Impressão 3D com segurança ESD | Proteção contra descarga eletrostática

Visão geral: A descarga
eletrostática (ESD) pode danificar componentes eletrônicos sensíveis durante a fabricação e operação. A impressão 3D oferece uma maneira eficiente de produzir ferramentas, invólucros e componentes à prova de ESD para aplicações em que a proteção contra estática é fundamental. As tecnologias FDM e DLP da Stratasys suportam vários materiais dissipadores de estática, como Antero® 840CN03, ABS-ESD7, PC-ESD e Loctite 3D IND3380™, permitindo peças personalizadas de baixo volume com propriedades mecânicas, térmicas e elétricas precisas. Este guia explica os materiais seguros contra ESD, suas características de desempenho e como selecionar o processo certo para sua aplicação.

Impressão 3D com proteção contra ESD para componentes eletrônicos sensíveis

A descarga eletrostática (ESD) é um fenômeno comum que todos nós já experimentamos desde a primeira vez que esfregamos os pés no tapete para dar um choque em um irmão desavisado com eletricidade estática. E embora possa ser uma brincadeira inofensiva quando se trata de irritar sua irmã, ela pode causar danos irreparáveis a componentes eletrônicos sensíveis.

A ESD pode danificar placas de circuito impresso e componentes eletrônicos, levando a recalls caros. Existem muitos métodos testados e comprovados para a fabricação de componentes seguros contra ESD, como moldagem por injeção e fresagem CNC. No entanto, a moldagem por injeção só é economicamente viável para produção em grande volume e em massa. A usinagem de componentes com CNC pode acarretar altos custos e longos prazos de entrega. A impressão 3D é mais adequada para peças personalizadas e produção em baixo volume.

Indústrias e aplicações de ESD que se beneficiam das soluções de AM

Aqui estão alguns exemplos em que a impressão 3D segura contra ESD é provavelmente sua melhor opção:

Ferramentas (auxílios de produção) para fabricação de eletrônicos

Gabaritos e acessórios de montagem de PCB
Ferramentas de fixação e bandejas de manuseio seguras contra ESD
Ferramentas de montagem e colocação de tecnologia de montagem em superfície (SMT)

Caixas eletrônicas, invólucros e outros componentes

Caixas para circuitos, sensores e outros componentes eletrônicos sensíveis usados em aplicações industriais, como serviços públicos e telecomunicações.
Gabinetes elétricos resistentes a altas temperaturas, por exemplo, nas indústrias aeroespacial e automotiva
Componentes de blindagem ESD para uso militar e aeroespacial
Ferramentas de fabricação de semicondutores

O denominador comum aqui é a produção personalizada, de baixo volume ou única, juntamente com um requisito de segurança contra ESD.

Benefícios da impressão 3D de peças com proteção contra descargas eletrostáticas

A impressão de componentes com proteção contra descargas eletrostáticas (ESD) com manufatura aditiva pode trazer benefícios significativos para o ciclo de vida da sua produção, com efeitos em cascata em toda a sua empresa.

Economia de custos

Em comparação com os métodos de fabricação tradicionais, como moldagem por injeção e fresagem CNC, a impressão 3D de peças ESD reduz significativamente o desperdício de material e os custos de mão de obra. Isso é ideal para protótipos, ferramentas e peças de produção de baixo volume ou personalizadas, sem a necessidade de moldes ou configurações de usinagem caras.

Protótipos rápidos e iteração

Os auxiliares de produção e peças seguras contra ESD impressos em 3D podem ficar prontos em poucas horas ou dias, em comparação com semanas para peças usinadas. Com modificações fáceis no projeto, você pode refinar e otimizar rapidamente os projetos. Isso não significa apenas que você pode colocar seu auxiliar de produção em uso mais rapidamente, mas também permite uma maior otimização do projeto (já que cada iteração é muito mais rápida). Isso significa que você terá uma ferramenta de produção mais ergonômica, eficiente ou simplesmente bem projetada.

Projetos leves e ergonômicos

Nessa linha, a manufatura aditiva pode criar peças resistentes e duráveis que também são leves. Isso é conseguido usando materiais mais leves, bem como a capacidade de produzir peças com estruturas internas em treliça e padrões de preenchimento que não são possíveis com os métodos tradicionais.

