3D-Drucktechnologien für ESD-sichere Produkte

Elektrostatische Entladung ist ein häufiges Phänomen in der Natur . Es kann durch einen elektrischen Kurzschluss (Kurzschluss), einen dielektrischen Durchschlag oder den Kontakt zwischen zwei elektrisch geladenen Objekten (statische Elektrizität) hervorgerufen werden, was zu einem plötzlichen und kurzen Stromfluss führt. ESD wird üblicherweise auf zwei Arten erzeugt. Eine davon ist die Reibungsaufladung, die auftritt, wenn zwei Materialien verbunden und dann getrennt werden, was zu einer Differenz des elektrischen Potentials führt . Der andere Grund für das Auftreten von ESD-Ereignissen ist elektrostatische Induktion. Es tritt auf, wenn sich ein elektrisch geladenes Objekt in der Nähe eines leitfähigen Objekts befindet, das keinen Kontakt mit der Erde hat.

Video 1. Risiken durch elektrostatische Entladungen in der Luftfahrt. Quelle:Flugzeugwissenschaft.

Jeder hat irgendwann in seinem Leben ein ESD-Ereignis erlebt. Es gibt zahlreiche Beispiele für elektrostatische Entladungen aus dem Alltag, darunter Blitze, statische Aufladung der Haare durch Nylon-/Wollkleidung, ein Plastikkamm oder eine Rutsche, Styropor, das an der Haut klebt, Staub, der sich Sekunden nach der Reinigung auf dem Fernsehbildschirm ansammelt, das berühmte „ Funke“ oder „Kick“ beim Berühren einer Türklinke oder einer anderen Person.

Risiken im Zusammenhang mit ESD

ESD-Ereignisse sind für Menschen meist harmlos, wenn auch lästig . Statische Elektrizität kann auch ein sehr nützliches Phänomen sein. Auf statischer Elektrizität basierende Technologien werden in Fotokopierern, Elektrofiltern in Luftreinigern, elektrostatischer Sprühlackierung oder Trocknertüchern/Trocknerkugeln verwendet. In bestimmten Kontexten kann ESD jedoch sehr gefährlich sein und schwerwiegende Folgen haben, insbesondere in der Fertigungs- oder Hochrisikoindustrie.

Bild 1. Die schwerwiegenden Folgen eines ESD-Ereignisses auf einem Motherboard. Quelle:Techno-FAQ.

ESD ist sehr gefährlich für empfindliche Elektronik , insbesondere integrierte Schaltkreise und Mikrochips. Sie können dauerhaft beschädigt werden (katastrophale oder latente Schäden), wenn ein Hochspannungsstrom durch sie fließt. Dies kann auf drei Arten geschehen:

1. HBM (Human Body Model) – Der menschliche Körper überträgt eine elektrostatische Ladung auf ein Gerät.

2. MM (Maschinenmodell) – ein geladenes leitfähiges Objekt, wie ein metallisches Werkzeug oder eine Vorrichtung, überträgt eine elektrostatische Ladung Gebühr.

3. CDM (Charged Device Model) – tritt auf, wenn eine elektrostatische Ladung durch Verpackungen oder eine Arbeitsfläche übertragen wird.

Elektrostatische Entladung ist auch extrem gefährlich in Umgebungen mit potenziell explosiven Atmosphären , wie Räume, die Gas, Kraftstoffdämpfe, Kohlenstaub oder sogar Mehlstaub enthalten.

ESD-Schutz

ESD-Schutz ist in Produktionshallen, Versandzentren oder in Räumen mit brennbaren und explosiven Atmosphären von größter Bedeutung.

Bild 2. Ein ESD-sicherer Arbeitsplatz. Quelle:Safety Working TECH.

Es gibt viele antistatische Materialien Stoffe und Geräte, die speziell zum Zweck des Schutzes von Personen und Geräten vor den Folgen elektrostatischer Entladungen ausgearbeitet und hergestellt wurden. Zu den ESD-Schutzlösungen gehören:

• Chemische Wirkstoffe.

• Elektrische Erdung.

• ESD-Kleidung, antistatische Armbänder, ESD-Vorrichtungen und -Vorrichtungen.

• Antistatische Beutel für die Aufbewahrung und den Versand von Elektronik.

• Ionisierungsstäbe an Produktionslinien.

• ESD-Büromöbel.

• Reinräume, die dafür ausgelegt sind, das Eindringen von Staub, luftübertragenen Organismen oder verdampften Partikeln sowie Viren und schädliche Substanzen zu verhindern oder Strahlung vom Aussteigen.

