blog O Przewodzące PLA przekształca drukowane w 3D elektroniki Produkcja

Wyobraź sobie tworzenie obiektów drukowanych w 3D, które mogą przewodzić prąd, zasilać diody LED, a nawet umożliwiać interakcje dotykowe – wszystko to bez potrzeby stosowania skomplikowanych płytek drukowanych czy okablowania. Ta futurystyczna wizja jest teraz rzeczywistością dzięki pojawieniu się przewodzącego PLA (kwasu polimlekowego). Jako specjalistyczny materiał do druku 3D, przewodzące PLA zachowuje łatwość drukowania związaną ze standardowym PLA, zyskując jednocześnie zdolność do przesyłania prądu elektrycznego. To przełom otwiera nowe możliwości w prototypowaniu elektroniki, urządzeniach do noszenia, czujnikach i nie tylko. Ten artykuł bada skład, właściwości, zastosowania i techniki drukowania przewodzącego PLA, dostarczając wglądu w tę najnowocześniejszą technologię.

Przewodzące PLA odnosi się do filamentu PLA nasyconego wypełniaczami przewodzącymi, umożliwiającymi przenoszenie prądu elektrycznego. W 2015 roku Graphene 3D Lab (później przemianowane na G6 Materials) zapoczątkowało filament PLA wzbogacony grafenem, oznaczając wejście przewodzącego PLA na rynek druku 3D. Materiał ten oferuje opłacalne rozwiązanie dla urządzeń elektronicznych niskiego napięcia (0–60 V), zachowując jednocześnie część wytrzymałości mechanicznej PLA. Jednak dodanie wypełniaczy przewodzących może również wpływać na właściwości mechaniczne materiału.

Przewodność PLA jest określana przez rodzaj użytego wypełniacza. Typowe wypełniacze przewodzące obejmują:

• Sadza: Sproszkowany materiał węglowy często używany jako pigment. Po zmieszaniu z PLA znacznie zwiększa przewodność. Sadza jest najbardziej ekonomicznym wypełniaczem dla przewodzącego PLA.
• Grafen: Jednowarstwowa sześciokątna sieć atomów węgla o wyjątkowej przewodności. PLA wzbogacone grafenem oferuje doskonałe parametry elektryczne i mechaniczne, ale po wyższej cenie.
• Proszki metali: Proszki miedzi lub brązu można dodawać do PLA w celu poprawy przewodności. PLA wypełnione metalem ma zazwyczaj najlepsze właściwości przewodzące, ale zwiększa gęstość i koszt materiału.

Przewodzące PLA dziedziczy zalety PLA – niski koszt i łatwość drukowania – dodając jednocześnie funkcjonalność elektryczną. Kluczowe cechy obejmują:

• Zawartość wypełniacza: Wypełniacze przewodzące mogą stanowić do 80% objętości materiału.
• Rezystywność: Zazwyczaj około 30 Ω-cm w płaszczyźnie XY (równoległej do stołu drukarki).
• Rezystywność w osi Z: Wyższa niż rezystywność XY (do 115 Ω-cm) ze względu na słabsze wiązanie międzywarstwowe.
• Bezpieczny prąd i napięcie: Maksymalny prąd 100 mA i napięcie 60 V, aby zapobiec przegrzaniu.
• Rezystancja: Odcinek filamentu o długości 10 cm i średnicy 1,75 mm mierzy zazwyczaj 2000–3000 Ω.

Różne marki wykazują zmienną przewodność w zależności od składu wypełniacza:

Przewodzące PLA znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w elektronice niskiego napięcia, czujnikach i ekranowaniu:

• Prototypowanie obwodów: Umożliwia szybkie tworzenie obwodów niskiego napięcia bez tradycyjnych PCB lub lutowania.
• Elektronika do noszenia: Idealne do elastycznych obwodów i czujników w inteligentnych rękawicach lub odzieży monitorującej kondycję.
• Ekranowanie EMI: Chroni wrażliwą elektronikę przed zakłóceniami w zastosowaniach medycznych lub lotniczych.
• Ochrona ESD: Używane w antystatycznych obudowach do ochrony elementów elektronicznych.
• Oświetlenie LED o niskiej mocy: Ułatwia kompaktowe, zintegrowane projekty oświetlenia dekoracyjnego lub wskaźnikowego.
• Czujniki dotykowe: Umożliwia interaktywne przyciski lub suwaki dla interfejsów inteligentnego domu.

Chociaż podobne do standardowego drukowania PLA, przewodzące PLA wymaga specyficznych regulacji dla uzyskania optymalnych rezultatów.

• Dysza: Zalecana stal hartowana dla PLA z sadzą, aby zapobiec ścieraniu.
• Temperatura: Zazwyczaj 215°C (różni się w zależności od marki).
• Temperatura stołu: 60°C dla lepszej przyczepności.
• Prędkość: Zredukowana do 10–45 mm/s (wolniej dla złożonych wydruków).
• Wysokość warstwy: Mniejsze wysokości poprawiają precyzję i wytrzymałość.
• Chłodzenie: Umiarkowane użycie wentylatora, aby zapobiec wypaczeniu.

• Przechowywanie materiału: Przechowuj filament w suchym miejscu, aby zapobiec wchłanianiu wilgoci.
• Wytrzymałość w osi Z: Projektuj części tak, aby zminimalizować naprężenia pionowe.
• Gęstość wypełnienia: 100% zalecane dla optymalnej przewodności.
• Limity elektryczne: Nienadające się do zastosowań o wysokim prądzie.

Pomimo swoich zalet, przewodzące PLA ma zauważalne ograniczenia:

• Ograniczona przewodność: Nienadające się do zastosowań wysokiego napięcia lub wysokiego prądu.
• Zmniejszona wytrzymałość mechaniczna: Bardziej kruche niż standardowe PLA.
• Właściwości anizotropowe: Słabsze wiązanie w osi Z wpływa na integralność strukturalną.
• Wyższy koszt: Cena powyżej konwencjonalnych filamentów PLA.

Przewodzące ABS oferuje większą wytrzymałość i odporność na uderzenia, ale wymaga wyższych temperatur drukowania i zamkniętych drukarek. Wybór zależy od wymagań aplikacji i możliwości drukarki.

Przewodzące PLA reprezentuje transformacyjny postęp w druku 3D, łącząc produkcję z funkcjonalnością elektroniczną. Chociaż istnieją obecne ograniczenia, trwający rozwój materiałów obiecuje szersze zastosowania. Ta technologia umożliwia innowatorom prototypowanie i produkcję zintegrowanych urządzeń elektronicznych z niespotykaną dotąd wydajnością, co stanowi znaczący krok naprzód w produkcji addytywnej.