Entrevista con el experto:Simon Fried, cofundador de Nano Dimension, sobre el auge de la impresión 3D para electrónica

El mundo de la electrónica es un área joven pero floreciente para la impresión 3D. Desde drones y satélites hasta computadoras portátiles y teléfonos inteligentes, los dispositivos electrónicos juegan un papel cada vez más importante en nuestras vidas. Sin embargo, para funcionar, estos dispositivos dependen de componentes electrónicos como placas de circuito impreso (PCB), antenas y sensores.

La impresión 3D está redefiniendo la forma en que estos componentes se han diseñado tradicionalmente en parte al proporcionar un desarrollo de productos más rápido y una mayor complejidad de diseño, sobre todo en el área de geometrías no planas (es decir, no planas).

Nano Dimensión es una empresa líder en el campo de la fabricación aditiva para electrónica impresa. Fundada en 2012, la empresa con sede en Israel ha desarrollado su propia tecnología, el DragonFly Pro System, que puede imprimir simultáneamente metales y polímeros dieléctricos en 3D. Con la tecnología, las empresas pueden imprimir prototipos en 3D internamente, más rápido y a un costo menor.

En la entrevista de expertos de esta semana, hablamos con Simon Fried, cofundador y presidente de Nano Dimension, para discutir el auge de la impresión 3D para la electrónica y cómo Nano Dimension está allanando el camino para esta aplicación.

¿Puedes contarnos un poco sobre Nano Dimension?

Nano Dimension ofrece exclusivamente fabricación aditiva para electrónica. Anteriormente, los ingenieros eléctricos no podían darse el lujo de poder probar una idea mediante la impresión 3D. Además, las preocupaciones que enfrentan los ingenieros eléctricos en la actualidad, como la gran cantidad de planificación y subcontratación a terceros, pueden resolverse al poder imprimir circuitos eléctricos en 3D. Por lo tanto, nuestra solución ofrece la libertad, la flexibilidad, el secreto y la practicidad general que brinda la impresión 3D dentro del contexto mecánico y llevándola a la electrónica. Ese es un aspecto.

Hablando específicamente sobre su tecnología DragonFly Pro System, ¿podría hablar más sobre el valor que aporta?

Claro, imagina que eres un ingeniero eléctrico que necesita diseñar la próxima PCB (placa de circuito) para el próximo producto de tu empleador. Lo primero que debe hacer es determinar qué debe funcionar en el producto y cuáles son los componentes y sensores adecuados para usar. Por lo general, así es como se diseña una tabla. Y esto se hace utilizando el software EDA (Electronic Design Automation); básicamente, está utilizando un software de diseño sofisticado y, a menudo, también realiza muchas simulaciones antes de enviar su diseño a un fabricante externo.

Lo que Nano Dimension permite a los ingenieros eléctricos a través de nuestra tecnología es diseñar y fabricar aditivamente una placa física para garantizar que se haya diseñado correctamente y ver si hay errores, descuidos u oportunidades de mejora. Esto en lugar de tener que obtener una orden de compra o conseguir que un tercero fabrique el tablero, lo que podría demorar hasta varias semanas dependiendo de la complejidad del diseño y la disponibilidad del proveedor.

Con nuestra tecnología, puede pasar de tener su idea a imprimirla en aproximadamente un día. Hemos tenido clientes que han podido lograr 6 semanas de trabajo en un día y medio porque pudieron imprimir tableros para probarlos ellos mismos en lugar de esperar a que los proveedores externos los entregaran.

Al eliminar al intermediario en lo que respecta a la creación de prototipos, permitimos que las empresas asuman más riesgos al diseñar. Los diseñadores pueden probar más ideas con más frecuencia y también desarrollar y probar en secreto. Si puede desarrollarse de forma rápida y económica, el costo del fracaso se reduce, lo que significa que la gente no tiene miedo de innovar.

Una de las razones por las que muchas empresas de defensa se han puesto en contacto con nosotros es precisamente porque a menudo están muy limitadas en cuanto a qué diseños pueden enviar y a qué proveedor. Piensan mucho antes de enviar algo a un tercero y, a veces, simplemente no se les permite hacerlo.

Entonces, nuestra tecnología le permite hacer muchas de las mismas cosas que la fabricación aditiva le permite hacer en el contexto mecánico pero en el contexto de la electrónica.

¿Qué otros beneficios ofrece la fabricación aditiva a la electrónica?

La fabricación aditiva le permite realizar formas y geometrías que no son posibles de otra forma. Para un ingeniero eléctrico, que está acostumbrado a trabajar en un entorno muy binario, todo plano con trazos de señal verticales u horizontales, eso es asombroso.

