专家访谈：Nano Dimension 联合创始人 Simon Fried 谈电子 3D 打印的兴起

电子世界是一个年轻但蓬勃发展的 3D 打印领域。从无人机和卫星到笔记本电脑和智能手机，电子设备在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。然而，这些设备的运行依赖于电子元件，例如印刷电路板 (PCB)、天线和传感器。

3D 打印正在重新定义这些组件的传统设计方式，部分原因是提供更快的产品开发和更高的设计复杂性，尤其是在非平面（即非平面）几何形状领域。

纳米尺寸 是一家在印刷电子产品增材制造领域处于领先地位的公司。这家以色列公司成立于 2012 年，开发了自己的技术——DragonFly Pro 系统——可以同时 3D 打印金属和介电聚合物。使用该技术，公司能够以更快的速度和更低的成本在内部进行 3D 打印原型。

在本周的专家访谈中，我们与 Nano Dimension 的联合创始人兼总裁 Simon Fried 进行了交谈，讨论了电子 3D 打印的兴起以及 Nano Dimension 如何为这种独特的产品铺平道路申请。

你能告诉我们一些关于 Nano Dimension 的事情吗？

Nano Dimension 专门为电子产品提供增材制造。以前，电气工程师无法通过使用 3D 打印来测试想法。此外，当今电气工程师面临的问题——例如大量的规划和外包给第三方——可以通过能够 3D 打印电路来解决。因此，我们的解决方案提供了 3D 打印在机械环境中提供的自由、灵活性、保密性和一般实用性，并将其带入电子产品。这是一方面。

具体谈谈您的 DragonFly Pro System 技术，您能否谈谈它带来的价值？

当然——假设您是一名电气工程师，需要为您雇主的下一个产品设计下一个 PCB（电路板）。您必须做的第一件事是确定产品中需要使用的内容以及使用正确的组件和传感器。这通常是电路板的设计方式。这是使用 EDA（电子设计自动化）软件完成的——本质上，您使用的是复杂的设计软件，并且通常还会在将您的设计发送给第三方制造商之前进行大量仿真。

Nano Dimension 允许电气工程师通过我们的技术来设计和增材制造物理板，以确保其设计正确，并查看是否存在任何错误、疏忽或改进机会。这不是必须获得采购订单或让第三方来制造电路板，这可能需要长达数周的时间，具体取决于设计的复杂性和供应商的可用性。

使用我们的技术，您可以在大约一天内从构思到打印出来。我们有一些客户能够在一天半的时间内完成 6 周的工作，因为他们能够自己打印电路板进行测试，而不是等待第三方供应商交付。

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通过在原型制作方面消除中间商，我们使公司能够在设计时承担更多风险。设计人员能够更频繁地测试更多的想法，并秘密地进行开发和测试。如果你能快速、低成本地开发，那么失败的成本就会降低，这意味着人们不害怕创新。

许多国防公司与我们取得联系的原因之一正是因为他们通常在发送哪些设计以及发送给哪个供应商方面受到很大限制。在将任何东西发送给第三方之前，他们会深思熟虑——有时他们只是不被允许。

因此，我们的技术可以让您做许多与增材制造相同的事情，您可以在机械环境中但在电子环境中做这些事情。

增材制造还能为电子产品带来哪些好处？

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增材制造使您可以制作其他方式无法制作的形状和几何形状。对于习惯于在非常二进制的环境中工作的电气工程师来说，所有平面都有垂直或水平信号迹线，这太棒了。

电子世界不像机械工程师的任务那么宽容，在那里你可以用许多不同的方式解决一个问题，而且没有那么多限制。电子产品没有任何这些自由度——它由传统制造工艺和您计划使用的组件非常精确地定义。因此，当涉及到如何设计和制造时，您就束手无策了。

有了添加剂，您可以为电气工程师开辟大量新的设计机会，他们突然能够制造出具有截然不同的非平面几何形状，因为现在关于您如何设计事物的限制要少得多。

直到现在，人们从未想过要设计不同的东西，因为他们不能制作 不一样。

对我们来说，这是一种两管齐下的方法：一是您想让人们制造他们今天制造的传统 PCB 和 RF 电子产品，但更有效、更高效、更独立。但我们也希望让人们开始制作不同的东西，而不仅仅是制作不同的东西。这就是我们正在做的事情的愿景，改变制造过程，使其成为可以在内部完成并因此具有更大设计自由度的东西。

