通過將傳感器和發送器內置到設備中來相互連接設備和Internet

2021-01-10 INeng財經

五年前,這本來是人類的命令。如今,Alexa只是互連的「智能」設備龐大網絡中的一個虛擬個人助理,該設備總數達84億個,席捲全球。這種「物聯網」或IoT背後的概念很簡單:通過將傳感器和發送器內置到設備中來相互連接設備和Internet,因此與單獨運行相比,它們可以「通信」並共同發揮更好的功能。物聯網的概念可以追溯到1980年代,但是能夠容納數十億個連接設備的支持技術(RFID,可靠的傳感器網絡和更新的網際網路協議(IPv6))直到21 世紀才問世。

功能性物聯網系統的要素已經存在多年,但是由於高昂的研發成本,時間和風險,如今還沒有完美的物聯網解決方案。但是,有理由感到樂觀。

例如,最近印刷電子增材製造的出現,使工程和設計實驗室改變了研發領域的遊戲規則。3D列印提供的更大的設計自由度,壓縮的項目時間線和完全內部的工作流程,為期待已久的IoT革命奠定了基礎。

數量和網絡實力

物聯網的最大承諾之一就是它提供的可靠邏輯結構。通過將許多自治系統整合在一起,物聯網系統可以在人類智能無法理解的水平上進行通信和解釋數據。從更大的「大數據」池中獲得的見解使效率,規模和性能方面的任何新可能性成為可能。憑藉使上述所有流程自動化的能力,IoT系統預示著我們如何實時使用和受益於技術的重大變革。

加速物聯網原型設計

每個物聯網系統至少具有兩個關鍵組件:傳感器和連接設備,例如射頻識別(RFID)標籤和天線。這些電子組件通常都具有複雜的多層電路。使用傳統的減法製造方法(例如銅蝕刻)逐層製造這些印刷電路板(PCB)組件,然後進行後處理步驟以將它們組合為一個單元,通常需要幾天甚至幾周的時間。

研究實驗室通常內部沒有笨重的PCB製造設備,因此必須將設計外包或離岸用於製造和測試樣品產品,這會增加額外的時間,成本並增加智慧財產權(IP)盜竊的風險。

那就是先進電子產品增材製造可以提供幫助的地方。3D列印的這一高級分支提供了通過材料沉積(而不是抽象)以非常精確的水平向PCB,模製互連設備(MID)和其他組件創建對象的能力。

3D列印電子產品的主要優勢在於較低的材料成本,因為擠出了幾乎準確量的墨水,以便對每個組件進行3D列印。相反,傳統的製造方法(例如銅蝕刻)浪費了原來使用的銅量的50%至70%。

除了材料成本,現代電子產品增材製造系統還為物聯網系統設計人員和工程師提供了其他優勢。例如,Nano Dimension的DragonFly Pro系統可同時沉積介電聚合物和導電跡線,以生產功能電路原型,從而實現了設計自由,敏捷的工作流程和生產速度。

作為一個緊湊的一體式工廠工廠,DragonFly Pro系統將原型和物聯網組件製造從大型溼法工廠引入到更小的實驗室和辦公室。這實現了真正的內部開發,而沒有與第三方分包商相關的智慧財產權風險和運輸成本。

增材製造可實現新的物聯網設計

3D列印電子產品在時間,成本和風險方面對當前的製造方法進行了改進,並且增材製造工藝還允許採用減法來實現新的零件設計,這些零件目前很難(即使不是不可能)。

對於傳感器設計,增材製造消除了許多傳統限制,尤其是與平面電氣設計有關的限制。結果是可以創建高度定製的表面形貌,以方便傳感器組件的傾斜放置,並在單個設備中合併多種功能。在天線和RFID標籤生產中,能夠創建小型化的柔性電子結構意味著可以將它們放置在更多的產品和位置上。

如今,諸如Nano Dimension等公司的增材製造技術消除了傳統電子技術開發的局限性和機器限制。現在唯一的限制就是人類的創造力。

然後,重要的問題變成:您將如何展望增材製造和物聯網的未來?

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