ESD 安全产品的 3D 打印技术

静电放电是自然界的普遍现象 . 它可能由电气短路（短路）、电介质击穿或当两个带电物体（静电）之间发生接触时引起，导致电流突然和短暂流动。 ESD 通常以两种方式产生。 其中之一是摩擦带电，当两种材料连接然后分离时会发生，导致电位差 . ESD 事件发生的另一个原因是静电感应。当带电物体靠近未与地面接触的导电物体时，就会发生这种情况。

视频 1. 航空中的静电放电风险。资料来源：飞机科学。

每个人在生活中的某个时刻都经历过 ESD 事件。 ESD 在日常生活中有很多例子，包括闪电、尼龙/羊毛衣服、塑料梳子或滑梯引起的头发静电、粘在皮肤上的聚苯乙烯泡沫塑料、电视屏幕清洁后几秒钟后积聚的灰尘、著名的“触摸门把手或其他人时发出“火花”或“踢”。

与 ESD 相关的风险

ESD 事件大多对人类无害，但对人类来说很烦人 . 静电也是一种非常有用的现象。基于静电的技术用于复印机、空气净化器中的静电除尘器、静电喷漆或干燥纸/干燥球。然而，在某些情况下，ESD 可能非常危险并会产生可怕的后果，尤其是在制造业或高风险行业。

图 1. 主板 ESD 事件的严重后果。资料来源：Techno 常见问题解答。

ESD 对敏感电子产品的威胁很大 ，尤其是集成电路和微芯片。 当高压电流通过它们时，它们可能会永久损坏（灾难性或潜在损坏）。这可以通过三种方式发生：

1. HBM（人体模型）- 人体将静电荷转移到设备。

2. MM（机器模型）- 带电的导电物体，如金属工具或夹具，转移静电充电。

3. CDM（带电设备模型）- 当静电荷通过包装或工作表面转移时发生。

静电放电也非常 在具有潜在爆炸性气氛的环境中很危险 , 例如含有气体、燃料蒸气、煤尘甚至面粉粉尘的空间。

ESD 防护

ESD 防护 在制造车间、装运中心或存在易燃易爆环境的空间中至关重要。

图 2. ESD 安全工作区。来源：安全工作技术。

有很多抗静电材料， 专门为保护人员和设备免受静电放电后果而精心设计和制造的物质和设备。 ESD保护方案包括：

• 化学制剂。

• 电气接地。

• ESD 服装、防静电腕带、ESD 夹具和固定装置。

• 用于存储和运输电子产品的防静电袋。

• 生产线上的电离棒。

• ESD 办公家具。

• 洁净室旨在防止灰尘、空气传播的有机体或汽化颗粒进入室内，并防止病毒、有害物质或外出辐射。

• 机器的抗静电系统使用电子或光发射来减少 ESD。

适当的 ESD 安全措施不仅可以保护设备故障，还可以减少与故障相关的经济损失，甚至可以挽救生命。

3D 打印中的 ESD 安全

注塑成型和 CNC 加工等减材生产方法已经存在很长时间，非常适合大规模生产标准化工具。但在生产少量高度定制的工具、夹具或夹具时， 增材制造是最佳选择 .模具的设计和制作需要很长的时间，而且生产少量的定制工具和夹具并不划算。此外，CNC 加工中使用的高级塑料非常昂贵，而且经常在加工过程中被浪费掉。 使用 3D 打印在内部和按需制造定制的专业工具、夹具和固定装置是许多企业向前迈出的一步，因为它具有许多优势。如果使用合适的材料，传统工具或夹具的 3D 打印版本可以更坚固、更耐腐蚀、更轻，而且在内部制造更便宜、更快捷，而不是通过外部承包商通过注塑成型或 CNC 加工。所有这些都为制造商提供了更大的灵活性和定制的可能性 基于公司需求的工作流程。 3D 打印花费的时间更短，价格更实惠，而且由于只打印需要的东西，因此消除了材料浪费。

视频 2. 成功案例 - Mercury Systems 开始 3D 打印 ESD 安全工具和夹具。来源：Essentium。

ESD 安全也不例外 ，自从3D打印 - 它是一个快速适应的学科 - 已经有一个经过充分测试和可靠的解决方案来制造抗静电工具、夹具和固定装置。 3D 打印中的 ESD 安全材料可以有多种形式。有抗静电丝、粒、树脂、粉。

