3D打印机既能打印热塑性塑料机身，也能打印嵌入式电路。它的网页视频展示了它的“开发工具包”打印机打印出了一个微型的橙色机身的下半部分无人机在这个过程中，人类的手将PCB夹在中间。在完成塑料形状的顶部之前，打印机还会记录从PCB到无人机的旋翼的轨迹，这个塑料形状会突然冒出螺旋桨，然后飞走。
桌面多材料开发工具包的售价约为1万美元。它的最小导电宽度是250微米，它的银导电油墨在室温下固化，允许它打印在热塑性塑料上。它卖给了大学和材料研究人员斯科特Janousek该公司目前的目标是原型设计和小批量生产。
Voxel8还与Autodesk合作开发了Wire项目，这是一款以火花驱动的新工具，用于精确设计Voxel8的开发工具包能够制作的内容，即嵌入“任意”(自由形式)对象的3D电子电路。Autodesk的Spark投资基金是Voxel8在2015年7月获得1200万美元A轮融资的投资者之一。
就目前而言，物联网和3D打印的未来无疑是充满希望的。寻找更多的PCB设计师采用3d打印原型，然后将他们测试过的设计文件移交给电路板生产公司，一旦bug被清除。在未来的道路上，寻找新的3D设计软件和3D打印机生产3D电路符合设备设计，而不是相反。
