mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2021-9-4-28-37mireabulletin-341Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSТекущие возможности технологии прототипирования многослойных печатных плат на 3D-принтереCurrent capabilities of prototyping technologies for multilayer printed circuit boards on a 3D printerВоруничевД. С.VorunichevD. S.

Воруничев Дмитрий Сергеевич, старший преподаватель, кафедра конструирования и производства радиоэлектронных средств Института радиотехнических и телекоммуникационных систем

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Dmitry S. Vorunichev, Senior Lecturer, Department of Design and Production of Radio-Electronic Means, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

vorunichev@mirea.ruВоруничеваК. Ю.VorunichevaK. Yu.

Воруничева Кристина Юрьевна, магистрант, кафедра управления качеством и сертификации Института радиотехнических и телекоммуникационных систем

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78 

Kristina Yu. Vorunicheva, Master Student, Department of Quality Management and Certification, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

krab83@list.ruМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202126082021942837Copyright © Воруничев Д.С., Воруничева К.Ю., 20212021Воруничев Д.С., Воруничева К.Ю.Vorunichev D.S., Vorunicheva K.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/341

Исследовано новое направление в 3D-печати – прототипирование односторонних, двухсторонних и многослойных печатных плат. Определены текущие возможности и ограничения технологии 3D-печати печатных плат. Проведен сравнительный анализ характеристик двух представленных в отрасли для прототипирования радиоэлектроники настольных 3D-принтеров, а также первой профессиональной машины DragonFly LDM 2020, являющейся минифабрикой по прототипированию многослойных печатных плат. Представлен первый практический опыт работы и печати на DragonFly LDM 2020, поставленном в мегалабораторию «3D-прототипирование и контроль многослойных печатных плат» Института радиотехнических и телекоммуникационных систем МИРЭА – Российского технологического университета. Получены первые образцы напечатанных на 3D-принтере электронных плат методом струйной печати. Рассмотрена аддитивная технология процесса изготовления многослойных печатных плат, представляющая собой печать двумя печатающими головками токопроводящими и диэлектрическими наночернилами с двумя системами отверждения: инфракрасная система спекания для токопроводящих чернил и УФ-система отверждения диэлектрических чернил. Приведен метод производства LDM (DragonFly Lights-out Digital Manufacturing – технология круглосуточного аддитивного производства) с необходимым техническим обслуживанием. Этот метод позволяет системе работать круглосуточно с минимальным участием человека, существенно увеличив производительность 3D-печати и расширяя возможности изготовления прототипов. Исследованы применяемые для 3D-печати многослойных печатных плат материалы и их характеристики: диэлектрические акрилатные наночернила (Dielectric Ink 1092 – Dielectric UV Curable Acrylates Ink) и проводящие чернила с наночастицами серебра (AgCite™ 90072 Silver Nanoparticle Conductive Ink). Проведенное исследование позволяет сравнить технологические нормы печатной электроники с традиционными методами изготовления многослойных печатных плат по ряду параметров.

A new direction in 3D printing was investigated – prototyping of single-sided, double-sided and multilayer printed circuit boards. The current capabilities and limitations of 3D printed circuit board printing technology were identified. A comparative analysis of the characteristics of two desktop 3D printers presented in the industry for prototyping radio electronics, as well as the first professional machine DragonFly LDM 2020, which is a mini-factory for prototyping multilayer printed circuit boards, was carried out. The first practical experience of working and printing on DragonFly LDM 2020 supplied to the megalaboratory “3D prototyping and control of multilayer printed circuit boards” of the Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems MIREA – Russian Technological University is presented. The first samples of electronic boards printed on a 3D printer by the method of inkjet printing were obtained. An additive technology for the production of multilayer printed circuit boards is considered: printing with two printheads with conductive and dielectric nano-ink with two curing systems: an infrared sintering system for conductive ink and a UV curing system for dielectric ink. The LDM (Dragonfly Lights-out Digital Manufacturing) production method with the necessary maintenance is presented. The method allows the system to work roundthe-clock with minimal human intervention, significantly increasing the productivity of 3D printing and expanding the possibilities of prototyping. The materials used for 3D printing of multilayer printed circuit boards and their characteristics were investigated: dielectric acrylate nano-ink (Dielectric Ink 1092 – Dielectric UV Curable Acrylates Ink), conducting ink with silver nanoparticles (AgCite™ 90072 Silver Nanoparticle Conductive Ink). The research carried out allows us to compare the technological standards of printed electronics with traditional methods of manufacturing multilayer printed circuit boards for a number of parameters.

