ESD 安全な製品のための 3D プリント技術

静電放電は自然界でよく見られる現象です . これは、電気的短絡 (短絡)、絶縁破壊、または 2 つの帯電した物体間の接触 (静電気) によって引き起こされ、電流が急激に短時間流れます。 ESD は一般に 2 つの方法で発生します。 その 1 つは摩擦帯電です。これは、2 つの材料が接合されてから分離されるときに発生し、電位差が生じます . ESD イベントが発生するもう 1 つの理由は、静電誘導です。帯電した物体が、地面に接触していない導電性の物体の近くにある場合に発生します。

ビデオ 1. 航空における静電気放電のリスク。出典：航空機科学。

誰もが人生のある時点で ESD イベントを経験しています。 ESD の日常生活の例は数多くあります。たとえば、雷、ナイロン/ウールの衣服による静電気、プラスチック製のくしや滑り台、皮膚に付着した発泡スチロール、掃除後数秒でテレビ画面に集まる埃、有名な「ドアノブや他の人に触れたときにスパーク」または「キック」。

ESD に関連するリスク

ESD 事象は、煩わしくはありますが、人間にとってほとんど無害です . 静電気も非常に有用な現象です。静電気に基づく技術は、コピー機、空気清浄機の静電集塵機、静電スプレー塗装、またはドライヤー シート/ドライヤー ボールで使用されます。ただし、特定の状況では、ESD は非常に危険であり、特に製造業やリスクの高い産業では悲惨な結果をもたらす可能性があります。

画像 1. マザーボード上の ESD イベントの重大な結果。出典：テクノFAQ.

ESD は繊細な電子機器にとって非常に脅威です 、特に集積回路とマイクロチップ。 高電圧電流が流れると、恒久的な損傷 (壊滅的または潜在的な損傷) が生じる可能性があります。これは 3 つの方法で発生する可能性があります:

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HBM (Human Body Model) - 人体は静電気をデバイスに転送します。

MM (マシン モデル) - 金属製の工具や器具などの帯電した導電性物体は、静電気を伝達します。

CDM (Charged Device Model) - パッケージや作業面を介して静電気が移動すると発生します。

静電気放電も非常に 爆発の可能性がある環境では危険 、 ガス、燃料蒸気、石炭の粉塵、さらには小麦粉の粉塵を含む空間など。

ESD 防止

ESD 防止 製造フロア、出荷センター、または可燃性および爆発性雰囲気のあるスペースで最も重要です。

画像 2. ESD 安全な作業スペース。出典:Safety Working TECH.

多くの帯電防止素材があります。 特に人や機器を静電気放電の影響から保護する目的で精巧に製造された物質や機器。 ESD 保護ソリューションには以下が含まれます:

• 化学薬品。

• 電気接地。

• ESD 衣類、静電気防止用リスト ストラップ、ESD 治具および固定具。

• 電子機器の保管および発送用の帯電防止バッグ。

• 生産ラインのイオン バー。

• ESD オフィス家具。

• ほこり、浮遊生物、気化粒子の侵入を防ぎ、ウイルスや有害物質を防ぐように設計されたクリーン ルームまたは外出による放射線。

• ESD を低減するために電子または光電子放出を使用する機械の帯電防止システム。

適切な ESD セキュリティは、デバイスの誤動作を防ぐだけでなく、障害に関連する経済的損失を減らし、命を救うことさえできます。

3D プリントにおける ESD の安全性

射出成形や CNC 機械加工などのサブトラクティブな生産方法は長い間使用されており、標準化された工具の大規模生産に最適です。しかし、少量の高度にカスタマイズされた工具、治具、治具の生産に関しては、 アディティブ マニュファクチャリングが最良の選択肢です .金型の設計と製作には非常に長い時間がかかり、カスタマイズされたツールや治具を少量生産するだけでは十分ではありません。さらに、CNC 機械加工で使用される高度なプラスチックは非常に高価であり、機械加工プロセス中に廃棄されることがよくあります。 3D プリントを使用して、カスタマイズされた特殊なツール、ジグ、固定具を社内およびオンデマンドで作成することは、多くの利点があるため、多くの企業にとって前進です。適切な材料を使用すれば、従来のツールや固定具の 3D プリント バージョンを、射出成形や CNC 機械加工によって外部の請負業者に依頼するよりも、社内で作成する方が、より強く、腐食に強く、軽量で、安価かつ迅速に作成できます。これらすべてにより、製造業者は柔軟性とカスタマイズの可能性を高めることができます 会社のニーズに基づいた作業プロセス 3D プリントは時間がかからず、手頃な価格であり、必要なものだけがプリントされるため、材料の無駄がなくなります。

ビデオ 2. 成功事例 - Mercury Systems は、ESD 安全なツールと固定具の 3D プリントを開始します。出典:エッセンシアム。

ESD 安全性も例外ではありません 、3D プリント以来 - 急速に適応する分野 - 帯電防止ツール、ジグ、固定具を作成するための十分にテストされた信頼性の高いソリューションが既にあります。 3D プリンティングの ESD 保護材料は、さまざまな形で提供されます。帯電防止フィラメント、ペレット、レジン、パウダーがあります。