El mundo de la electrónica es mucho menos indulgente que, digamos, la tarea de un ingeniero mecánico, donde se puede resolver un problema de muchas formas diferentes y no existen tantas limitaciones. La electrónica no tiene ninguno de esos grados de libertad; está definida con mucha precisión por el proceso de fabricación tradicional y los componentes que planea usar. Por lo tanto, está en una camisa de fuerza cuando se trata de cómo puede diseñar y fabricar.

Con aditivo, abre una gran cantidad de nuevas oportunidades de diseño para ingenieros eléctricos que de repente pueden hacer cosas que tienen geometrías muy diferentes y no planas, ya que ahora hay muchas menos restricciones con respecto a cómo se diseñan las cosas.

Hasta ahora, a las personas nunca se les había ocurrido diseñar de manera diferente porque no podían hacer diferentemente.

Para nosotros, se trata de un enfoque doble:uno es que desea permitir que las personas fabriquen la PCB tradicional y la electrónica de RF que fabrican hoy, pero de manera más efectiva, eficiente e independiente. Pero también queremos permitir que las personas comiencen a hacer cosas diferentes, no solo hacer las cosas de manera diferente. Esa es la visión de lo que estamos haciendo, cambiar el proceso de fabricación, convertirlo en algo que se pueda hacer internamente y, como resultado, con una libertad de diseño mucho mayor.

¿Cuáles son algunos de los desafíos relacionados con la electrónica de impresión 3D?

Es una fabricación aditiva muy compleja porque imprimimos metales y polímeros al mismo tiempo. Los metales se imprimen mejor a temperaturas elevadas y tienen su propio conjunto de requisitos para una impresión exitosa, que generalmente es muy diferente de lo que es bueno para los polímeros. Esto significa que existen muchos desafíos de materiales, procesos y resolución cuando intentamos que los metales y los polímeros se lleven bien entre sí, lo que normalmente no quieren hacer.

Estamos enfocado a imprimir tanto materiales funcionales, simultáneamente y a altísimas resoluciones.

¿Cuál es el estado actual del mercado de la impresión 3D electrónica?

Toda el área de la electrónica impresa en 3D es un espacio joven. No hay muchas empresas activas en él. Pero lo que estamos viendo es que el espacio está evolucionando de una manera bastante similar a cómo evolucionó la fabricación aditiva tradicional y los primeros en adoptar esta nueva tecnología son a menudo las mismas empresas que se sumergieron en el agua de la impresión 3D tradicional quizás 10 años. hace.

Los líderes en adopción de fabricación aditiva son el mismo tipo de industrias que ahora están avanzando en la dirección de la electrónica aditiva. Así que son las organizaciones aeroespaciales, de defensa y de I + D las que se apresuran a adoptar los sistemas. Por lo tanto, la electrónica impresa en 3D es una nueva tecnología emocionante y las empresas más progresistas o aquellas con importantes necesidades de I + D la están adoptando.

¿Cómo cree que evolucionará la fabricación aditiva para la electrónica en los próximos años?

El paisaje es realmente emocionante. Lo que estamos viendo es que el mundo de la mecánica y el mundo de la electricidad se están acercando cada vez más. Una parte clave de ese viaje es el software de diseño mecánico, como Autodesk, Solid Edge y SolidWorks. La mayoría de esas empresas también están avanzando hacia la oferta de software de diseño eléctrico. Así, el diseñador podrá diseñar piezas electrónicas y mecánicas de una forma más integrada.

Si consideramos los tipos de productos que veremos en el futuro, lo que idealmente todos tendrían en sus productos o en las fábricas son diseños que fusionan elegantemente las necesidades mecánicas con las eléctricamente funcionales, como la comunicación. o necesidades computacionales.

Con teléfonos flexibles, por ejemplo, vemos que las propiedades mecánicas están evolucionando rápidamente, lo que significa que las capacidades eléctricas también tienen que evolucionar al mismo tiempo. Y podemos mirar cosas como los wearables, tratando de que los wearables incluyan rastros eléctricos, lo cual es muy difícil. Muchos de los dispositivos portátiles de hoy en día aún no cumplen con factores de forma que sean óptimos.

Por lo tanto, ya se trate de dispositivos portátiles u otros productos, estos mundos de la mecánica y la electricidad se están acercando cada vez más entre sí. Tienen que hacer más cosas uno al lado del otro. En última instancia, deben adaptarse a los objetivos y necesidades de cualquier cliente o usuario. La tendencia de IoT también está imponiendo nuevas demandas a los diseñadores, a quienes se les exige cada vez más que consideren cómo introducir aspectos eléctricos en lugares que históricamente han sido partes "tontas".