3D 打印电子产品面临哪些挑战？

这是非常复杂的增材制造，因为我们同时打印金属和聚合物。金属最好在高温下印刷，并且有自己的一套成功印刷的要求，这通常与对聚合物有益的要求截然不同。这意味着，当我们试图让金属和聚合物彼此和谐相处时，会遇到很多材料、工艺和分辨率方面的挑战——他们通常不想这样做。

我们正在专注于同时以非常高的分辨率打印两种功能材料。

电子 3D 打印市场的现状如何？

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整个 3D 打印电子产品领域都是一个年轻的空间。在其中活跃的公司并不多。但我们所看到的是，该领域的发展方式与传统增材制造的发展方式非常相似，而且这种新技术的早期采用者通常是那些将脚趾浸入传统 3D 打印水中的公司，也许 10 年之前。

采用增材制造的领导者是同一种行业，它们现在正朝着增材电子的方向迈进。这就是急于采用这些系统的航空航天、国防和研发组织。因此，3D 打印电子产品是一项令人兴奋的新技术，最具前瞻性的公司或具有重大研发需求的公司正在采用它。

您如何看待未来几年电子产品增材制造的发展？

风景真的很刺激。我们看到的是机械世界和电气世界越来越接近。这一旅程的一个关键部分是机械设计软件，如 Autodesk、Solid Edge 和 SolidWorks。这些公司中的大多数也正在转向提供电气设计软件。因此，设计师将能够以更加一体化的方式设计电子和机械零件。

如果我们考虑一下我们将来会看到的产品种类，理想情况下每个人在他们的产品或工厂中都会拥有的设计是将机械需求与电气功能完美结合的设计，例如通信或计算，需要。

以柔性手机为例，我们看到机械性能正在迅速发展，这意味着电气功能也必须随之发展。我们可以看看可穿戴设备之类的东西——试图让可穿戴设备包含电子痕迹，这是非常困难的。今天的许多可穿戴设备还没有提供最佳的外形尺寸。

因此，无论是可穿戴设备还是其他产品，这些机械和电气世界都越来越接近彼此。他们必须同时做更多的事情。最终，他们必须适应任何客户或用户的目标和需求。物联网趋势也对设计师提出了新的要求，他们越来越需要考虑如何将电气方面引入历来是“哑巴”部件的地方。

从长远来看，我们认为 3D 打印机将打印出更高比例的最终产品，包括目前在单独机器上完成的工作——无论是在电气或机械方面、组装还是美学（例如着色元素）——都将在同一台机器上完成，这些机器将制造非常复杂、高度可定制的产品。

在短期内，我们相信它的发展方式与机械增材领域的发展方式大致相同。在过去的十年中，人们一直在谈论快速原型制造，而真正采用增材制造技术的公司只有少数几家。人们能够通过服务局获得增材制造，这对这有很大帮助。

现在 3D 打印电子领域处于相同的位置——现在可能是大约 5 年前传统 AM 领域所在的位置。但它会更快地迎头赶上，因为现在有了更多的认识：电气工程师并不是一无所知地进入增材制造，因为他们已经看到了他们的机械同事可以访问并且已经能够做的事情。因此，我们将看到它可能比传统机械应用更快地解决离散制造机会。

目前，它主要是快速原型制造，但可能只有几年的时间才能看到电子产品的大批量增材制造。这是因为当今几乎所有产品都涉及电子产品：汽车、个人电脑、家庭、电话。而现在随着物联网的出现，一切都将与一切对话。这意味着大多数产品将以一种或另一种方式通电。因此，一切都将进行通信，甚至可能在一定程度上进行计算。

随着电子产品的所有这些趋势进入前所未有的领域，无论是食品包装、汽车还是植入物等医疗设备。这些东西都会改变，它们都需要更好的方法来制造更小的东西，或者更好的方法来制造更复杂的东西，或者更好的方法来制造更多功能的东西。在这个时代，这些最终将需要电子设备来适应新的要求。