3D-печатьмногослойные печатные платыпрототипированиеLDMаддитивная технология3D-принтер электроникинаночернила3D printingmultilayer printed circuit boardsprototypingLDMadditive technology3D printer electronicsnano inksReferencesХесин С. 3D-принтер DragonFly – революционное решение для изготовления многослойных печатных плат. Электроника: наука, технология, бизнес. 2018;179(8):134−136. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2018.179.8.134.136Khesin S. DragonFly 3D Printer is a revolutionary solution for the manufacture of multilayer printed circuit boards. Elektronika: Nauka, tekhnologiya, biznes = Electronics: Science, Technology, Business. 2018;179(8):134−136 (in Russ.). https://doi.org/10.22184/1992-4178.2018.179.8.134.136Фрицлер К.Б., Принц В.Я. Методы трехмерной печати микрои наноструктур. Успехи физических наук. 2019;189(1):55−71. https://doi.org/10.3367/UFNr.2017.11.038239Fritsler K.B., Prinz V.Y. 3D printing methods for microand nanostructures. Physics-Uspekhi. 2019;62(1):54−69. https://doi.org/10.3367/UFNe.2017.11.038239 [Fritsler K.B., Prints V.Ya. Metody trekhmernoi pechati mikro- i nanostruktur. Uspekhi fizicheskikh nauk. 2019;189(1):55−71 (in Russ.).]Смирнова О., Боброва Ю., Моисеев К. Анализ методов 3D-печати для изготовления печатных плат: общие положения. Часть 1. Технологии в электронной промышленности. 2020;124(8):20−25.Smirnova O., Bobrova J., Moiseev K. Analysis of 3D printing methods for the manufacture of printed circuit boards: general provisions. Part 1. Tekhnologii v elektronnoi promyshlennosti = Technologies in the Electronic Industry. 2020;124(8):20−25 (in Russ.).Cook B., Tehrani B., Cooper J., Kim S., Tentzeris M., et al. Integrated printing for 2D/3D flexible organic electronic devices. In book: Handbook of Flexible Organic Electronics. Cambridge: Woodhead Publishing; 2015. P. 199−216. https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-035-4.00008-7Cook B., Tehrani B., Cooper J., Kim S., Tentzeris M., et al. Integrated printing for 2D/3D flexible organic electronic devices. In book: Handbook of Flexible Organic Electronics. Cambridge: Woodhead Publishing; 2015. P. 199−216. https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-035-4.00008-7Хесин С. 3D-принтер DragonFly – революция в изготовлении многослойных печатных плат. Вектор высоких технологий. 2018;4(39):38−41.Khesin S. DragonFly 3D printer is a revolution in multilayer PCB manufacturing. Vektor vysokikh tekhnologii = The Hi-Tech Vector Research and Practice Journal. 2018;4(39):38−41 (in Russ.).Butt J. Exploring the interrelationship between additive manufacturing and industry 4.0. Designs. 2020;4(2):13. https://doi.org/10.3390/designs4020013Butt J. Exploring the interrelationship between additive manufacturing and industry 4.0. Designs. 2020;4(2):13. https://doi.org/10.3390/designs4020013DragonFly LDM. Inks user guide NanoDimension. Ness Ziona: Nano Dimension technologies document. 2020. 52 p. URL: https://www.nano-di.com/ame-dragonfly-ldm-2-0DragonFly LDM. Inks user guide NanoDimension. Ness Ziona: Nano Dimension technologies document. 2020. 52 p. Available from URL: https://www.nano-di.com/amedragonfly-ldm-2-0Fried S. 3D printing technologies for electronics. Journal of the Imaging Society of Japan. 2017;56(6):617−620. https://doi.org/10.11370/isj.56.617Fried S. 3D printing technologies for electronics. Journal of the Imaging Society of Japan. 