Creación de prototipos de conectores de circuitos electrónicos con impresión 3D de alta precisión

Los conectores son piezas importantes que conectan cables y sustratos sobre los que circulan innumerables circuitos electrónicos.

Hirose Electric fabrica conectores de circuitos electrónicos utilizados en una amplia gama de aplicaciones, incluidos teléfonos inteligentes, equipos para vehículos y equipos industriales. Los circuitos electrónicos son cada vez más rápidos, de mayor voltaje, más pequeños y más complejos, y los estándares de los productos evolucionan a diario. Los fabricantes de conectores necesitan formas innovadoras de desarrollar nuevas piezas en respuesta a la evolución de los estándares y el rendimiento de dichos productos.

Durante varios años, Hirose Electric ha considerado introducir una impresora 3D para acelerar el ciclo de desarrollo de su producto. Después de una evaluación, presentamos varias impresoras, incluida la microArch S140 de BMF.

Departamento Editorial de Share Lab (Share Lab):¿Por qué decidiste introducir una impresora 3D?

Sr. Koyama: Pertenezco al departamento de IA de Hirose Electric. Aquí IA significa Idea Avanzada, no inteligencia artificial. Posicionados como un departamento que investiga tecnología de fabricación de vanguardia, estamos investigando diversas tecnologías para el desarrollo de productos.

Entre ellos, estamos considerando la utilización de impresoras 3D. Estábamos considerando si podría usarse para acortar el tiempo de desarrollo del producto.

Compartir laboratorio: Usted mencionó acortar el plazo de entrega; ¿Se utiliza la impresión 3D principalmente para la “creación de prototipos”?

Sr. Koyama: Sí. Los diseñadores comienzan el proceso en su cabeza y con dibujos, pero hay muchos puntos en los que necesitan poder ver y tocar sus diseños para ver si realmente funcionarían de esta forma.

El conector debe montarse en la placa. Si la pieza se puede sostener con la mano, debemos considerar si realmente es fácil de instalar. Si se trata de un conector que conecta dos placas entre sí, tenemos que comprobar si realmente se pueden acoplar.

Los requisitos para los conectores cambian según la industria en la que se utilizan, por lo que nuestros diseños cambian en consecuencia. Para diferentes diseños, tenemos que fabricar diferentes prototipos y piezas prototipo. Hay muchas piezas que no se pueden fabricar sin hacer un molde, por lo que tomó alrededor de un mes hacer un prototipo. Para acortar el período de desarrollo, comenzamos a considerar si sería posible formar un prototipo con una impresora 3D, montarlo en la placa y comprobar su ajuste.

Compartir laboratorio: ¿Qué tipo de modelo estabas mirando al considerar la introducción de una impresora 3D? ¿Qué tipo de características buscabas en ese momento?

Sr. Koyama: Consideramos varios fabricantes de impresoras 3D. Los conectores son piezas muy pequeñas y precisas, por lo que era un requisito que las piezas pequeñas pudieran moldearse con precisión y exactitud. Las impresoras 3D FDM, que utilizan filamentos como materiales, carecían de la precisión necesaria, por lo que nos centramos en la estereolitografía. Los colores y texturas no eran importantes para reproducir. Era importante poder reproducir la forma exactamente según los datos del diseño.

Al final, lo redujimos a unos pocos modelos. Los conectores que manejamos tienen sólo unos pocos mm de ancho y 1 mm de alto, y los pines del conector tienen orificios a intervalos de 0,4 mm. Si el espacio entre los agujeros no es correcto, los pasadores no encajarán correctamente. Se realiza una prueba de ajuste, por lo que se requiere precisión de las piezas. La microArch S140 era la única impresora 3D que podía cumplir con nuestros requisitos de precisión y exactitud para los detalles más pequeños. Creo que el factor decisivo para su introducción fue que hizo posible lo que hasta ahora era imposible.

Compartir laboratorio:Entonces, ¿hiciste un prototipo con una impresora 3D BMF antes de comprarla?

Sr. Koyama: Sí. Recibimos prototipos de BMF y de otros fabricantes basados ​​en piezas reales y realizamos un estudio comparativo.

Compartir laboratorio:¿Es la impresora 3D BMF la única que realmente tienes instalada?

Sr. Koyama: No. Las impresoras 3D de BMF son capaces de moldear piezas pequeñas y precisas. Algunas de las piezas que manejamos tienen conectores grandes, por lo que utilizamos diferentes impresoras 3D para ellos.

Compartir laboratorio: ¿Qué tipo de piezas estás moldeando realmente? ¿Con qué frecuencia utiliza la impresora?

Sr. Koyama: Nuestro S140 funciona casi las 24 horas del día. Cuando la impresora 3D de BMF está en funcionamiento continuo, debe reiniciarse una vez a la semana. Aquí hay una parte que realmente imprimimos.

Compartir laboratorio: Es una parte muy pequeña. Parece un cable USB.

Sr. Koyama: También fabricamos conectores en los extremos de estos cables. Como puedes ver, combinamos piezas metálicas y piezas de resina. Estamos comprobando si funcionan correctamente cuando están conectados. Este conector está diseñado para retirarse mientras se presiona el botón. Utilizamos prototipos impresos en 3D para verificar la funcionalidad.

Compartir laboratorio: Hirose Electric trabaja en conectores en tres campos: teléfonos inteligentes, automoción y equipos industriales. ¿Cuáles son las diferencias en el periodo de desarrollo y características de cada conector?

Sr. Koyama:Cada campo tiene sus propias características.

Los conectores para smartphones tienen un ciclo de desarrollo corto porque los modelos van cambiando. También se requieren conectores pequeños y precisos. Los estándares para el intercambio de energía eléctrica, señales y comunicaciones evolucionan rápidamente por lo que el ciclo de desarrollo es muy rápido.