A largo plazo, imaginamos que las impresoras 3D imprimirán proporciones cada vez mayores de productos finales, incluido lo que se está haciendo actualmente en máquinas separadas, ya sea en el lado eléctrico o mecánico, el ensamblaje o incluso la estética, como elementos de color, todo lo hará. hacerse en las mismas máquinas y estas máquinas van a estar fabricando productos muy complicados y altamente personalizables.

A corto plazo, creemos que evolucionará de la misma manera que lo ha hecho el espacio aditivo mecánico. Durante los últimos diez años, la gente ha estado hablando sobre la creación rápida de prototipos y solo un grupo muy selecto de empresas adoptó realmente la tecnología de fabricación aditiva. Esto fue de gran ayuda porque las personas pudieron acceder a la fabricación aditiva a través de oficinas de servicios.

Ahora el espacio de la electrónica impresa en 3D está en la misma posición; ahora probablemente esté donde estaba el espacio tradicional de AM hace unos 5 años. Pero se pondrá al día más rápidamente porque ahora hay más conciencia:los ingenieros eléctricos no están llegando a la fabricación aditiva completamente despistados porque han visto a lo que sus colegas mecánicos han tenido acceso y ya son capaces de hacer. Así que veremos que se convierte en algo que resuelve oportunidades de fabricación discretas probablemente más rápidamente que en el caso de las aplicaciones mecánicas tradicionales.

En la actualidad, se trata principalmente de creación rápida de prototipos, pero podrían pasar solo unos años antes de que veamos una fabricación aditiva de mayor volumen de productos electrónicos. Esto se debe a que casi todos los productos actuales involucran productos electrónicos:automóviles, computadoras personales, hogares, teléfonos. Y ahora, con la llegada del Internet de las cosas, todo va a hablar con todo. Eso significa que la mayoría de los productos se electrificarán de una forma u otra. Entonces, todo se va a comunicar y tal vez incluso a computar hasta cierto punto.

Con todas estas tendencias de la electrónica que llegan a lugares nunca antes, ya se trate de envases de alimentos, automóviles o dispositivos médicos como implantes. Todas estas cosas van a cambiar, todas van a requerir mejores formas de hacer cosas más pequeñas o mejores formas de hacer cosas más complejas o mejores formas de hacer cosas más funcionales. En esta época, en última instancia, estos requerirán que la electrónica se adapte a los nuevos requisitos.

Ha mencionado que la electrónica impresa en 3D es todavía muy nueva y hay pocas empresas en el mercado. ¿Qué hace que Nano Dimension sea un líder del mercado en este espacio?

No creo que actualmente exista ninguna oferta empresarial o profesional para la electrónica impresa en 3D que no sea la que Nano Dimension ha traído al mercado. De la misma manera que tiene la comunidad de fabricantes que podría estar usando algo como una impresora tipo Makerbot para uso doméstico, hay un par de compañías activas en esa área cuando se trata de imprimir productos electrónicos. Pero no existen otras soluciones a nivel empresarial.

Entonces, lo que ofrecemos es una oferta bastante única, una ventanilla única para ingenieros eléctricos o empresas que desean cambiar la forma en que diseñan, fabrican e innovan la electrónica. Hasta donde yo sé, no encontrarán una solución de este tipo en ningún otro lugar.

Nano Dimension ha trabajado con empresas en varios sectores verticales diferentes. ¿Podría dar un ejemplo vertical y un caso de uso en el que su tecnología haya sido un activo?

Una vertical clave ha sido la aeroespacial y la defensa, con un gran ejemplo de uso de las antenas.

Cuando se trata de electrónica de impresión 3D, puede imprimir placas de circuito, antenas o piezas que sean tanto estructurales como eléctricamente funcionales. Sin embargo, las antenas son una especie de arte negro:al diseñarlas, nunca se sabe exactamente cómo van a funcionar. Se necesitan muchas iteraciones y prueba y error antes de saber que ha realizado el mejor diseño posible para esa necesidad en particular.

Con las antenas, recientemente trabajamos con una empresa llamada Harris Corporation, donde logramos un avance bastante emocionante. Harris quería aplicar la tecnología a las antenas y las pruebas, lo que no era un caso de uso que habíamos propuesto inicialmente. Harris nos ayudó a comprender que esta es una gran solución para aquellos que también se están enfocando en el diseño de antenas.

Más importante aún, descubrimos que las antenas impresas en 3D funcionaban exactamente de la misma manera que las antenas fabricadas tradicionalmente.