Vários componentes também podem ser combinados em uma única peça otimizada, reduzindo o tempo de montagem e os pontos de falha.

Produção sob demanda e localizada

A impressão 3D é excelente para a internalização e para gerenciar estoques digitais sob demanda. A internalização reduz os prazos de entrega e é essencial para mitigar turbulências políticas e econômicas. Se você puder produzir as peças internamente, não precisará depender de fornecedores externos. Isso também é benéfico em qualquer caso em que você queira manter a propriedade intelectual da sua empresa bem protegida.

Um inventário digital é ótimo para minimizar os custos de armazenamento de peças sobressalentes. A impressão sob demanda também é inerentemente mais sustentável, pois você não produz o que não precisa.

loctite 3d ind3380 esd protective 3d parts

Tecnologias por trás da impressão 3D com proteção contra descargas eletrostáticas

Na Stratasys, temos duas tecnologias que suportam materiais com proteção contra ESD:

Cada um desses métodos oferece vantagens exclusivas na produção de peças dissipadoras de estática, dependendo dos requisitos específicos da aplicação.

FDM

FDM é um processo de impressão 3D baseado em extrusão que utiliza filamentos termoplásticos. Esses filamentos podem ser infundidos com material para torná-los condutores ou dissipativos, convertendo-os em filamentos seguros contra ESD. O FDM pode ser usado para peças grandes e duráveis seguras contra ESD, como auxiliares de produção, acessórios e caixas eletrônicas.

Benefícios do uso da impressão 3D FDM para aplicações ESD:

Custo-benefício com menos desperdício, pois o FDM usa filamentos termoplásticos
Grande volume de construção: as impressoras FDM podem ser ampliadas mais facilmente para impressão em grande formato, tornando-as mais adequadas para a produção de peças grandes ou protótipos sem aumentos significativos de custo.
Facilidade de uso: as peças FDM requerem um pós-processamento mínimo – apenas remoção de suportes e lixamento opcional.
Opções: você pode escolher entre três filamentos FDM ESD, dependendo de suas necessidades de peças e custos.

DLP

Este processo à base de resina cura camadas de fotopolímero líquido com projeção de luz digital, resultando em peças isotrópicas de alta precisão com acabamento superficial liso. O DLP é ideal para invólucros eletrônicos pequenos e complexos, conectores e componentes de alta precisão, onde a precisão é fundamental. As peças dificilmente podem ser distinguidas das peças moldadas por injeção.

Benefícios do uso da impressão 3D DLP para aplicações ESD:

Qualidade da peça: o DLP pode imprimir peças que correspondem à qualidade e repetibilidade da moldagem por injeção, com alta precisão, tolerâncias rigorosas e acabamento superficial liso.
Isotropia: muitas tecnologias de impressão 3D exibem comportamento mecânico anisotrópico, levando a uma adesão entre camadas mais fraca e redução da resistência da peça. O DLP oferece propriedades isotrópicas do material, garantindo resistência e durabilidade consistentes em todas as direções.
Alto estresse térmico: a DLP pode trabalhar com materiais (incluindo materiais seguros para ESD) com HDT suficiente para suportar o calor envolvido nos processos de fabricação eletrônica, como refluxo de solda em alta temperatura e revestimento conformado.

FDM vs DLP: Como escolher o material de impressão 3D ESD certo

Escolher o material certo pode economizar muito tempo e dores de cabeça a longo prazo. A principal consideração é, obviamente, combinar as especificações do material com os requisitos da sua aplicação. Antes disso, porém, talvez seja melhor dar um passo atrás e escolher a tecnologia de impressão 3D que melhor se adapta às suas necessidades.

A tabela a seguir é uma comparação de alto nível entre as tecnologias de impressão FDM e DLP de nível industrial. Para simplificar, a tabela consiste em traços gerais. Para especificações ou detalhes específicos, consulte nosso site ou entre em contato com um de nossos especialistas.

esd protected circuit board enclosure 3d

Materiais Stratasys ESD-Safe

Na Stratasys, temos quatro materiais adequados para aplicações sensíveis a ESD: três materiais FDM e um para uso com impressoras DLP. A tabela comparativa a seguir resume as principais características de cada um desses materiais. Para obter mais informações, entre em contato com o representante local da Stratasys.

