แผงวงจรไฟฟ้า 3D Printed Circuits ที่สร้างด้วยการพิมพ์เลเซอร์ความเร็วสูง

สู่อนาคตใหม่ของการผลิต เลเซอร์ความเร็วสูงทำให้แผงวงจรไฟฟ้าเสร็จใน 1 วัน แทนที่จะรอหลายสัปดาห์

อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลังเผชิญจุดเปลี่ยนครั้งสำคัญ เมื่อเทคโนโลยี “วงจรไฟฟ้าแบบพิมพ์สามมิติ” หรือ 3D Printed Circuits ก้าวเข้ามาแทนที่วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมที่ต้องอาศัยการกัดลบ เจาะ หรือเคลือบสารเคมี

กระบวนการใหม่นี้อาศัยหลักการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) ซึ่งสร้างวงจรขึ้นทีละชั้นด้วยการพ่นหมึกกึ่งนำไฟฟ้าและวัสดุฉนวนลงอย่างแม่นยำ ผลลัพธ์ที่ได้คือแผงวงจรที่ซับซ้อน ยืดหยุ่น และมีหลายชั้นในชิ้นเดียว

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ สามารถทำงานเป็นโรงงานสร้างวงจรได้ ด้วย Cu-29 สามารถพิมพ์เสาอากาศ, เซ็นเซอร์ และวงจรโดยตรงลงบนชิ้นส่วน ไม่มีสายไฟ ไม่มีการประมวลผลหลังการพิมพ์ ซึ่ง NASA และ Boeing เริ่มใช้แล้ว

ตลาดเป้าหมายและการใช้งาน

ข้อได้เปรียบของเทคโนโลยีนี้ชัดเจน ทั้งด้านเวลา ต้นทุน และสิ่งแวดล้อม สิ่งที่เคยต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการผลิตต้นแบบ วันนี้สามารถทำได้ภายในไม่กี่ชั่วโมง ขณะเดียวกันยังลดการสิ้นเปลืองวัสดุและเปิดโอกาสให้นักออกแบบสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ที่เคยเป็นไปไม่ได้ด้วยเทคนิคเดิม ไม่ว่าจะเป็นวงจรที่โค้งงอไปตามรูปทรงเฉพาะ หรือวงจรขนาดเล็กที่ฝังลงในอุปกรณ์พกพา

หนึ่งในบริษัทที่ถูกจับตามากที่สุดคือ Kupros สตาร์ทอัพจากสหรัฐฯ ที่ก่อตั้งโดยอดีตทหารผ่านศึก บริษัทนี้พัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์วงจรแบบเลเซอร์ความเร็วสูง ซึ่งเหนือกว่าวิธีการพิมพ์ด้วยหมึกแบบ Inkjet เดิมอย่างมาก จุดเด่นคือการพิมพ์แต่ละชั้นใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที ทำให้ต้นแบบทั้งบอร์ดเสร็จสิ้นได้ภายในหนึ่งวัน ที่สำคัญ Kupros ยังออกแบบให้สามารถบัดกรีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ลงบนบอร์ดพิมพ์ได้ทันที เพื่อเร่งการทดสอบและปรับแก้แบบในเวลาเรียลไทม์

ผลกระทบต่อการออกแบบและพัฒนานั้นมีนัยสำคัญ วิศวกรสามารถเปลี่ยนไฟล์ CAD ให้กลายเป็นวงจรที่ใช้งานได้จริงในเวลาไม่กี่ชั่วโมง ดังนั้นวงจรการทดสอบและพัฒนาผลิตภัณฑ์จึงสั้นลงอย่างเห็นได้ชัด และยังเปิดทางให้วงจรที่ซับซ้อนหรือยืดหยุ่นมากขึ้นสามารถนำไปใช้งานจริงได้ในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่ อุปกรณ์สวมใส่ (Wearables) ที่วงจรบางและยืดหยุ่นสามารถฝังลงในผ้า, ยานยนต์ ที่วงจรถูกพิมพ์ลงบนคอนโซลรถโดยตรง ลดขั้นตอนการประกอบ, ไปจนถึง อากาศยานและการป้องกันประเทศ ที่ต้องการชิ้นส่วนเฉพาะทางที่มีสมรรถนะสูงและตรงตามมาตรฐานเข้มงวด

Cu29 เป็นเส้นพลาสติก (filament) สำหรับการพิมพ์ 3 มิติที่มีส่วนผสมของทองแดงคุณภาพสูง ช่วยให้นักพัฒนาสามารถพิมพ์วงจรอิเล็กทรอนิกส์ลงบนชิ้นส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพและสะดวกกว่าเดิม

อีก 5-10 ปีข้างหน้า สู่สายการผลิตจริง

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังไม่ไร้ข้อจำกัด วงจรที่ได้จากการพิมพ์สามมิติยังมีความทนทานและคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ไม่สามารถทัดเทียมกับแผงวงจรดั้งเดิมสำหรับการใช้งานหนักได้ อีกทั้งต้นทุนต่อหน่วยยังสูงเกินไปหากต้องการผลิตในปริมาณมาก ทำให้เหมาะกับการสร้างต้นแบบและการผลิตเฉพาะทางมากกว่าการผลิตอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ

ผู้เชี่ยวชาญคาดว่าในอีก 5–10 ปีข้างหน้า เมื่อเทคโนโลยีการพิมพ์และวัสดุได้รับการพัฒนามากขึ้น วงจรพิมพ์สามมิติจะก้าวเข้าสู่สายการผลิตจริงและเปลี่ยนภูมิทัศน์ของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์อย่างสิ้นเชิง สิ่งที่เกิดขึ้นไม่ใช่เพียงการปรับปรุงกระบวนการผลิต แต่เป็นการเปิดประตูสู่ยุคใหม่ของการออกแบบและสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ทั้งรวดเร็ว ยืดหยุ่น และตอบโจทย์ตลาดได้ดีกว่าที่เคย

แหล่งที่มา

Who says circuits can’t do yoga?