2017;56(6):617−620. https://doi.org/10.11370/isj.56.617Костин М.С., Воруничев Д.С., Корж Д.А. Контрреинжиниринг радиоэлектронных средств. Российский технологический журнал. 2019;7(1):57−79 https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-1-57-79Kostin M.S., Vorunichev D.S., Korzh D.A. Counterreengineering of electronic devices. Rossiiskii tekhnologicheskii zhurnal = Russian Technological Journal. 2019;7(1):57−79 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-1-57-79Vorunichev D.S., Kostin M.S., Zamuruev S.N. Classification of methods of reverse engineering in the configuration management of original high-tech radio electronic products. In: 2018 IEEE International Conference “Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies” (IT&QM&IS), 24−28 Sept. 2018. https://doi.org/10.1109/ITMQIS.2018.8524910Vorunichev D.S., Kostin M.S., Zamuruev S.N. Classification of methods of reverse engineering in the configuration management of original high-tech radio electronic products. In: 2018 IEEE International Conference “Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies” (IT&QM&IS), 24−28 Sept. 2018. https://doi.org/10.1109/ITMQIS.2018.8524910Иванов В.С., Гладкий Д.А., Воруничев Д.С. LPKFLDS-технология производства трехмерных схем на пластиках. Российский технологический журнал. 2021;9(1):48−57. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-48-57Ivanov V.S., Gladky D.A., Vorunichev D.S. LPKF-LDS technology for the production of three-dimensional schemes on plastics. Rossiiskii tekhnologicheskii zhurnal = Russian Technological Journal. 2021;9(1):48−57 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-48-57Ежов В., Елисеев Н., Ковалевский Ю., Мейлицев В. Productronica и Semicon Europa 2019: автоматизация и скорость. Часть 2. Электроника: наука, технология, бизнес. 2020;193(2):32−59. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2020.193.2.32.58Ezhov V., Eliseev N., Kovalevsky Yu., Meylitsev V. Productronica and Semicon Europa 2019: automation and speed. Part 2. Elektronika: Nauka, tekhnologiya, biznes = Electronics: Science, Technology, Business. 2020;193(2):32−59 (in Russ.).https://doi.org/10.22184/1992-4178.2020.193.2.32.58Лангау Л., Очур О. Прототипирование печатных плат с помощью аддитивных технологий. Технологии в электронной промышленности. 2020;124(8):26−27.Langau L., Ochur O. Prototyping printed circuit boards using additive technologies. Tekhnologii v elektronnoi promyshlennosti = Technologies in the Electronic Industry. 2020;124(8):26−27 (in Russ.).Дрор А. 3D-печать: высокое качество и малые объемы производства. Технологии в электронной промышленности. 2020;124(8):28−29.Dror A. 3D printing: high quality and low production volumes. Tekhnologii v elektronnoi promyshlennosti = Technologies in the Electronic Industry.2020;124(8):28−29 (in Russ.).Dong Y., Bao C., Kim W.S. Sustainable additive manufacturing of printed circuit boards. Joule (Cell Press). 2018;(2):579−582. http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2018.03.015Dong Y., Bao C., Kim W.S. Sustainable additive manufacturing of printed circuit boards. Joule (Cell Press). 2018;(2):579−582. http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2018.03.015

The authors declare that there are no conflicts of interest present.