ESD-Safe 3D Printing | Protección contra descargas electrostáticas

Resumen: Las
descargas electrostáticas (ESD) pueden dañar los componentes electrónicos sensibles durante la fabricación y el funcionamiento. La impresión 3D ofrece una forma eficaz de producir herramientas, carcasas y componentes resistentes a las ESD para aplicaciones en las que la protección contra la electricidad estática es fundamental. Las tecnologías FDM y DLP de Stratasys admiten múltiples materiales disipadores de electricidad estática, como Antero® 840CN03, ABS-ESD7, PC-ESD y Loctite 3D IND3380™, lo que permite fabricar piezas personalizadas de bajo volumen con propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas precisas. Esta guía explica los materiales seguros contra descargas electrostáticas, sus características de rendimiento y cómo seleccionar el proceso adecuado para su aplicación.

Impresión 3D con protección ESD para componentes electrónicos sensibles

Las descargas electrostáticas (ESD) son un fenómeno habitual con el que todos nos hemos encontrado desde la primera vez que nos frotamos los pies en una alfombra para dar una descarga de electricidad estática a un hermano desprevenido. Y aunque puede ser una broma inofensiva para molestar a tu hermana, puede causar daños irreparables a los componentes electrónicos sensibles.

Las ESD pueden dañar las placas de circuito impreso y los componentes electrónicos, lo que conlleva costosas retiradas del mercado. Existen muchos métodos probados para fabricar componentes a prueba de ESD, como el moldeo por inyección y el fresado CNC. Sin embargo, el moldeo por inyección solo es económicamente viable para la producción en serie y de gran volumen. El mecanizado de componentes con CNC puede suponer altos costes y largos plazos de entrega. La impresión 3D es más adecuada para piezas personalizadas y producción de bajo volumen.

Industrias y aplicaciones ESD que se benefician de las soluciones de fabricación aditiva

A continuación se muestran algunos ejemplos en los que la impresión 3D con protección contra ESD es probablemente la mejor opción:

Herramientas (ayudas a la producción) para la fabricación de productos electrónicos

Plantillas y accesorios de montaje de PCB
Herramientas de sujeción y bandejas de manipulación seguras contra ESD
Herramientas de montaje y colocación de tecnología de montaje superficial (SMT)

Carcasas electrónicas, cajas y otros componentes

Carcasas para circuitos, sensores y otros componentes electrónicos sensibles utilizados en aplicaciones industriales, como servicios públicos y telecomunicaciones.
Cajas eléctricas resistentes a altas temperaturas, por ejemplo, en las industrias aeroespacial y automovilística
Componentes de blindaje ESD para uso militar y aeroespacial
Herramientas para la fabricación de semiconductores

El denominador común aquí es la producción personalizada, de bajo volumen o única, junto con el requisito de seguridad ESD.

Ventajas de la impresión 3D de piezas seguras contra descargas electrostáticas

La impresión de componentes ESD-safe mediante fabricación aditiva puede aportar importantes ventajas al ciclo de vida de su producción, con efectos positivos en toda su empresa.

Ahorro de costes

En comparación con los métodos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección y el fresado CNC, la impresión 3D de piezas ESD reduce significativamente el desperdicio de material y los costes de mano de obra. Esto es ideal para prototipos, herramientas y piezas de producción de bajo volumen o personalizadas, sin necesidad de costosos moldes o configuraciones de mecanizado.

Prototipado rápido e iteración

Las ayudas y piezas de producción seguras contra descargas electrostáticas impresas en 3D pueden estar listas en cuestión de horas o días, en comparación con las semanas que se tarda en fabricar las piezas mecanizadas. Gracias a la facilidad para modificar los diseños, puede perfeccionarlos y optimizarlos rápidamente. Esto no solo significa que puede empezar a utilizar sus ayudas de producción antes, sino que también permite una mayor optimización del diseño (ya que cada iteración es mucho más rápida). Eso significa que obtendrá una herramienta de producción más ergonómica, eficiente o simplemente bien diseñada.