Por lo tanto, las antenas son un área de aplicación que es particularmente relevante y cae en esa vertical aeroespacial y de defensa donde la fabricación de bajo volumen de artículos de muy alta complejidad es un enfoque clave. Ese es un punto óptimo de la fabricación aditiva en general, donde se ve complejidad y poco volumen.

Si está buscando volúmenes de producción de cientos de millones, entonces la fabricación aditiva no es la respuesta en ninguna industria, al menos no todavía. Pero ciertamente es en el nicho aeroespacial, donde no hay tanta cuestión de volumen como el elemento de confiabilidad y resolución de problemas complejos.

¿Por qué la industria aeroespacial y la defensa han sido una vertical tan clave? Las empresas de defensa deben mantener un gran nivel de secreto. Otra limitación es que tienen un número limitado de proveedores con los que pueden trabajar, y sus procedimientos internos para entregar un archivo de diseño a un tercero son increíblemente complejos. Este tipo de empresas tienen la combinación de una necesidad de seguridad y fabricación de bajo volumen, ya que están trabajando en proyectos discretos y de alto valor. Y ahí es realmente donde despegó el aditivo, también en los tipos mecánicos de aplicación. Por lo tanto, estamos siguiendo su ejemplo en términos de descubrir dónde ocurre primero la aplicación.

¿Existen desafíos cuando se trata de diseñar productos electrónicos impresos en 3D?

Si desea utilizar nuestra tecnología para hacer una placa de circuito impreso (PCB) verde tradicional, una que sea cuadrada o rectangular y plano, ese es el espacio donde tienes software de automatización de diseño electrónico.

Tienes software CAD en el mundo 3D y en el mundo eléctrico tienes software EDA, que es un software con el que podemos trabajar directamente con. Si utiliza este software para diseñar una placa de circuito, nuestro software esencialmente interactuará con el software de diseño tradicional y lo imprimirá. Ese es el flujo existente, utilizando formatos de archivo existentes y no requerimos que nadie haga nada que no se haya hecho antes.

Donde tiene desafíos en el lado del software es cuando comienza a mirar lo que se llama circuitos electrónicos no planos, esencialmente creando circuitos que no son planos. Por ejemplo, en lugar de que la placa base verde sea un rectángulo, podría ser una pirámide o un cubo porque esa forma se ajusta a un espacio en particular de una manera más óptima.

Cuando se analiza el diseño de componentes electrónicos tridimensionales que no utilizan el enfoque tradicional de diseño plano de PCB en capas, los ingenieros eléctricos de hoy en día son increíblemente limitados. No pueden diseñar una traza eléctrica que no sea plana porque esa es la forma en que se fabrican tradicionalmente los PCB. Y, sin embargo, podría ser realmente útil si pudieran diseñar trazos inclinados. Actualmente, si un diseñador quiere hacer algo diferente, algo que libere muchas de las limitaciones, como diseñar circuitos no planos, tendrá que utilizar software CAD mecánico, que en realidad está destinado a ingenieros mecánicos.

Por el momento, aunque nuestras impresoras ciertamente pueden imprimir geometrías no planas, actualmente no existe ningún software EDA que pueda diseñar tales piezas. Es por eso que ahora vemos grandes empresas como Siemens o Dassault Systèmes que buscan integrar los mundos del diseño eléctrico y mecánico con sus paquetes de software. Nano Dimension ha desarrollado un complemento para SolidWorks que se integra directamente a nuestro sistema de impresión 3D de precisión.

También hemos visto la misma trayectoria con la impresión 3D tradicional. Si retrocedemos una década y le preguntamos a la gente qué software CAD estaban usando para diseñar piezas a todo color, el software no fue necesariamente capaz de facilitar tales diseños. Aunque ciertamente había impresoras capaces de depositar colores de formas que hubieran hecho físicamente posible la impresión, simplemente muy difícil o quizás imposible de diseñar.

Hay cosas en el espacio eléctrico que también son así, donde la impresora ciertamente puede imprimir, pero es posible que tengamos que esperar algunos años antes de que se desarrollen realmente las características del software de diseño.

¿Entonces el software de diseño se está poniendo al día con el hardware?

Sí mucho así. Particularmente, en la zona no plana. Las nuevas geometrías no planas requieren un nuevo software de diseño que está esperando entre bastidores.

En términos de fabricación aditiva en general, ¿cuáles son algunos de los principales desafíos que aún enfrenta la industria?

