Der steigende Trend zum 3D-Druck im PCB-Prototyping: Vorteile & Zukunftspotenzial

07. Dezember 2017

3D-Druck oder additive Fertigung wird immer als revolutionärer „neuer Prozess“ gefeiert. Obwohl die Technologie seit 30 Jahren existiert, gilt sie noch als zukunftsweisend. Warum? Weil sich die Möglichkeiten ständig erweitern. Additive Fertigung ist zu einem Schlüsselprozess geworden. Doch es gibt Bereiche, wo 3D-Druck noch neu ist. Elektronik ist ein solcher Bereich, der das Potenzial noch nicht voll ausgeschöpft hat. Doch 3D-Druck wird bei Vertrags-PCB-Herstellern immer beliebter. Warum? Der Beitrag beleuchtet die Gründe für die Popularität bei Elektronikherstellern.

Kurze Diskussion zum 3D-Druck

Grundlegend ist 3D-Druck ein Prozess, bei dem ein Objekt durch sukzessive Addition dünner Schichten entsteht. Diese Schichten werden übereinandergelegt. Der Prozess erfolgt mit einem 3D-Drucker, der an einen Computer angeschlossen ist. 3D-Modellierungssoftware ist Voraussetzung für 3D-modellierte Teile. Ein 3D-gedrucktes Teil kann aus verschiedenen Materialien entstehen: Kunststoffe, Edelstahl, Harze, Bronze, Silber, Titan, Gold, Keramik etc.

Die Vorteile von 3D-Druck in PCB-Bestückung und -Fertigung

Heute nutzen Elektronikhersteller 3D-Druck für Prototyp-PCBs aus folgenden Gründen:

• Fertigungszeit reduzieren: Traditionelle PCB-Fertigung umfasst Ätzen, Lithografie, Verpackung etc. 3D-Druck integriert all diese Prozesse in einen einzigen Build-Prozess. Das verkürzt die Fertigungszeit.
• Komplexe PCBs einfach bauen: Elektronik ist eine der am schnellsten wachsenden Branchen. Hohe Nachfrage nach fortschrittlichen, komplexen PCBs. Additive Manufacturing (AM) ermöglicht Unternehmen, komplexe, nicht-standardisierte Baugruppen und kurvilineare Formen einfach zu fertigen. PCB-Hersteller können innovativ designen und Designs mit verbesserten Features und weniger Fehlern optimieren.
• Einfache Bedruckung auf nicht-flachen Oberflächen: Nicht-flache PCBs sind für Designer und Bestückungsservices mit traditionellen Techniken immer eine Herausforderung. 3D-Druck ermöglicht Experimente mit nicht-flachen Oberflächen. Beispiele: Solarleisten, Sensoren, Glukose-Teststreifen, elektronische Wearables etc.
• Minimaler Materialverschnitt: 3D-Drucker ermöglichen einfache Produktionskontrolle. Zwar minimieren diverse fortschrittliche Techniken Materialverschnitt, doch 3D-Druck schneidet besser ab. Material wird nur dort abgelegt, wo es benötigt wird.
• Bauteilgewicht reduzieren: Kompakte Größe und leichte Bauteile sind Trend in der PCB-Branche. Hersteller stehen vor der Herausforderung, Bauteilgewichte zu senken. Additive Fertigung hilft dabei – Kontrolle über präzise Größen, Eliminierung separater Verkabelung und Kabel.
• Chemikalien vermeiden: 3D-Druck ist umweltfreundlich, da keine Chemikalien involviert sind. Die meisten PCB-Hersteller ätzen, um Überschussmaterial zu entfernen – dabei werden Chemikalien eingesetzt. 3D-Druck vermeidet Chemikalien, da es ein kontrollierter Prozess ist und Material nur bei Bedarf abgelegt wird.

Die genannten Vorteile zeigen, warum 3D-Druck bei PCB-Herstellern an Popularität gewinnt. Bei traditioneller PCB-Fertigung können Durchlaufzeiten Wochen oder Monate betragen mit multiplen Iterationen – das beeinträchtigt Time-to-Market-Fähigkeiten massiv. In-House 3D-Druck von PCBs hilft Herstellern, kreativ zu bleiben, ohne Entwicklungsdeadlines zu riskieren. Die Technik hilft auch, sich verändernden Kundenbedürfnissen nach Customisierung und Miniaturisierung gerecht zu werden.