フィラメント

ESD 安全なフィラメント さまざまな技術を使用して帯電防止特性を実現 、 最も一般的なものはカーボン ブラックまたはグラファイトです フィラー .ポリマー中のカーボンフィラーの量によって、表面抵抗率 (オーム単位で測定) - 導電性、散逸性、または絶縁性のレベルが決まります。 素材を帯電防止するもう 1 つの方法は、 帯電防止コーティングまたは 、Essentium の場合と同様 、ESDフィラーまたはコーティングで一般的に見られる性能低下のリスクを軽減するための導電性ナノポリマーの表面層。

画像 3. Zortrax-Z ESD V2 PET ベースのフィラメントで 3D プリントされたハードディスク ハウジング (左) と導電率計。出典:ゾルトラックス。

3D プリントで一般的に使用されるほぼすべてのポリマーには、ESD 安全オプションがあります。 帯電防止の標準プラスチック（ABS、PLA）とエンジニアリングプラスチック（PA、PET、PCTG）、さらに高度な用途向けの帯電防止プラスチック（PEKK、TPU）があります。

画像 4:3DXTech の ESD PLA (左) と Nanovia の ESD ABS (右) で印刷された安全な電子機器筐体。出典:Filament2Print.

Essentium TPU 58D-AS など、特定の分野向けに設計された帯電防止フィラメントがあります 柔軟な高度なフィラメントのファミリーから。

画像 5. TPU 58D-AS で 3D プリントされたタグ。出典:エッセンシアム。

航空宇宙産業での用途以外に、 このフィラメントは、耐摩耗性パネル カバー、ESD セーフ ストレージ ボックス、ESD セーフ ダスト キャップの 3D プリントに使用できます。 ほこりやその他の粒子は、静電気を蓄積し、多くの電子工場でシステム障害を引き起こす傾向があります.

ナノビア ABS ESD 3DXSTAT ESD PLA エッセンティウム TPU 58D-AS Zortrax Z-ESD V2

樹脂と粉末

3D プリント用の非フィラメント オプションもあります 静電気防止 オブジェクト 、 樹脂 など SLA 3D プリント用 、および 粉末 SLS 3D プリント用 .それらはすべて、自動車産業や科学技術機器から家電に至るまで、プラスチックや意図する用途に応じて優れた特性を持っています。

画像 6. Sinterit による PA11 ESD を使用した 3D プリント ハウジング。出典:シンテライト。

ESD に安全な樹脂と粉末は、3D プリントの帯電防止ツール、ジグ、固定具に適しています 電子部品の製造、組み立て、テスト、および爆発性雰囲気で使用する部品の製造に使用されます。 一部の ESD セーフ素材には 防塵特性 . 前述のように、ほこりやその他の粒子は静電気を蓄積する傾向があり、ESD イベントのリスクを高めます .ほとんどのプラスチックはほこりや汚れを引き寄せるため、ESD に敏感な環境では ESD セーフ オプションを使用する方がはるかに安全です。

画像 7. Formlabs の防塵 ESD 樹脂で印刷されたツールと備品。出典:Formlabs.

そのような素材の 1 つは、Formlabs ESD 樹脂です。 、最も要求の厳しい製造条件でも工具や治具を 3D プリントするために使用できます。

Formlabs IBT レジン 焼結 PA11 ESD 粉末 精密 ESD ピンセット Novus 1 帯電防止 3D プリンター クリーナー

ESD アクセサリ

3D プリントの世界における ESD の安全性は、フィラメント、樹脂、粉末のプリントに限定されません . さまざまな もあります ESD 安全性を保証する洗浄剤とアクセサリ 3D プリンタの印刷プロセス中またはメンテナンス中 Lawang ESD 精密ピンセットは、ビルド プレートからパーツを取り外したり、ノズルから材料をクリーニングしたり、サポートを取り外したり、プリンターのメンテナンスを行う場合に便利です。 3D プリンターの電子機器に損傷を与える可能性のある ESD イベントのリスクを最小限に抑えるために、ESD 安全な精密ピンセットを使用することをお勧めします。

画像 8. Lawang ESD セーフ精密ピンセット。出典:Filament2Print.

もう 1 つの 3D プリント時の注意事項は、プリント面が確実に ほこりのない 粒子と静電気 . これを確実にする 1 つの方法は、Novus 1 などの何らかのクリーナーを使用することです。 レジンタンク用アクリルクリーナー。 プラスチックを傷つけずにきれいにし、曇りを防ぎ、ほこりをはじき、静電気を除去します。 SLA 印刷を成功させるために重要 レジン タンク内の汚れがレーザーを偏向させ、プリントの失敗につながる可能性があるためです。

画像 9. レジン タンク用の Novus 1 アクリル クリーナーは、ほこり、汚れ、静電気を除去します。出典:Formlabs.

3D プリント業界は、ツール、材料、および技術を必要とする最も要求の厳しい業界のニーズさえも満たす任務を負っています 優れた性能だけでなく、用途の多様性と安全性も確保できます。 静電気防止特性を備えた素材 FDM 印刷で見つけることができます (帯電防止フィラメントとペレット)、SLA 印刷 (ESd 樹脂)、および SLS (アンチESDパウダー)。 ESD 安全な 3D プリンタ メンテナンス ツールとクリーニング アクセサリのおかげで、印刷面の安全性も保証されます。