灯丝

ESD 安全灯丝 使用多种技术实现抗静电性能 ,最常见的是炭黑或石墨 填料 .聚合物中碳填料的量决定了表面电阻率（以欧姆为单位测量）的水平——导电、耗散或绝缘。 使材料抗静电的另一种方法是添加 抗静电涂层或 ，与 Essentium 一样 ，导电纳米聚合物的表面层，可降低 ESD 填料或涂层常见的性能下降风险。

图 3. 硬盘外壳（左）和使用基于 Zortrax-Z ESD V2 PET 的灯丝 3D 打印的电导率计。来源：Zortrax。

几乎所有常用于 3D 打印的聚合物都有 ESD 安全选项。 有抗静电标准塑料（ABS、PLA）和工程塑料（PA、PET、PCTG），也有专为高级应用设计的抗静电塑料（PEKK、TPU）。

图片 4：使用 3DXTech 的 ESD PLA（左）和 Nanovia 的 ESD ABS（右）打印的安全电子外壳。来源：Filament2Print。

有专为特定领域设计的抗静电线材，例如 Essentium TPU 58D-AS 来自柔性高级灯丝家族。

图 5. 使用 TPU 58D-AS 3D 打印的标签。来源：Essentium。

除了在航空航天工业中的应用， 这种灯丝可用于 3D 打印耐磨面板盖、ESD 安全储物盒或 ESD 安全防尘帽。 在许多电子工厂中，灰尘和其他颗粒往往会积聚静电并引发系统故障。

Nanovia ABS ESD 3DXSTAT ESD PLA Essentium TPU 58D-AS Zortrax Z-ESD V2

树脂和粉末

还有用于 3D 打印的非灯丝选项 防静电 对象 ，例如树脂 用于 SLA 3D 打印 , 和粉末 用于 SLS 3D 打印 .它们都具有出色的特性，具体取决于塑料和预期应用 - 从汽车工业和科学技术仪器到消费电子产品。

图 6. Sinterit 采用 PA11 ESD 的 3D 打印外壳。来源：Sinterit。

ESD 安全树脂和粉末适用于 3D 打印抗静电工具、夹具和夹具 用于电子元件的生产、组装和测试，以及用于爆炸性环境的元件的生产。 一些防静电材料甚至有 防尘性能 . 如前所述，灰尘和其他颗粒往往会积聚静电并增加发生 ESD 事件的风险 .由于大多数塑料会吸附灰尘和污垢，因此在 ESD 敏感环境中使用 ESD 安全选项会更加安全。

图 7. 使用 Formlabs 防尘 ESD 树脂打印的工具和固定装置。资料来源：Formlabs。

其中一种材料是 Formlabs ESD 树脂 ，可用于 3D 打印工具和夹具，即使是最苛刻的制造条件。

Formlabs IBT 树脂 Sinterit PA11 ESD 粉末 精密防静电镊子 Novus 1 抗静电 3D 打印机清洁剂

防静电配件

3D 打印领域的 ESD 安全不仅限于打印丝、树脂和粉末 .还有各种 确保ESD安全的清洁剂和配件 在打印过程中或 3D 打印机的维护过程中。 Lawang ESD 精密镊子在从构建板上移除零件、清洁喷嘴中的材料、移除支撑或打印机维护时非常有用。为最大限度地降低可能损坏 3D 打印机电子设备的 ESD 事件的风险，建议使用 ESD 安全精密镊子。

图 8. Lawang ESD 安全精密镊子。来源：Filament2Print。

在 3D 打印时要采取的另一个预防措施是确保打印表面是 没有灰尘， 颗粒和静电 . 确保这一点的一种方法是使用某种清洁剂，例如 Novus 1 树脂槽用丙烯酸清洗剂。它清洁塑料而不刮伤塑料，并防止起雾、防尘和消除静电。 它对于成功的 SLA 打印至关重要 因为树脂槽中的污垢会使激光偏转并导致打印失败。

图 9. Novus 1 用于树脂槽的丙烯酸清洁剂，可去除灰尘、污垢和静电。资料来源：Formlabs。

3D 打印行业能够满足需要工具、材料和技术的最苛刻行业的需求 这不仅可以确保卓越的性能，还可以确保用途的多样性和安全性。 具有 ESD 安全特性的材料 可以在FDM打印中找到 （抗静电长丝和颗粒），SLA 打印 （ESd 树脂）、和 SLS （抗静电粉末）。得益于 ESD 安全 3D 打印机维护工具和清洁配件，打印表面的安全性也得到了保障。