Diseños ligeros y ergonómicos

En este sentido, la fabricación aditiva puede crear piezas resistentes y duraderas que también son ligeras. Esto se consigue utilizando materiales más ligeros y gracias a la capacidad de producir piezas con estructuras internas en forma de celosía y patrones de relleno que no son posibles con los métodos tradicionales.

También se pueden combinar múltiples componentes en una sola pieza optimizada, lo que reduce el tiempo de montaje y los puntos de fallo.

Producción bajo demanda y localizada

La impresión 3D es ideal para la relocalización y la gestión de inventarios digitales bajo demanda. La relocalización reduce los plazos de entrega y es esencial para mitigar las turbulencias políticas y económicas. Si puede producir las piezas internamente, no tiene que depender de proveedores externos. Esto también es beneficioso en cualquier caso en el que desee mantener bien protegida la propiedad intelectual de su empresa.

Un inventario digital es ideal para minimizar los costes de almacenamiento de piezas de repuesto. La impresión bajo demanda también es intrínsecamente más sostenible, ya que no se fabrica lo que no se necesita.

loctite 3d ind3380 esd protective 3d parts

Tecnologías detrás de la impresión 3D segura contra descargas electrostáticas

En Stratasys, contamos con dos tecnologías que admiten materiales ESD-Safe:

Cada uno de estos métodos ofrece ventajas únicas a la hora de producir piezas disipadoras de electricidad estática, dependiendo de los requisitos específicos de la aplicación.

FDM

FDM es un proceso de impresión 3D basado en extrusión que utiliza filamentos termoplásticos. Estos filamentos pueden impregnarse con material para hacerlos conductores o disipadores y convertirlos en filamentos ESD-safe. FDM se puede utilizar para piezas ESD-safe grandes y duraderas, como ayudas de producción, accesorios y carcasas electrónicas.

Ventajas de utilizar la impresión 3D FDM para aplicaciones ESD:

Rentable y con menos residuos, ya que el FDM utiliza filamentos termoplásticos.
Gran volumen de construcción: las impresoras FDM pueden ampliarse más fácilmente para la impresión de gran formato, lo que las hace más adecuadas para producir piezas grandes o prototipos sin aumentos significativos de coste.
Facilidad de uso: las piezas FDM requieren un posprocesamiento mínimo, solo la eliminación de los soportes y un lijado opcional.
Opciones: puede elegir entre tres filamentos FDM ESD en función de sus requisitos de piezas y costes.

DLP

Este proceso basado en resina cura capas de fotopolímero líquido con proyección de luz digital, lo que da como resultado piezas isotrópicas de alta precisión con un acabado superficial liso. DLP es ideal para carcasas electrónicas pequeñas y complejas, conectores y componentes de alta precisión en los que la precisión es fundamental. Las piezas apenas se distinguen de las piezas moldeadas por inyección.

Ventajas de utilizar la impresión 3D DLP para aplicaciones ESD:

Calidad de las piezas: DLP puede imprimir piezas que igualan la calidad y la repetibilidad del moldeo por inyección, con alta precisión, tolerancias estrictas y un acabado superficial liso.
Isotropía: muchas tecnologías de impresión 3D presentan un comportamiento mecánico anisotrópico, lo que da lugar a una adhesión entre capas más débil y a una reducción de la resistencia de las piezas. La tecnología DLP ofrece propiedades isotrópicas de los materiales, lo que garantiza una resistencia y durabilidad uniformes en todas las direcciones.
Alto estrés térmico: DLP puede trabajar con materiales (incluidos los materiales seguros para ESD) con suficiente HDT para soportar el calor que implican los procesos de fabricación electrónica, como la reflujo de soldadura a alta temperatura y el recubrimiento conformado.

FDM frente a DLP: cómo elegir el material de impresión 3D ESD adecuado

Elegir el material adecuado puede ahorrarle mucho tiempo y dolores de cabeza a largo plazo. La consideración principal es, por supuesto, hacer coincidir las especificaciones del material con los requisitos de su aplicación. Sin embargo, antes de esto, es posible que desee dar un paso atrás y elegir la tecnología de impresión 3D que mejor se adapte a sus necesidades.

