Firma Mercury Systems przyspiesza produkcję PCB, dzięki zastąpieniu kosztownych narzędzi formowanych wtryskowo, wersjami zaprojektowanymi we własnym zakresie i wydrukowanymi w 3D.
Często najmniejsze innowacje, mogą mieć największy wpływ na produktywność. Weźmy na przykład produkcję zespołów płytek drukowanych (PCB) w technologicznym gigancie Mercury Systems. Wprowadzenie w życie kluczowych dla firmy technologii PCB, było utrudnione przez powolny, kosztowny etap w trakcie zaawansowanego technologicznie procesu, dopóki nie wdrożono drukowania 3D.
Wyzwanie związane z powłoką konformalną
W firmie Mercury zajmującej się tworzeniem specjalnie zaprojektowanych rozwiązań, każdy etap procesu produkcyjnego podlega innowacyjnej interwencji. W tym przypadku należało zająć się głównymi „wąskimi gardłami” w procesie powlekania konformalnego płytek PCB. Dla każdego producenta PCB, powłoka konformalna (cienka folia polimerowa, która dopasowuje się do konturów płytki drukowanej w celu ochrony elementów płytki) stanowi znane, ale trudne wyzwanie.
„Konieczne jest zapobieganie przedostawaniu się powłoki ochronnej do złączy w płytce drukowanej” — wyjaśnia John Rolando, starszy kierownik ds. inżynierii produkcji USMO w Mercury Systems. „W przeszłości podchodziliśmy do tego na dwa sposoby: ręcznie maskowaliśmy każdą część taśmą, albo kupowaliśmy formowane wtryskowo osłony od zewnętrznego dostawcy, aby zakryć złącza”.
Obie te metody stanowiły wyjątkowe wyzwania. Ręczne używanie taśmy było opłacalnym sposobem maskowania części, ale wymagany czas stworzył poważne wąskie gardła w procesie produkcyjnym. Formowane wtryskowo osłony umożliwiają technikom szybką ochronę obwodów drukowanych, eliminując wąskie gardła w pracy, ale kosztem niezrównoważonych czasów realizacji. Przy jednym zamówieniu produktu na płytki PCB firma Mercury wydała 9000 USD na oprzyrządowanie i części oraz miała 12-tygodniowy czas realizacji.
Rozwiązania w zakresie wytwarzania przyrostowego
Aby rozwiązać ten problem, firma Mercury postanowiła zastosować technologię wytwarzania przyrostowego jako rozwiązanie i zaczęła badać dostępne możliwe materiały. Właściwy filament musiał być elastyczny, odporny chemicznie i zabezpieczony przed wyładowaniami elektrostatycznymi, co jest kluczową właściwością w środowiskach wrażliwych elektrostatycznie, takich jak Mercury. Testy szybko wykazały, że części wyprodukowane z TPU 74D-Z firmy Essentium spełniły wszystkie wymagania, jednocześnie znacznie redukując koszty i czas realizacji.
Kolejnym krokiem było znalezienie odpowiedniej technologii. Po skorzystaniu z desktopowej drukarki 3D do opracowania prototypów, firma Mercury zdała sobie sprawę, że rozmiar i szybkość maszyny nie odpowiadają ich potrzebom produkcyjnym.
Mimo że drukarka desktopowa nie miała wystarczającej wydajności produkcyjnej, pozwoliła ona na udowodnienie, że drukowanie osłon w 3D jest opłacalnym rozwiązaniem dla firmy.
Jak mówi Ronaldo: „Dużo nauczyliśmy się o drukowaniu 3D, korzystając z desktopowej drukarki 3D, którą kupiliśmy w 2020 roku, ale w końcu zdaliśmy sobie sprawę z tego, że będziemy potrzebować większego modelu do budowy części, o większych rozmiarach, objętości i z wykorzystaniem bardziej wytrzymałego materiału.”
Poszukiwania produkcyjnej drukarki 3D doprowadziły firmę do Essentium. Chociaż drukarka 3D Essentium HSE była znacznie droższa, niż ich drukarka desktopowa, Rolando odniósł wystarczający sukces pracując z pierwszą drukarką, aby pokazać prognozy zwrotu z inwestycji dla maszyny o większej wydajności, co umożliwiło szybkie zatwierdzenie zakupu przez kierownictwo.
Drukarka 3D Essentium HSE zapewnia firmie Mercury zdolność do skalowania produkcji osłon oraz możliwość szybkiego wytwarzania wysokiej jakości części.
Na szczęście, doświadczenie z drukarką desktopową i podobna krzywa uczenia się, przygotowały Rolando i jego zespół do pracy z Essentium HSE, mimo że ma ona więcej funkcji niż drukarka desktopowa. „Essentium zapewniło również szybkie wsparcie w przypadku naszych pytań i rozwiązywanie problemów” — jak mówi Ronaldo.
Projektowanie osłon PCB było umiejętnością, którą zespół już posiadał, ponieważ projektował narzędzia i osprzęt, ale tradycyjnie wysyłał je do dostawcy w celu produkcji, mówi Rolando. „Przejście na drukowanie 3D własnych projektów było bezproblemowe”.
Oszczędność kosztów i czasu realizacji
Projektowanie i drukowanie we własnym zakresie, okazało się niezwykle korzystnym połączeniem dla firmy Mercury. Szacuje się, że przy tym samym zamówieniu, które kosztowało 9000 USD, wydrukowany w 3D odpowiednik wyniósł 500 USD, co zmniejszyło koszty o prawie 95%.
Dodatkowo czas realizacji osłon formowanych wtryskowo dla tego zamówienia wyniósłby 12 tygodni. Korzystając z Essentium HSE, firma Mercury mogła zaprojektować, powtórzyć i wydrukować wystarczającą liczbę osłon do użytku produkcyjnego w ciągu jednego dnia, skracając czas realizacji o prawie 85%.
Oprócz oszczędności kosztów i czasu realizacji, żywotność osłon drukowanych w 3D jest znacznie dłuższa. Essentium TPU 74D-Z jest odporny na ciepło i ścierne chemikalia, dzięki czemu wydrukowane z niego osłony wytrzymują więcej cykli, niż te powstałe w procesie formowania wtryskowego.
Według firmy Mercury, użycie drukarki 3D Essentium HSE i materiałów zabezpieczających przed wyładowaniami elektrostatycznymi do produkcji osłon w dowolnym procesie powlekania zabezpieczającego, pozwala zaoszczędzić średnio 90% kosztów i czasu realizacji.
„Ta sprawa, to dopiero początek tego, co możemy zrobić” – mówi Ronaldo. „Partnerskie podejście Essentium spowodowało, że dostrzegliśmy zastosowania i potencjalne możliwości, o których byśmy nie pomyśleli”.
Na przykład, firma Mercury poszukuje obecnie rozwiązania materiałowego odpornego na wyładowania elektrostatyczne do produkcji uchwytów do płytek PCB w Essentium HSE.
Przewaga konkurencyjna, jaką osłony drukowane w 3D przyniosły firmie Mercury, przyciągnęła uwagę wewnętrznych jednostek biznesowych, mówi Rolando. „Firma zdaje sobie sprawę, że druk 3D może być wykorzystany do niektórych z ich potrzeb i zastosowań, lub przynajmniej wie, że nasze koszty ogólne zostaną zredukowane poprzez dalsze zwiększanie wykorzystania maszyny.
