Voltera erkundet: Eine Reise in kanadische PCB-Druck-Innovation

Vor Jahren veröffentlichte unser Kollege Max einen überzeugenden Blog titled Want a Voltera Desktop PCB Printer?, der einen bahnbrechenden PCB-Drucker beschrieb, der in Kanada entwickelt und via Kickstarter finanziert wurde. Das Konzept war faszinierend, aber die Tatsache, dass es ein kanadisches Unterfangen war, weckte meine Neugier. Nach Anmeldung für die Mailing-Liste traf eine Postkarte mit Fertigstellungsankündigung ein, und ich teilte sie mit meinem Vorgesetzten. Er forderte sofort eine Demo an. Als wir anfragten, lud uns Voltera ein, ihre Facility in Kitchener zu besuchen – eine einstündige Autofahrt entfernt.

In jüngsten Monaten hat Kanada einen bemerkenswerten Anstieg an Tech-Innovation gesehen. Viele führen dies auf den Ripple-Effekt von BlackBerrys Niedergang zurück, der Ingenieure zu entrepreneurial Ventures pivoten ließ. BlackBerrys Headquarters sind in Waterloo, Ontario – eine Stadt, die Teil eines größeren Metropolitan-Areals aus Kitchener, Waterloo und Cambridge ist. Interessanterweise wurde Kitchener ursprünglich Berlin von deutschen Einwanderern benannt, aber 1916 umbenannt zu Ehren des britischen Kriegsministers. Dieser historische Hinweis erinnert daran, dass Voltera in Kitchener ansässig ist.

Lord Kitchener in bekannter Pose. (Quelle: Wikipedia)

Die University of Waterloo ist renommiert für Engineering- und Wissenschaftsprogramme und beherbergt eines von Kanadas prominentesten Co-op Engineering Curricula. Um Innovation zu nähren, betreibt die Universität die Velocity Garage, den weltweit größten kostenlosen Startup-Inkubator. Voltera belegt einen Space innerhalb dieses Inkubators.

Das Gebäude erinnert an ein umgewandeltes Lagerhaus zum Student Union: Gemeinschaftliche Meeting-Räume, geteilte Küchen-Facilities und individuelle Startup-Areas mit minimaler Partitionierung. Adjacent zu Volteras Workspace ist ein dedizierter Workshop mit sicheren Türen, reflektierend des Unternehmensfokus auf IP-Schutz. Der Besuch dieser Umgebung gab mir Einblick in die kollaborative Ethik, die ich in meinem Post How Well Can You Work With Others? diskutierte, und hob die Signifikanz von Tools wie Upverter in Kanadas Innovations-Ökosystem hervor.

Für Interessierte, Voltera in Aktion zu sehen: Die Unternehmenswebsite hostet zahlreiche Videos und Bilder, zusätzlicher Footage ist auf YouTube verfügbar.

Mechanisch ähnelt die V-One einem sophisticated X-Y Plotter. Sie verfügt über ein X-Y gesteuertes Carriage mit adjustable Z-Achse und ein thermisch kontrolliertes Print Bed. Das Carriage unterstützt austauschbare Heads – eine wichtige Designentscheidung, die Vielseitigkeit mit Kosten balanciert. Diese Heads umfassen eine Conductive-Ink-Kartusche mit Nozzle, eine Solder-Paste-Kartusche und eine Probe für Surface Mapping.

Abbildung 2: Die V-One. Das Heizpad ist der flache schwarze rechteckige Bereich und das Carriage mit Conductive-Ink-Kartusche ist oben rechts sichtbar. (Quelle: Voltera)

Die V-1 zielt auf High-End-Hobbyisten und Entry-Level-Profis ab, was einige manuelle Operationen erklärt – wie Head-Wechsel – um Kosten vernünftig zu halten. Trotz dieser manuellen Schritte erreicht das Gerät beeindruckende Platziergenauigkeit.

Vor dem Druck müssen Nutzer ein Gerber-formatiertes PCB-Design bereitstellen. Der Workflow beginnt mit Spannen des Blanko-PCBs auf das beheizte Bed, Einführen der Probe in das Carriage und Durchführen von X-Y-Kalibrierung. Für Trace-Deposition muss die Nozzle innerhalb enger Toleranzen über dem PCB schweben. Die Probe mapped Surface-Undulationen, erstellt ein 3D-Profil, das präzise Tintenplatzierung leitet. Auf Blanko-PCBs ist exakte Alignment weniger kritisch, aber für fertige Boards werden Fiducials manuell an die Referenzpunkte der Probe ausgerichtet.

Trace-Deposition nutzt einen Inkjet-Style-Prozess: Conductive Ink wird atomisiert und mit High Voltage beschleunigt. Die Tinte wird unter Druck extrudiert, generiert durch einen gear-getriebenen Mechanismus atop der Kartusche. Deposition ist schnell, typischerweise abgeschlossen eine komplexe Seite in Minuten. Ein Flow-Rate-Adjustment erlaubt Fine-Tuning für spezifische Board-Anforderungen. Einmal deponiert, bleiben Traces nass und müssen sorgfältig gehandhabt werden; sie werden dann auf dem beheizten Bed gehärtet, ein Prozess, der ca. 30 Minuten dauert.