您提到 3D 打印电子产品还很新，市场上的公司很少。是什么让 Nano Dimension 成为该领域的市场领导者？

除了 Nano Dimension 推向市场的产品外，我认为目前没有任何企业或专业产品可用于 3D 打印电子产品。就像您拥有可能使用 Makerbot 型打印机之类的家用打印机的创客社区一样，在打印电子产品方面，有几家公司活跃在该领域。但是在企业级别没有任何其他解决方案。

因此，我们提供的是一种非常独特的产品，是电气工程师或想要改变电子产品设计、制造和创新方式的公司的一站式服务点。据我所知，他们在其他任何地方都找不到这样的解决方案。

Nano Dimension 与许多不同垂直领域的公司合作。您能否举例说明您的技术已成为一项资产的垂直行业和用例？

一个关键的垂直领域是航空航天和国防，一个很好的例子是天线。

当涉及到 3D 打印电子产品时，您可以打印电路板、天线或具有结构和电气功能的部件。然而，天线有点像黑色艺术：在设计它们时，你永远不知道它们将如何工作。在您知道自己已经为特定需求做出了最佳设计之前，需要进行大量迭代和反复试验。

在天线方面，我们最近与一家名为 Harris Corporation 的公司合作，在那里我们取得了令人兴奋的突破。 Harris 希望将该技术应用于天线和测试，这并不是我们最初提出的用例。 Harris 帮助我们了解，对于那些同样专注于设计天线的人来说，这是一个很好的解决方案。

更重要的是，我们发现 3D 打印天线的性能与传统制造的天线完全相同。

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因此天线是一个特别相关的应用领域，它属于航空航天和国防垂直领域，其中非常高复杂性的小批量制造是重点。总的来说，这是增材制造的一个甜蜜点，在那里你会看到复杂性和低产量。

如果您正在考虑数亿的产量，那么增材制造不是任何行业的答案，至少现在不是。但它肯定是在航空航天领域，在那里没有太多的体积问题，而是有可靠性和解决复杂问题的元素。

为什么航空航天和国防如此重要？国防公司需要保持高度的保密性。另一个限制是他们被允许合作的供应商数量有限，而且他们将设计文件发布给第三方的内部程序非常复杂。这些类型的公司在从事离散和高价值项目时同时需要安全性和小批量制造。这就是添加剂真正起飞的地方，在机械类型的应用中也是如此。因此，我们在发现应用程序首先发生的位置方面紧随其后。

在设计 3D 打印电子产品时是否存在挑战？

如果你想用我们的技术制作传统的绿色印刷电路板（PCB），就是方形的或矩形和平面，那是您拥有电子设计自动化软件的空间。

您在 3D 世界中有 CAD 软件，在电气世界中有 EDA 软件，这是我们可以直接工作的软件和。如果您使用该软件来设计电路板，我们的软件本质上将与传统设计软件进行交互并打印出来。这是现有的流程，使用现有的文件格式，我们不需要任何人做任何以前没有做过的事情。

当您开始研究所谓的非平面电子电路时，您在软件方面确实遇到的挑战，实际上是创建不平坦的电路。例如，绿色主板不是矩形，而是金字塔或立方体，因为这种形状以更优化的方式适合特定空间。

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当您考虑设计不使用传统分层 PCB 平面设计方法的 3 维电子产品时，当今的电气工程师非常有限。他们无法设计出非平面的电气轨迹，因为这就是 PCB 的传统制造方式。然而，如果他们能够设计出倾斜的轨迹，那将会非常有用。目前，如果设计师想要做一些不同的事情，那么一些可以消除很多限制的东西，例如设计非平面电路，他们将不得不使用机械 CAD 软件，这确实是为机械工程师设计的。

目前，虽然我们的打印机当然能够打印非平面几何图形，但目前还没有能够设计此类零件的 EDA 软件。这就是为什么我们现在看到像 Siemens 或 Dassault Systèmes 这样的大公司希望将电气和机械设计领域与其软件包集成在一起。 Nano Dimension 为 SolidWorks 开发了一个插件，可直接集成到我们的精密 3D 打印系统中。