• Antistatische Systeme von Maschinen, die Elektronen- oder Fotoemission verwenden, um ESD zu reduzieren.

Richtiger ESD-Schutz kann nicht nur Gerätefehlfunktionen schützen, sondern auch ausfallbedingte finanzielle Verluste reduzieren und sogar Leben retten.

ESD-Sicherheit im 3D-Druck

Subtraktive Fertigungsverfahren wie Spritzguss und CNC-Bearbeitung gibt es schon lange und sie eignen sich hervorragend für die Serienfertigung standardisierter Werkzeuge. Aber wenn es darum geht, kleine Mengen hochindividueller Werkzeuge, Vorrichtungen oder Vorrichtungen herzustellen Additive Fertigung ist die beste Option . Die Konstruktion und Herstellung von Formen dauert sehr lange und rechnet sich nicht für die Herstellung kleiner Mengen von kundenspezifischen Werkzeugen und Vorrichtungen. Darüber hinaus sind fortschrittliche Kunststoffe, die in der CNC-Bearbeitung verwendet werden, sehr teuer und werden oft während des Bearbeitungsprozesses verschwendet. Die Verwendung des 3D-Drucks zur Herstellung kundenspezifischer Spezialwerkzeuge, Vorrichtungen und Vorrichtungen im eigenen Haus und auf Abruf ist für viele Unternehmen ein Fortschritt, da sie viele Vorteile bietet. Wenn das richtige Material verwendet wird, kann eine 3D-gedruckte Version eines herkömmlichen Werkzeugs oder einer Vorrichtung stärker, korrosionsbeständiger, leichter und viel billiger und schneller im eigenen Haus hergestellt werden als durch externe Auftragnehmer durch Spritzguss oder CNC-Bearbeitung. All dies gewährt Herstellern größere Flexibilität und die Möglichkeit zur individuellen Anpassung die Arbeitsprozesse nach den Bedürfnissen des Unternehmens. Der 3D-Druck nimmt weniger Zeit in Anspruch, ist kostengünstiger und vermeidet Materialverschwendung, da nur das gedruckt wird, was benötigt wird.

Video 2. Ein Erfolgsfall – Mercury Systems beginnt mit dem 3D-Druck von ESD-sicheren Werkzeugen und Vorrichtungen. Quelle:Essentium.

ESD-Sicherheit ist keine Ausnahme seit dem 3D-Druck - die sich schnell anpassende Disziplin, die es ist - hat bereits eine gut getestete und zuverlässige Lösung für die Herstellung antistatischer Werkzeuge, Vorrichtungen und Vorrichtungen. ESD-sichere Materialien im 3D-Druck können in vielen Formen auftreten. Es gibt antistatische Filamente, Pellets, Harze und Pulver.

Filamente

ESD-sichere Filamente verwenden verschiedene Technologien, um die antistatischen Eigenschaften zu erreichen , die häufigsten sind Ruß oder Graphit Füllstoffe . Die Menge an Kohlenstofffüllstoff im Polymer bestimmt den Grad des spezifischen Oberflächenwiderstands (gemessen in Ohm) – elektrisch leitend, dissipativ oder isolierend. Eine andere Möglichkeit, ein Material antistatisch zu machen, besteht darin, hinzuzufügen antistatische Beschichtungen oder wie im Fall von Essentium , eine Oberflächenschicht aus leitfähigen Nanopolymeren, um das Risiko einer Leistungsminderung zu verringern, die häufig bei ESD-Füllstoffen oder -Beschichtungen auftritt.

Bild 3. Ein Festplattengehäuse (links) und ein Leitfähigkeitsmessgerät, 3D-gedruckt mit dem PET-basierten Filament Zortrax-Z ESD V2. Quelle:Zortrax.

Fast alle Polymere, die üblicherweise im 3D-Druck verwendet werden, haben eine ESD-sichere Option. Es gibt antistatische Standardkunststoffe (ABS, PLA) und technische Kunststoffe (PA, PET, PCTG) sowie antistatische Kunststoffe für fortgeschrittene Anwendungen (PEKK, TPU).

Bild 4:Sichere Elektronikgehäuse bedruckt mit ESD PLA von 3DXTech (links) und ESD ABS von Nanovia (rechts). Quelle:Filament2Print.

Es gibt antistatische Filamente, die für bestimmte Branchen entwickelt wurden, wie das Essentium TPU 58D-AS aus der Familie der flexiblen fortschrittlichen Filamente.

Bild 5. Etiketten 3D-gedruckt mit TPU 58D-AS. Quelle:Essentium.