Parâmetro	Loctite 3D IND3380™ ESD	Antero® 840CN03	ABS-ESD7	PC-ESD
ESD Range [Ω/sq]	106 – 108	104 – 109	104 – 109	104 –109
Smallest Feature [µm]	90 (XY) 100 (Z)	127 (Z)	127 (Z)	127 (Z)
Elongation at Break [%]	2	12 (XZ) 1.9 (ZX)	3.4 (XZ) 1.59 (ZX)	5.2 (XZ) 2.7 (ZX)
Yield Strengh [MPa]	45-50	93.9 (XZ) 53.1 (ZX)	35.4 (XZ) No yield (ZX)	49.4 (XZ) 37.9 (ZX)
Modulus [GPa]	2.8-3	2.94 (XZ) 2.88 (ZX)	2.69 (XZ) 2.28 (ZX)	1.96 (XZ) 1.81 (ZX)
HDT	>200 °C	~ 155 °C	~ 100 °C	~ 145 °C
Cost	Lower	Higher	Lower	Lower
Other		Low outgassing, chemically resistant

Perguntas frequentes: Perguntas comuns sobre impressão 3D ESD

Quais setores exigem materiais de impressão 3D com proteção contra ESD?

Os materiais ESD são usados principalmente na fabricação de produtos eletrônicos, incluindo caixas e invólucros eletrônicos. Qualquer mercado em que componentes eletrônicos sejam utilizados — o que inclui quase tudo hoje em dia — precisa de proteção contra ESD: desde o setor aeroespacial e de defesa até o automotivo, de transporte e de eletrônicos de consumo.

Como os materiais ESD da Stratasys se comparam às opções de fabricação tradicionais?

A escolha da impressão 3D com materiais ESD da Stratasys em vez da fabricação tradicional oferece várias vantagens:

Economia de custos – Em baixos volumes, a impressão 3D é geralmente muito mais econômica.
Iteração mais rápida – A impressão 3D permite iterações de projeto em horas ou dias, em vez de semanas.
Liberdade de projeto – Imprima peças para atender às necessidades exatas, incluindo auxiliares de fabricação ergonômicos e leves.
Imprima sob demanda – Não dependa mais de fornecedores externos e questões geoeconômicas globais. Imprima o que você precisa, quando precisar.

Qual é a vida útil de um componente impresso em 3D com proteção contra ESD?

A vida útil da proteção contra ESD é equivalente à vida útil da peça, desde que não haja danos físicos ou químicos significativos à peça.

Como a impressão 3D melhora a eficiência de custos para a produção com proteção contra estática?

A moldagem por injeção acarreta um custo inicial muito alto de projeto do molde. Isso a torna ótima para produção em massa – quanto maior o volume, menor o custo por peça, uma vez que o custo inicial pode ser distribuído por mais peças. Por outro lado, a impressão 3D de peças ESD custa o mesmo para a primeira peça e para a milésima. Isso é ideal para produção de baixo a médio volume ou protótipos personalizados, ferramentas e peças de produção.

Dependendo da geometria e do tamanho da sua peça, a impressão 3D é normalmente mais econômica para lotes de até 5.000 peças. Se você tem uma peça específica em mente, nossos especialistas podem calcular o ponto de equilíbrio para você.

Exemplos de peças ESD impressas em 3D

A Siemens AG utilizou a impressão 3D ESD para garras robóticas que interagem estreitamente com componentes eletrônicos sensíveis em sua fábrica de automação de processos.

A Liberty Electronics descobriu que a impressão 3D ESD era a solução ideal para criar um dispositivo para montar um capacitor cerâmico e um sensor de temperatura durante um ciclo de cura a alta temperatura de um epóxi estrutural.

A Lockheed Martin utilizou materiais 3D ESD para criar peças que pudessem suportar os requisitos mais rigorosos para voos espaciais. Nas palavras deles, a impressão 3D alcança a tríade de desempenho técnico, custo e velocidade. Na fabricação tradicional, o ditado sempre foi: “escolha dois”.

Saiba mais sobre os materiais de impressão 3D com segurança ESD da Stratasys ou entre em contato conosco para encontrar a melhor solução para você.