Узнайте, как гибкая гибридная электроника может сократить отходы, сократить расходы и укрепить цепочки поставок в США.
Доктор Скотт Миллер.
Интересное проектирование
В последнем выпуске Lexicon мы встретились с доктором Скоттом Миллером, директором по технологиям компании NextFlex, чтобы обсудить, что такое гибридная электроника, почему она важна и как она меняет будущее производства в США.
Также подпишитесь на IE+, чтобы получать эксклюзивную информацию и контент премиум-класса!
Что такое гибридная электроника?
«Гибридная электроника сочетает в себе печатную электронику и традиционную сборку электроники», — пояснил Скотт изданию IE.
«Вы буквально печатаете (как на струйном принтере или с помощью других технологий) детали электронной системы. А для более сложных деталей интегрируете обычные полупроводниковые компоненты», — добавил он.
Такое сочетание технологий позволяет инженерам выйти за рамки жёстких печатных плат и буквально выйти в новые измерения. «Мы можем печатать на объектах, внутри объектов и даже совместно печатать структурные и электронные элементы», — сказал Скотт.
«Электроника становится частью структуры, встроенной во весь объект», — добавил он.
Результат? Электроника с принципиально иными форм-факторами и функциями, разработанная для большей лёгкости, адаптивности и адаптации к конкретным условиям. От самолётов до медицинских приборов, эти встраиваемые системы могут работать эффективнее и реже выходить из строя.
Влияние на промышленность
Скотт подчёркивает, что технологии NextFlex уже оказывают ощутимое влияние в секторах с высокими ставками. «Эти три области (оборона, аэрокосмическая промышленность и здравоохранение) являются ключевыми сферами, где гибридная электроника сегодня находит применение», — отметил он.
Яркий пример: антенны, напечатанные непосредственно на БПЛА. «Вместо того, чтобы добавлять хрупкий внешний компонент, можно напечатать антенну прямо на корпусе», — сказал Скотт.
«Он становится более прочным, его можно лучше настроить по направлению сигнала, и в то же время он легче», — пояснил он.
В здравоохранении этот сдвиг столь же революционен. «Мы все привыкли к носимым устройствам, таким как умные часы», — сказал Скотт.
«Но теперь мы предлагаем надеваемые на кожу устройства — носимые мониторы состояния пациентов, которые можно носить несколько дней или даже недель. Они обеспечивают непрерывную передачу данных врачам, что повышает качество лечения и позволяет пациентам быстрее выписываться из больниц», — сказал он.
Возможность создания удобных, долговечных и многофункциональных устройств уже расширяет возможности домашнего мониторинга состояния здоровья и ухода за хроническими заболеваниями — двух быстрорастущих секторов инноваций в здравоохранении.
Создание будущего распределенного производства
Помимо повышения производительности, гибридная электроника также решает важнейшие проблемы цепочки поставок и устойчивого развития. «Мы были сосредоточены на американском производстве ещё до того, как это стало модным», — рассказал нам Скотт.
«Одна из самых больших возможностей заключается в том, что гибридная электроника снижает капитальные затраты на вход на рынок. Это означает, что малые и средние компании могут производить конкурентоспособную продукцию, не прибегая к масштабированию», — добавил он.
Такой переход позволяет локализовать и распределить производство — размещать компоненты ближе к месту их использования, что снижает как воздействие на окружающую среду, так и геополитические риски.
«Если вам не нужно отправлять деталь по всему миру шесть раз в процессе производства, вы экономите время, выбросы и затраты», — сказал Скотт. «Кроме того, вы меньше подвержены влиянию пошлин или стихийных бедствий, сосредоточенных в одном регионе», — добавил он.
Этот процесс также имеет существенное преимущество с точки зрения устойчивого развития. «При традиционном производстве печатных плат металл наносится повсюду, а 50–90% удаляется травлением», — пояснил он. «При печати вы используете только необходимое — меньше отходов, меньше затрат», — добавил он.
Цифровой рабочий процесс
Гибридная электроника не только открывает новые формы, но и меняет подход к проектированию продуктов. «Мы любим говорить, что гибридная электроника — это цифровой процесс от проектирования до производства», — пояснил Скотт.
«Будь то струйная печать, прямая печать или трафаретная печать, всё начинается с цифрового файла. Это позволяет гораздо быстрее перейти от концепции к прототипу», — добавил он.
Он добавляет, что отказ от традиционных инструментов и приспособлений может значительно сократить циклы разработки. «Вы можете быстро перебирать проекты и использовать одни и те же инструменты как для прототипирования, так и для производства», — сказал он нам.
