積層製造在電子設計中的重要性

涉及微影的傳統製程方法有明顯的缺點，包括危險的化學品製備，以及使用稀土材料產生的廢料。任何永續且高效率的製程技術，其目標都必須適合快速原型設計或可完整運作的電子裝置。

因此，各種電子設計系統對積層製造 (AM) 的需求不斷成長。電晶體、可控矽整流器、二極體、發光二極體 (LED)、運算放大器、被動元件等，因其功能性而具有複雜的製程流程。

圖 1：Creality 的 Ender-3 S1 Pro 外殼、支架、夾具，可用於測試和組裝產品。(圖片來源：Creality)

如今，電子元件的 3D 列印能力已顛覆設計和製造領域，其分層的能力，可提供建構複雜產品的可能性。此方法被視為是積層製造和印刷電子的技術先鋒，因其具備眾多優勢，包括可減少材料浪費、時間瓶頸、設置成本。

此外，考量到供應鏈具備複雜性及電子元件的動態需求，若公司採用積層製造，可精準生產出完全滿足需求且不會過剩的批量產品。與減材製造技術相比，此計劃性生產產生的電子垃圾更少。

積層製造電子 (AME) 是解決多層電子板件內訊號反射和電磁干擾的解決方案。AME 在同一個 3D 列印系統中使用導電和非導電材料建立三維電路，並且可嵌入防護外殼中。因此，電子設計人員可受益於高效率的空間運用，進而大幅減少互連損耗，並且可縮減板件的整體尺寸。

使用適當的 3D 列印技術才能成功。例如，FDM 通常適用於高成本效益、SLA 適用於精細細節、而 SLS 適用於堅固組件。3D 列印材料也會造成差異：PLA 適合建立基本模型，而 ABS 適合製造高耐用性的零件。

電子設計人員運用 3D 列印的方式

積層製造電子組件包含兩種方式：接觸式和非接觸式 3D 列印。設計人員可以使用接觸式印刷，讓油墨和目標基板直接接觸轉移油墨，如此能以工業規模製造電子組件。

圖 2：MG Chemicals 的 PLA 3D 列印線材適用於高解析度應用，而 ABS 則具有男性和更高的耐溫性。(圖片來源：MG Chemicals)

針對這些複雜電子電路的快速原型設計，正在形成一個新興市場。越來越多的工程師開始轉用非接觸式噴墨列印。此方法適合小量製造簡單電路板的原型。此技術具有高產出和低成本的特點，但在列印過程中，底層可能會受損。

積層製造的效率已大幅提升，有助於電子設計人員專注於創新的電路設計。現在可以使用選擇性雷射燒結 (SLS) 和多噴射熔合 (MJF) 等技術生產電路板，這在以往有所限制。相較於傳統製程，使用積層製造可以快速且大量的生產電子外殼和試驗電路板。

參考閱讀：什麼是 3D 列印？如何運作？

縱觀物聯網應用領域，設計人員可以將積層製造運用具備高階功能的嵌入式裝置中，如感測、處理、致動系統。尤其是現在，人們開始非常重視醫療、機器人、航太領域的微型系統。

NASA 及附屬之 Glenn Research Center 等航太機構，建造一個欲整合至太空船中的嵌入式系統。由於積層製造能將多功能組件整合到 3D 列印結構中，因此微型製造裝置可以部署在區域受限的系統中。

積層製造電子產品的未來

3D 列印電子裝置廣泛運用於電力電子、感測器、電池、太陽能電池、可拉伸電子裝置、穿戴式裝置。採用此新方法可克服傳統製造方式面臨的訊號完整性和熱管理問題。

未來，3D 列印電子產品將在工業級應用中有更廣泛的應用。