Cuando se trata de conectores para dispositivos de vehículos, debemos asegurarnos de que las personas que los ensamblan y mantienen puedan usarlos sin falta. Es necesario crear productos que brinden retroalimentación positiva al usuario cuando se usan correctamente, como hacer un sonido de "clic" cuando el conector está correctamente acoplado. Esto es difícil de entender en simulación, así que me gustaría confirmarlo haciendo un prototipo.

En pocas palabras, los conectores para equipos industriales son "sólidos". Robusto y duradero. Aunque se llama carcasa, se han tenido en cuenta algunas consideraciones, como hacer que el ala del conector sea metálica.

Compartir laboratorio:El ciclo de desarrollo es rápido, los requisitos cambian según la aplicación y se requieren diversas formas y rendimiento incluso si se trata de un conector.

Sr. Koyama: Sí. Se diferencian en tamaño y en cómo se utilizan. Por eso pasé casi un mes intentando hacer un prototipo sencillo y comprobando la sensación de uso, si encajaba en su sitio o si se podía montar a mano. Con una impresora 3D pudimos crear un sistema que permitiría la verificación en unos pocos días, por lo que la velocidad de desarrollo definitivamente mejoró.

Compartir laboratorio: Considerando el tipo simple, puede reducir el costo y el tiempo de entrega. Puedo decir que tuvo un gran efecto. ¿Cuáles son sus planes para el futuro?

Sr. Koyama: Actualmente, sólo unos pocos miembros utilizan impresoras 3D de BMF en respuesta a solicitudes de modelado de varios departamentos de la empresa. Estamos pensando en ampliar esta gama para seguir aumentando la velocidad de desarrollo.

Sr. Koyama, Hirose Denki:

"Tenemos previsto ampliar la operación para que pueda utilizarse con mayor libertad, en parte debido a un aumento de las solicitudes internas".

Compartir laboratorio:¿Tiene alguna solicitud para tales funciones?

Sr. Koyama: No creo que sea fácil, pero me encantaría que hubiera un material que pudiera soportar temperaturas de 250 grados o más. Se debe montar un pequeño conector aplicando calor a la placa, por lo que puede deformarse en ese momento. Para las piezas que no requieren un modelado preciso, he oído que se pueden sustituir equipos de otros fabricantes, pero las piezas de precisión no se pueden producir sin la impresora 3D de BMF. Actualmente estamos trabajando en una combinación de ambos, pero me encantaría poder hacerlo todo a la vez.

Me encantaría poder fabricar piezas aún más rápido. He estado usando la impresora durante 24 horas, pero el tiempo de espera está empezando a aumentar. Sería útil si el método de irradiación láser que se divide en 25 fuera más eficiente o si existiera un método que permitiera un modelado más rápido.

Compartir laboratorio: Es una solicitud que nos dice que realmente se está utilizando. Sr. Tamura de BMF, ¿qué opina?

Sr. Tamura: Seguimos trabajando en el desarrollo de materiales resistentes al calor a más de 250 grados. Actualmente, hemos alcanzado una temperatura de 217 grados, pero es bastante difícil garantizar una mayor resistencia al calor y al mismo tiempo permitir un modelado de precisión. Las voces que escucho, como la del Sr. Koyama, serán las semillas de futuras mejoras.

BMF tiene algunos modelos de impresoras de nivel de producción que pueden reducir significativamente el tiempo de moldeo. Dado que se trata de una impresora 3D de estereolitografía, después de aplicar luz ultravioleta con el método DLP, la impresora se coloca en la posición de modelado de la siguiente capa. Sin embargo, la superficie de la resina líquida es ondulada. Dado que el espesor es del orden de micras, debemos esperar hasta que la superficie del líquido esté lisa antes de volver a exponerlo a la luz. Nuestro sistema de rodillos, disponible en impresoras de nivel de producción, puede acortar este tiempo de espera. El mecanismo de rodillo reduce el tiempo total de construcción en más de un 40%. Continúa la mejora continua, como el sistema de rodillos que acorta en gran medida el tiempo de moldeo al minimizar el tiempo de flujo.

Sr. Koyama: Es bueno saber que el tiempo de espera se ha acortado. Sigue funcionando casi las 24 horas del día, por lo que resulta muy atractivo ser un 40% más rápido. Lo investigaré.

La pieza final se fabricará mediante métodos convencionales, pero el prototipo se modelará mediante una impresora 3D. Estos esfuerzos han comenzado en serio en la industria manufacturera japonesa. Sin embargo, pocas empresas saben que es posible comprar impresoras 3D en Japón capaces de crear prototipos de piezas con una altura de 1 mm y una anchura de varios mm.

Esta entrevista reveló que los principales actores como Hirose Electric, que lideran el mercado mundial, ya lo están dominando y están logrando tanto acelerar el proceso de desarrollo como reducir costos. Para las empresas japonesas que compiten en el mercado global, acortar el período de desarrollo es un objetivo constante para mantenerse al día con sus competidores. Será necesario probarlo para ver si las impresoras 3D pueden acelerar la creación de prototipos y generar beneficios económicos.

Esta entrevista fue realizada, escrita y fotografiada por ShareLab, una empresa que se especializa en impresoras 3D comerciales japonesas y AM (fabricación aditiva). Desde explicaciones de conocimientos básicos como precios y métodos de modelado de impresoras comerciales, búsqueda y comparación de impresoras 3D de resina y metal, noticias e información de eventos de la industria y otra información útil para considerar la introducción de impresoras comerciales. Este resumen fue traducido del japonés y la entrevista completa se puede leer aquí.