Благодаря такому сближению цифрового проектирования и физического производства гибридная электроника становится передовой технологией «Индустрия 4.0», ключевым фактором модернизации традиционных производственных процессов.
Печать в момент необходимости
Одним из особенно перспективных вариантов использования является «производство по месту необходимости», то есть возможность производить или ремонтировать устройства именно там и тогда, когда они нужны.
«Если вы работаете в армии и конденсатор радиостанции перегорел, разве не лучше починить его на месте, чем везти на другой конец света?» — задался вопросом Скотт. «Гибридная электроника позволяет это сделать. А сами инструменты могут создать стерильную среду, необходимую для надёжной печати даже в самых сложных условиях», — добавил он.
Этот подход применим и в космосе, и под водой, и в других экстремальных условиях, где традиционные цепочки поставок дают сбои. Как говорит Скотт: «Если вы можете печатать то, что вам нужно, и там, где вам нужно, вы не ограничены логистикой».
Прорывы в материалах
Одним из наиболее интересных достижений в этой области является развитие печатных проводящих чернил.
«Мы перешли от серебряных хлопьев в связующих к чернилам с наночастицами, а теперь и к чернилам без частиц», — рассказал нам Скотт. Эти новые чернила не содержат взвешенных металлических частиц, а вместо этого используют химические процессы для формирования твёрдых металлических следов в процессе печати.
«Они ведут себя гораздо больше, чем традиционная травленая медь, и это открывает двери для высокочастотных приложений, таких как радары и 5G», — сказал он.
Он также отмечает, что разрабатываются высокотемпературные чернила для печати, способные выдерживать экстремальные условия. «В автомобильной промышленности могут потребоваться материалы, выдерживающие температуру выше 200 °C. В аэрокосмической промышленности — возможно, до 750 °C. Мы работаем над чернилами, соответствующими этим требованиям», — пояснил он.
Подготовка рабочей силы
NextFlex не просто продвигает технологии, она готовит людей к работе, которая с ними связана.
«К счастью, многие навыки, полученные при обычной сборке электроники, сохраняются», — говорит Скотт. «Но мы также разработали программы обучения, охватывающие как STEM-программы для учащихся школ K–12, так и муниципальные колледжи, включая переподготовку кадров», — пояснил он.
NextFlex сотрудничает с университетами, колледжами и промышленными предприятиями, создавая полный кадровый резерв — от студентов до опытных специалистов. «Существует огромный спрос на передовых специалистов в сфере производства, и мы делаем всё возможное, чтобы его удовлетворить», — сказал он.
Несмотря на растущую роль автоматизации, человеческий опыт остаётся критически важным. «Да, это высокоавтоматизированный процесс, но он всё ещё требует практического участия», — отметил Скотт. «Люди управляют инструментами, обслуживают их и внедряют инновации в процессы», — добавил он.
Что дальше?
Скотт откровенно говорит о сохраняющихся барьерах. «Одна из самых больших проблем — это осведомлённость», — пояснил он. «Компании не могут разрабатывать решения для технологии, о существовании которой не знают. Но как только они её поймут, обычно следует её внедрение», — добавил он.
Технические проблемы сохраняются, но сообщество сплочённое и готово к сотрудничеству. «Отличная новость заключается в том, что у нас есть экосистема из более чем 200 организаций — промышленных, академических и государственных — которые вместе работают над их решением», — пояснил он.
Что касается регулирования, оно зависит от сферы применения. «В здравоохранении или аэрокосмической отрасли, конечно, существуют строгие стандарты, и это правильно. Но в сфере потребительской электроники можно двигаться гораздо быстрее», — сказал он.
Заглядывая в будущее, Скотт видит светлое будущее. «Больше всего меня воодушевляет то, что мы находимся на переломном этапе. Сейчас мы наблюдаем резкий рост внедрения. И чем больше людей спрашивают: „Можем ли мы сделать с этим X или Y?“, тем больше возможностей будет открываться», — сказал он.
От беспилотных летательных аппаратов до медицинских мониторов, от преимуществ для окружающей среды до устойчивости цепочек поставок — гибридная электроника представляет собой больше, чем просто производственную технологию; она знаменует собой фундаментальный сдвиг в нашем восприятии электроники в целом.
Как говорит Скотт: «Мы только начинаем. Как только эта технология получит широкое распространение, возможности станут безграничными».
Sourse: interestingengineering.com
