增材制造提高電子硬件開發的靈活性

3D打印快訊
2019
10/21
10:35
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來源: 電子工程3D打印

電子器件及硬件研發通常而言是一個比較耗時的過程。對相比比軟件開發,電子方面的研發趨向于需要更多的預先投資及面臨經濟風險,且這種經濟風險很有可能在整個項目周期會增大。在一個新產品上做出一些改變所帶來的花費涉及范圍很廣,并且這些花費會經常隨著研發過程的推進而增加。工業領域的目標始終是在原型件階段能夠讓新設計完美展現。

應對硬件研發的這些風險,越來越多的設計團隊正在采用靈活的硬件研發流程來開發新的電子產品。這些靈活的產品研發流程正在融入于設計環節,因為這些方式正在使設計團隊變得更容易適應產品的變化或者客戶的需求。由于手板、測試及基于測試結果的重新設計是硬件設計環節的基本部分,理解原型設計各個環節的角色變得非常重要。

靈活的硬件研發適應靈活的軟件實踐可以減少研發成本和時間
原型設計對于不同設計結果測試的有效性是非常重要的,并且重新設計的優化變量及更復雜的產品需要一系列的模擬和實驗測試其功能性。模擬及測試反饋至產品的改變及設計環節的多次重新設計代表了靈活硬件開發核心的迭代系統。對于PCB板原型設計采用增材制造可以使硬件研發過程在減少或者消除經濟風險的同時得到真正的迭代。

它可以幫助應對硬件研發中的風險
由于電子器件研發所涉及的投資及經濟風險,電子設計者們已經成為風險規避者,這樣將會阻礙創新及引起工程師和產品設計者之間在設計理念方面變得非常保守。由于眾多復雜的產品,他們傾向依賴繁重的仿真分析去設計心得產品,而測試結果僅僅通過很少數量的原型件測試獲得。由于原型階段所涉及的成本和時間、重新設計的成本,一個設計團隊很難承受任何錯誤以及糾錯的時間。

結果是,設計者變得非常不愿意去構建一些復雜創新性的產品。他們被禁錮在傳統線性研發設計來適應傳統的PCB生產。傳統的PCB生產流程在設計自由度方面設置了太多約束,限制了測試數量以及重新設計不能超出預算成本。這些扼殺了設計者在新產品中使用升級器件的創新點。

越來越多復雜產品需要在產品的研發階段進行設計、模型構建和測試的重復迭代。這些設計、構建和測試迭代是靈活的軟件和硬件開發的核心。每次迭代允許一個產品研發團隊在早期的設計過程中去確認和適應重要的設計改變。任何PCB設計者知道早些確認這些需求變化可以額外減少產品重新設計的范圍,這樣可以減少整個研發時間和成本。

一個產品設計團隊必須能夠適應研發過程總的變化。在硬件開發流程中的設計、測試及構建迭代可以在最終產品設計前使得這些改變被確認和執行。設計需求變化前所構建的模型都是浮在表面的,因為客戶需求的隨時會變、器件缺陷及仿真結果等原因。類似的,一些需求設計改變只有經過最終原理樣件的測試才會變得顯著。

應用增材制造系統制造原型件可以允許你在不同的迭代下去測試原理樣件的功能性,而加工成本和交付時間是確定的。當你的設計團隊已經獲得了一個PCB的增材制造系統,你可以在PCB設計環節中的多點中用固定的時間創建一個復雜PCB板的單獨樣件。這樣允許設計團隊在前期設計環節以最低成本去頻繁檢查設計的功能性。總的來說研發循環的速度,給設計者們在PCB板設計交互連接結構、器件嵌裝和基板幾何形狀方面帶來了很大的自由度。

靈活的硬件開發過程的設計、模型構建和測試

當你可以用固定的成本結構和交付時間制作原型件,就可以減少很多傳統工藝生產原型件所涉及的風險。其中一個益處是可以很快測試原型件。這樣可以很快讓設計團隊得到設計反饋以提升功能性,滿足客戶需求。由于采用增材制造的生產時間是和器件復雜性不相關的,你可以在設計沖刺階段快速重復生產和測試原型。

作為硬件開發環節,采用增材制造系統在幾個小時內打印這些板子或者更加復雜的產品

在每個產品快速開發過程中,一個靈活的硬件研發團隊可以確定合適的時間來生產和測試原型件評估設計功能性。增材制造可以讓你制造復雜的器件,如幾個小時制造PCB板而不是幾天。建議的設計改動可以很快通過測試進行評估。這種方法可以確認仿真分析結果的正確性,并且可以幫助嵌裝系統設計者確認修改軟件bug。

靈活的硬件開發過程中的設計、模型構建和測試迭代,應用增材制造系統不僅僅限制在打印PCB板方面。特殊結構功能器件,像打印的天線、嵌裝器件、非正交的層間互聯、非平面基板,這些都可以在設計階段進行多次迭代檢驗優化設計。這種靈活的硬件開發的工作流程為設計團隊在創新和提升產品質量方面提供了一個兼顧成本及效率的方式。

增材技術優化原型設計
如果你考慮生產應用增材制造系統新的全尺寸產品,這樣采用增材制造系統制造手辦模型就在情理之中。你的原型件和最終產品會非常相似,這樣會讓你更直觀的理解到影響PCB板功能的設計因素。 類似地,你可以保證你的設計實現全尺寸制造,最終增加產量。

原型設計是靈活的硬件研發中不可或缺的部分。應用增材制造系統可以允許你以固定的成本、可預測的交付時間及同最終產品基本一致地生產手板。

小編認為增材方式制造電子產品的優勢未來會同目前市場上金屬、塑料等打印方式一樣融入在產品設計開發的前期階段。PCB增材制造方面需要考慮的與傳統制造在制造流程中的銜接,需要尋找傳統制造難以解決或者加工難度大的板材,未來可能更趨向于創新功能型構件的開發,如3D天線、3D-MID、三維電子互聯結構等等。而這些器件的應用需要嘗試采用新的設計方法進行驗證,期待官方在特定方面能夠發布些指導性設計原則。

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