我们也看到了与传统 3D 打印相同的轨迹。如果我们回到十年前询问人们他们使用哪种 CAD 软件来设计全色零件，该软件不一定能够促进此类设计。尽管肯定有打印机能够以物理上可以打印的方式沉积颜色，但设计起来非常困难或不可能。

电气领域也有类似的东西，打印机当然可以打印，但我们可能要等几年才能真正开发出设计软件中的功能。

所以设计软件正在赶上硬件？

是的，非常如此。特别是在非平坦区域。非平面的新几何形状需要新的设计软件，这些软件正在等待中。

就更普遍的增材制造而言，该行业仍面临哪些核心挑战？

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增材制造面临着不屈服于第二波炒作的挑战。我们都知道 2010 年左右的 3D 打印大泡沫，这是由炒作和过度预期推动的，该行业陷入了自己的叙述中。现在我们看到的是人们使用“增材制造”而不是“3D 打印”这一术语的重演。

所以问题是系统真的会开始及时交付，以免被视为又一波炒作吗？这对行业中的每个人来说都是一种风险。该技术能否继续向制造业过渡？

当然，增材制造现在更容易发挥制造作用，因此通常是一个问题，即它作为商业工具将扮演什么角色。它曾经只是一种时间压缩原型工具，但现在 AM 是一种可供组织采用的技术，就像他们采用任何其他制造技术一样。我们看到的是将不同类型的增材制造系统集成到传统生产线中。角色正在从早期设计阶段转变为通过生产夹具和测试夹具或实际生产最终零件来补充制造。

除此之外，增材制造行业肯定需要更多材料的解决方案. 3D 打印理论上能够生产具有高度复杂性和功能性的部件，无论是机械、生物还是电气部件。但要做到这一点，归根结底是要有足够的材料选择。聚合物变得越来越坚固，现在可印刷的金属范围更广，对于电子产品而言，介电常数等附加功能方面至关重要。

除了材料，还有标准问题。为了作为一个行业适当成熟，您需要拥有每个人都认同的标准。您需要有流程，例如跟踪产品和确保文件 IP 保护的方法。因此，对于该行业而言，如何有效部署这些技术将不再是浮华和魅力，而是更多的细节。

您对增材制造不会屈服于第二波炒作的信心有多大？

我有相当多的希望，因为此时有越来越多的大公司参与进来，我们看到了实际的战略，而不仅仅是兴奋。所以我认为是的，现在这个行业有足够多的大公司和足够多的经验丰富的人，它会迎难而上。所以是的，这是一个巨大的机遇，但并非没有挑战。我认为增材制造行业将兑现其承诺。

对于希望采用增材制造但不知道从哪里开始的公司，您有什么建议？

对于对增材制造一无所知或知之甚少的公司，我的建议是了解这种类型的制造是一个重要的考虑因素。这是一个复杂的空间，有许多不同类型的打印机、材料等。您决定探索和尝试的技术很可能不是正确的。

因此，人们需要非常清楚自己想要做什么，并为学习曲线做好准备——通常获得系统的工程师不一定对如何部署它有深入的了解.我们当然建议人们多学习，他们应该早点而不是晚点与服务机构接触，并开始了解不同的技术是什么，而服务机构是了解产品是什么以及不同沉积技术和材料实际上如何的一种非凡方式满足您组织的需求。

有很多机会，最好有条不紊地探索它们并愿意学习。

所以提前计划，使用服务局，了解不同方法之间的巨大差异。没有“增材制造”这样的东西，它实际上是哪种材料和哪种机器最适合您的特定应用。

最后，Nano Dimension 将在 2019 年举办什么活动？

我们希望 2019 年对我们来说和 2018 年一样重要。虽然我无法评论具体细节，但我们将继续像今年一样推出我们的技术。总体而言，我们非常有信心电子产品的增材制造将与机械零件的增材制造一样受到欢迎——甚至可能更受欢迎！

图片由 Nano Dimension 提供。
要了解有关 Nano Dimension 的更多信息，请访问： https://www.nano-di.com/