Abgesehen von Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie dieses Filament kann verwendet werden, um abriebfeste Plattenabdeckungen, ESD-sichere Aufbewahrungsboxen oder ESD-sichere Staubkappen in 3D zu drucken. Staub und andere Partikel neigen dazu, statische Elektrizität anzusammeln und Systemausfälle in vielen Elektronikfabriken hervorzurufen.

Nanovia ABS ESD 3DXSTAT ESD PLA Essentium TPU 58D-AS Zortrax Z-ESD V2

Harze und Pulver

Es gibt auch Nicht-Filament-Optionen für den 3D-Druck ESD-sicher Objekte , wie Harze für SLA-3D-Druck und Pulver für SLS-3D-Druck . Sie alle haben je nach Kunststoff und Einsatzzweck hervorragende Eigenschaften – von der Automobilindustrie über wissenschaftlich-technische Messtechnik bis hin zur Unterhaltungselektronik.

Bild 6. 3D-gedruckte Gehäuse mit PA11 ESD von Sinterit. Quelle:Sinterit.

ESD-sichere Harze und Pulver eignen sich gut für antistatische Werkzeuge, Vorrichtungen und Vorrichtungen für den 3D-Druck für die Fertigung, Montage und Prüfung von elektronischen Bauteilen, sowie für die Fertigung von Bauteilen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Einige ESD-sichere Materialien haben sogar staubabweisende Eigenschaften . Wie bereits erwähnt, Staub und andere Partikel neigen dazu, statische Elektrizität anzusammeln und das Risiko von ESD-Ereignissen zu erhöhen . Da die meisten Kunststoffe Staub und Schmutz anziehen, ist die Verwendung einer ESD-sicheren Option in ESD-empfindlichen Umgebungen viel sicherer.

Bild 7. Mit dem staubabweisenden ESD-Harz von Formlabs bedruckte Werkzeuge und Vorrichtungen. Quelle:Formlabs.

Ein solches Material ist das Formlabs ESD-Harz , das zum 3D-Drucken von Werkzeugen und Vorrichtungen für selbst die anspruchsvollsten Fertigungsbedingungen verwendet werden kann.

Formlabs IBT-Harz Sinterit PA11 ESD-Pulver Präzise ESD-Pinzetten Novus 1 antistatischer 3D-Druckerreiniger

ESD-Zubehör

ESD-Sicherheit in der Welt des 3D-Drucks beschränkt sich nicht nur auf das Drucken von Filamenten, Harzen und Pulvern . Es gibt auch verschiedene Reinigungsmittel und Zubehör, die ESD-Sicherheit gewährleisten während des Druckvorgangs oder der Wartung des 3D-Druckers. Die Lawang ESD-Präzisionspinzette ist nützlich, wenn es um das Entfernen von Teilen von der Bauplatte, das Reinigen von Material aus der Düse, das Entfernen von Stützstrukturen oder die Druckerwartung geht. Um das Risiko eines ESD-Ereignisses zu minimieren, das die Elektronik des 3D-Druckers beschädigen könnte, wird empfohlen, die ESD-sichere Präzisionspinzette zu verwenden.

Bild 8. Lawang ESD-sichere Präzisionspinzette. Quelle:Filament2Print.

Eine weitere Vorsichtsmaßnahme, die beim 3D-Druck zu treffen ist, ist sicherzustellen, dass die Druckoberfläche ist staubfrei, Partikel und statische Elektrizität . Eine Möglichkeit, dies sicherzustellen, ist die Verwendung eines Reinigers, zum Beispiel Novus 1 Acrylreiniger für Harztanks. Es reinigt Kunststoffe ohne sie zu zerkratzen und verhindert Beschlagen, weist Staub ab und beseitigt statische Aufladung. Es ist entscheidend für erfolgreiche SLA-Drucke da Schmutz im Harztank den Laser ablenken und zu Fehldrucken führen kann.

Bild 9. Novus 1 Acrylreiniger für Harztanks, beseitigt Staub, Schmutz und statische Aufladung. Quelle:Formlabs.

Die 3D-Druckindustrie ist der Aufgabe gewachsen, die Anforderungen selbst der anspruchsvollsten Branchen zu erfüllen, die Werkzeuge, Materialien und Technologien benötigen s, die nicht nur überlegene Leistung, sondern auch Vielseitigkeit und Sicherheit gewährleisten können. Materialien mit ESD-sicheren Eigenschaften finden Sie im FDM-Druck (antistatische Filamente und Pellets), SLA-Druck (ESd-Harze), und SLS (Anti-ESD-Pulver). Auch die Sicherheit von Druckoberflächen wird durch ESD-sichere 3D-Drucker-Wartungswerkzeuge und Reinigungszubehör abgedeckt.