La fabricación aditiva se enfrenta al desafío de no sucumbir a la segunda ola de publicidad. Todos conocemos la gran burbuja de la impresión 3D alrededor de 2010, que fue impulsada por la exageración y el exceso de expectativas, y la industria quedó atrapada en su propia narrativa. Y ahora lo que estamos viendo es una especie de repetición de eso con personas que usan el término fabricación aditiva en lugar de impresión 3D.

Entonces, la pregunta es, ¿los sistemas realmente comenzarán a funcionar a tiempo para que esto no se vea como una nueva ola de publicidad? Eso es un riesgo para todos en la industria. ¿Puede la tecnología continuar su transición a la fabricación ?.

Ciertamente, la fabricación aditiva ahora está mucho más preparada para desempeñar un papel de fabricación, por lo que a menudo es una cuestión de qué papel desempeñará como herramienta comercial. Solía ​​ser solo una herramienta de creación de prototipos de compresión de tiempo, pero ahora AM es una tecnología para que las organizaciones la adopten tal como lo harían con cualquier otra tecnología de fabricación. Lo que estamos viendo es la integración de diferentes tipos de sistemas de fabricación aditiva en las líneas de fabricación tradicionales. El papel está cambiando de las etapas iniciales de diseño a complementar la fabricación mediante la producción de plantillas y accesorios de prueba o al producir piezas finales.

Además de eso, la industria de fabricación aditiva definitivamente necesita soluciones para más materiales. . La impresión 3D es teóricamente capaz de producir piezas de alta complejidad y funcionalidad, ya sean mecánicas, biológicas o eléctricas. Pero hacer que eso suceda se reduce a tener suficientes opciones de materiales. Los polímeros se están volviendo más fuertes, ahora se puede imprimir una gama más amplia de metales y, para la electrónica, los aspectos funcionales adicionales, como las constantes dieléctricas, son primordiales.

Junto con los materiales, también está la cuestión de los estándares. Para madurar adecuadamente como industria, debe tener estándares a los que todos se suscriban. Necesita tener procesos, como formas de rastrear productos y garantizar la protección IP de los archivos. Entonces, para la industria, será menos ostentoso y glamoroso y más los detalles prácticos de cómo implementar estas tecnologías de manera efectiva.

¿Qué tan seguro está de que la fabricación aditiva no sucumbirá a la segunda ola de publicidad?

Tengo una cantidad razonable de esperanza, ya que en este momento se están comprometiendo más y más empresas y estamos viendo estrategias reales implementadas en lugar de solo entusiasmo. Así que creo que sí, hay suficientes empresas grandes y suficiente gente con experiencia en la industria ahora, que estará a la altura de las circunstancias. Así que sí, es una gran oportunidad no exenta de desafíos. Creo que la industria de fabricación aditiva cumplirá su promesa.

¿Qué consejo le daría a una empresa que busca adoptar la fabricación aditiva, pero no sabe por dónde empezar?

Para una empresa que tiene poco o ningún conocimiento de AM, mi recomendación sería entender que la fabricación de este tipo no es una consideración trivial. Es un espacio complejo con muchos tipos diferentes de impresoras, materiales, etc. Es posible que las tecnologías que decida explorar y probar no sean las adecuadas.

Por lo tanto, uno debe estar muy informado de exactamente lo que quiere hacer y estar preparado para una curva de aprendizaje; a menudo, los ingenieros que obtienen el sistema no necesariamente tienen un conocimiento profundo de cómo implementarlo. . Sin duda, recomendamos a las personas que aprendan más, deberían interactuar con las oficinas de servicios más temprano que tarde y comenzar a entender cuáles son las diferentes tecnologías y las oficinas de servicios son una forma fenomenal de comprender qué son las ofertas y cómo las diferentes tecnologías y materiales de deposición en realidad cumplir con las necesidades de su organización.

Hay muchas oportunidades y es mejor aprovecharlas si las exploras de manera metódica y estás dispuesto a aprender.

Por lo tanto, planifique con anticipación, utilice oficinas de servicios y comprenda las enormes diferencias entre los diferentes enfoques. No existe la "fabricación aditiva", realmente se trata de qué material y qué máquina son los mejores para su aplicación particular.

Por último, ¿qué le depara el 2019 a Nano Dimension?

Esperamos que 2019 sea un año tan bueno para nosotros como 2018. Si bien no puedo comentar sobre detalles específicos, continuaremos lanzando nuestra tecnología como lo hemos estado haciendo este año. En general, estamos muy seguros de que la fabricación aditiva de productos electrónicos será tan bien recibida como la fabricación aditiva de piezas mecánicas, ¡y quizás incluso más!

Imágenes cortesía de Nano Dimension.
Para obtener más información sobre Nano Dimension, visite: https://www.nano-di.com/