Cộng đồng maker đang sôi nổi thảo luận về những cách tốt nhất để tích hợp mạch điện tử vào các vật thể in 3D. Trong khi các nhà nghiên cứu như Oliver Child từ University of Bristol đã phát triển các mạch tích hợp sẵn bằng cách sử dụng sợi dẫn điện, những người đam mê và chuyên gia đang khám phá nhiều phương pháp thay thế có thể thực tế và hiệu quả về chi phí hơn.
Cuộc thảo luận bắt đầu xoay quanh công trình của Child về việc nhúng vi điều khiển trực tiếp vào bản in 3D sử dụng sợi dẫn điện pha carbon. Tuy nhiên, cộng đồng nhanh chóng nhận ra một số hạn chế với phương pháp này, khơi mào một cuộc tranh luận rộng hơn về tương lai của sản xuất điện tử DIY.
Các Lựa Chọn Vi Điều Khiển Cho Tích Hợp
- Arduino : Phổ biến nhưng có kích thước lớn đối với một số ứng dụng như thiết bị đeo
- Vi điều khiển dòng QAI : Tương thích với Arduino , kích thước 12mm x 12mm
- Tương thích với kim máy in 0.1"/0.5mm
- Hoạt động với các miếng đệm kết nối rộng 2.14mm
 |
|---|
| Các vật thể in 3D sáng tạo có tích hợp linh kiện điện tử đại diện cho tương lai của sản xuất điện tử tự làm |
Hạn chế của sợi dẫn điện thúc đẩy đổi mới
Thách thức chính với sợi dẫn điện nằm ở hiệu suất điện kém so với các đường dẫn đồng truyền thống. Vật liệu pha carbon như Proto Pasta Black PLA có tính dẫn điện nhưng với điện trở cao hơn nhiều so với dây đồng. Sợi pha đồng tồn tại nhưng có giá khoảng hai mươi lần so với các lựa chọn thay thế bằng carbon trong khi vẫn mang lại hiệu suất kém hơn nhiều so với đồng nguyên chất.
Khoảng cách hiệu suất này đã khiến các maker khám phá những lựa chọn thay thế sáng tạo. Một số đề xuất sử dụng thiếc làm vật liệu in, tận dụng điểm nóng chảy thấp hơn và khả năng dẫn điện tốt hơn. Những người khác đề xuất in các kênh rỗng có thể được lấp đầy sau đó bằng vật liệu dẫn điện như thủy ngân hoặc thiếc nóng chảy.
So sánh Sợi dẫn điện
- Proto Pasta Black PLA (pha carbon): Giá cả tiêu chuẩn, độ dẫn điện vừa phải
- Sợi pha đồng: Đắt hơn 20 lần so với các loại pha carbon
- Sợi Polyurethane (pha carbon): Đàn hồi hơn PLA , cho phép tạo ra các thiết bị nhạy cảm với áp suất
- Tất cả sợi dẫn điện: Điện trở cao hơn nhiều so với dây đồng nguyên chất
Giải pháp in đa đầu và đặt dây
Một chủ đề thảo luận phổ biến tập trung vào việc sử dụng nhiều đầu in để giải quyết vấn đề dẫn điện. Thay vì dựa vào sợi dẫn điện, một số maker đề xuất dành riêng một đầu in để đặt dây đồng hoặc băng keo lá kim loại trực tiếp vào các kênh đã in. Phương pháp này sẽ yêu cầu sự phối hợp tinh vi giữa các đầu nhưng có thể mang lại hiệu suất điện tốt hơn nhiều.
Tuy nhiên, những thách thức kỹ thuật là đáng kể. Việc uốn cong và đặt dây lên các bề mặt 3D phức tạp đòi hỏi kiểm soát chính xác, và hình học in trở nên bị giới hạn bởi nhu cầu tránh va chạm giữa đầu in và các thành phần đã đặt trước đó.
Phương pháp PCB truyền thống vẫn được ưa chuộng
Nhiều maker có kinh nghiệm cho rằng sản xuất PCB thông thường vẫn vượt trội cho hầu hết các ứng dụng. Các chip dành cho người đam mê hiện đại thường yêu cầu độ rộng đường dẫn 0,2mm với khoảng cách tương tự - vượt xa khả năng mà công nghệ in 3D hiện tại có thể đạt được một cách đáng tin cậy. Các bo mạch đa lớp với định tuyến phức tạp còn đặt ra những thách thức lớn hơn.
Tôi nghĩ PCB không phẳng là một thứ cực kỳ thích hợp, và rất hiếm khi cần thiết. bạn chỉ cần chạy dây/đầu nối giữa nhiều PCB, không có vấn đề gì nếu nguyên mẫu của bạn cần một số lắp ráp thủ công.
Một số maker đề xuất các phương pháp lai, chẳng hạn như sử dụng vật liệu in 3D làm mặt nạ photoresist cho việc khắc PCB truyền thống, hoặc sửa đổi máy in resin giá rẻ để tạo mặt nạ UV cho sản xuất bo mạch.
Chi phí Thiết bị Chuyên nghiệp so với DIY
- Máy in 3D dành cho người tiêu dùng có khả năng in dẫn điện: Dưới 1.000 USD
- Máy in đa vật liệu chuyên nghiệp (ví dụ: Markforged ): 20.000 USD
- Thiết bị khắc laser sợi quang: Dưới 2.000 USD
- Hệ thống uốn/đặt dây để bàn: Vẫn đang trong quá trình phát triển
Triển vọng tương lai và thực tế thị trường
Cuộc thảo luận tiết lộ sự căng thẳng giữa sức hấp dẫn của điện tử in 3D tích hợp hoàn toàn và những hạn chế thực tế của công nghệ hiện tại. Trong khi khái niệm in các thiết bị điện tử hoàn chỉnh thu hút trí tưởng tượng, thực tế liên quan đến những đánh đổi đáng kể về hiệu suất, chi phí và độ phức tạp.
Thiết bị chuyên nghiệp tồn tại có thể nhúng các thành phần và đường dẫn trong quá trình in 3D, nhưng những hệ thống này có giá hàng chục nghìn đô la Mỹ, khiến chúng nằm ngoài tầm với của hầu hết những người đam mê. Thách thức nằm ở việc mang khả năng tương tự đến thiết bị quy mô desktop trong khi duy trì chi phí và hiệu suất hợp lý.
Cộng đồng maker tiếp tục thử nghiệm với nhiều phương pháp khác nhau, từ vẽ dây CNC đến kỹ thuật phún xạ kim loại. Mỗi phương pháp đều mang lại những đánh đổi khác nhau giữa độ phức tạp, chi phí và hiệu suất, cho thấy rằng nhiều giải pháp có thể cùng tồn tại thay vì một phương pháp thống trị lĩnh vực này.
Tham khảo: Printegrated Circuits Bring the Smarts to 3D Printing