La siguiente tabla es una comparación muy general de las tecnologías de impresión FDM y DLP de grado industrial. En aras de la simplicidad, la tabla se compone de trazos generales. Para obtener especificaciones o detalles concretos, consulte nuestro sitio web o póngase en contacto con uno de nuestros expertos.

esd protected circuit board enclosure 3d

Materiales Stratasys ESD-Safe

En Stratasys, contamos con cuatro materiales adecuados para aplicaciones sensibles a ESD: tres materiales FDM y uno para uso con impresoras DLP. La siguiente tabla comparativa resume las principales características de cada uno de estos materiales. Para obtener más información, póngase en contacto con su representante local de Stratasys.

Parameter	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

Preguntas frecuentes: Preguntas comunes sobre la impresión 3D ESD

¿Qué industrias requieren materiales de impresión 3D con protección ESD?

Los materiales ESD se utilizan principalmente en la fabricación de productos electrónicos, incluidas las carcasas y cajas de dispositivos electrónicos. Cualquier mercado en el que se utilicen componentes electrónicos, lo que incluye casi todo en la actualidad, necesita protección ESD: desde la industria aeroespacial y de defensa hasta la automotriz, el transporte y la electrónica de consumo.

¿En qué se diferencian los materiales ESD de Stratasys de las opciones de fabricación tradicionales?

Elegir la impresión 3D con materiales ESD de Stratasys en lugar de la fabricación tradicional ofrece varias ventajas:

Ahorro de costos: la impresión 3D de bajo volumen suele ser mucho más rentable.
Iteración más rápida: la impresión 3D permite iteraciones de diseño en horas o días, en lugar de semanas.
Libertad de diseño: imprima piezas que se adapten a sus necesidades exactas, incluyendo ayudas de fabricación ergonómicas y ligeras.
Impresión bajo demanda: ya no dependerá de proveedores externos ni de cuestiones geoeconómicas globales. Imprima lo que necesite, cuando lo necesite.

¿Cuál es la vida útil de un componente impreso en 3D con protección ESD?

La vida útil ESD es equivalente a la vida útil de la pieza, siempre que no haya daños físicos o químicos significativos en la misma.

¿Cómo mejora la impresión 3D la rentabilidad de la producción con protección contra la electricidad estática?

El moldeo por inyección conlleva un costo inicial muy elevado por el diseño del molde. Esto lo hace ideal para la producción en masa: cuanto mayor es el volumen, menor es el costo por pieza, ya que el costo inicial se puede repartir entre más piezas. Por otro lado, la impresión 3D de piezas ESD cuesta lo mismo para la primera pieza que para la milésima. Esto es ideal para la producción de volumen bajo a medio o para prototipos, herramientas y piezas de producción personalizados.

Dependiendo de la geometría y el tamaño de la pieza, la impresión 3D suele ser más rentable para lotes de hasta 5000 piezas. Si tiene en mente una pieza específica, nuestros expertos pueden calcular el punto de inflexión para usted.

Ejemplos de piezas ESD impresas en 3D

Siemens AG utilizó la impresión 3D ESD para pinzas robóticas que interactúan estrechamente con componentes electrónicos sensibles en su planta de automatización de procesos.

Liberty Electronics descubrió que la impresión 3D ESD era la solución óptima para crear un accesorio para montar un condensador cerámico y un sensor de temperatura durante un ciclo de curado a alta temperatura de un epoxi estructural.

Lockheed Martin utilizó materiales 3D ESD para crear piezas que pudieran soportar los requisitos más estrictos de los vuelos espaciales. En sus propias palabras, la impresión 3D logra el trío perfecto de rendimiento técnico, costo y velocidad. En la fabricación tradicional, el adagio siempre ha sido «elige dos de tres».

Obtenga más información sobre los materiales de impresión 3D con protección ESD de Stratasys o póngase en contacto con nosotros para encontrar la mejor solución para usted.