Entrevista com especialista:Nano Dimension Co-Fundador Simon Fried sobre a ascensão da impressão 3D para eletrônicos

O mundo da eletrônica é uma área jovem, mas em expansão, para a impressão 3D. De drones e satélites a laptops e smartphones, os dispositivos eletrônicos estão desempenhando um papel cada vez maior em nossas vidas. No entanto, para funcionar, esses dispositivos dependem de componentes eletrônicos, como placas de circuito impresso (PCBs), antenas e sensores. A impressão 3D está redefinindo a forma como esses componentes são tradicionalmente projetados, em parte ao fornecer um desenvolvimento de produto mais rápido e maior complexidade de design, principalmente na área de geometrias não planas (ou seja, não planas).

Nanodimensão é uma empresa líder na área de manufatura aditiva para eletrônica impressa. Fundada em 2012, a empresa israelense desenvolveu sua própria tecnologia - o sistema DragonFly Pro - que pode imprimir simultaneamente metais e polímeros dielétricos em 3D. Usando a tecnologia, as empresas podem imprimir protótipos em 3D internamente, com mais rapidez e menor custo.

Na Entrevista com Especialistas desta semana, falamos com Simon Fried, o cofundador e presidente da Nano Dimension, para discutir a ascensão da impressão 3D para eletrônicos e como a Nano Dimension está abrindo caminho para isso aplicativo.



Você pode nos contar um pouco sobre Nano Dimension?

A Nano Dimension oferece exclusivamente manufatura aditiva para eletrônicos. Anteriormente, os engenheiros elétricos não podiam se dar ao luxo de testar uma ideia usando a impressão 3D. Além disso, as preocupações enfrentadas pelos engenheiros elétricos hoje - como a enorme quantidade de planejamento e terceirização para terceiros - podem ser resolvidas com a capacidade de imprimir circuitos elétricos em 3D. Portanto, nossa solução oferece a liberdade, flexibilidade, sigilo e praticidade geral que a impressão 3D oferece dentro do contexto mecânico e trazendo-o para a eletrônica. Esse é um aspecto.

Falando especificamente sobre a tecnologia do seu sistema DragonFly Pro, você poderia falar mais sobre o valor que ela traz para a mesa?

Claro - imagine que você é um engenheiro elétrico que precisa projetar a próxima PCB (placa de circuito) para o próximo produto de seu empregador. A primeira coisa que você precisa fazer é descobrir o que precisa funcionar no produto e quais componentes e sensores devem ser usados. Normalmente é assim que uma placa é projetada. E isso é feito usando o software EDA (Electronic Design Automation) - essencialmente, você está usando um software de design sofisticado e, muitas vezes, também faz muitas simulações antes de enviar seu design a um fabricante terceirizado.

O que a Nano Dimension permite que os engenheiros elétricos façam por meio de nossa tecnologia é projetar e fabricar aditivamente uma placa física para garantir que foi projetada corretamente e ver se há erros, omissões ou oportunidades de melhoria. Isso em vez de ter que obter um pedido de compra ou um terceiro para fabricar a placa, o que pode levar várias semanas dependendo da complexidade do projeto e da disponibilidade do fornecedor.

Com nossa tecnologia, você pode deixar de ter sua ideia e imprimi-la em cerca de um dia. Tivemos clientes que conseguiram atingir 6 semanas de trabalho em um dia e meio porque foram capazes de imprimir placas para teste em vez de esperar que fornecedores terceirizados as entregassem.

Ao eliminar o intermediário quando se trata de prototipagem, permitimos que as empresas assumam mais riscos ao projetar. Os designers podem testar mais ideias com mais frequência e também desenvolver e testar em segredo. Se você puder desenvolver de forma rápida e barata, o custo do fracasso é reduzido, o que significa que as pessoas não têm medo de inovar.

Uma das razões pelas quais muitas empresas de defesa entraram em contato conosco é precisamente porque elas costumam ser muito limitadas em relação a quais projetos podem enviar e a quais fornecedores. Eles pensam muito antes de enviar qualquer coisa a terceiros - e às vezes eles simplesmente não têm permissão para isso.

Portanto, nossa tecnologia permite que você faça muitas das mesmas coisas que a manufatura aditiva permite que você faça no contexto mecânico, mas no contexto da eletrônica.



Que outros benefícios a manufatura aditiva oferece aos eletrônicos?

A manufatura aditiva permite que você crie formas e geometrias que não são possíveis de outra maneira. Para um engenheiro elétrico, que está acostumado a trabalhar em um ambiente muito binário, todo plano com traços de sinal verticais ou horizontais, isso é incrível.

O mundo da eletrônica é muito menos tolerante do que, digamos, a tarefa de um engenheiro mecânico, onde você pode resolver um problema de muitas maneiras diferentes e não há tantas restrições. A eletrônica não tem nenhum desses graus de liberdade - é definida com muita precisão pelo processo de manufatura tradicional e os componentes que você planeja usar. Então você está numa camisa de força quando se trata de como você pode projetar e fabricar.

Com o aditivo, você abre uma série de novas oportunidades de projeto para engenheiros elétricos que de repente são capazes de fazer coisas que têm geometrias muito diferentes e não planas, pois agora existem muito menos restrições sobre como você projeta as coisas.

Até agora, nunca ocorreu às pessoas projetar de maneira diferente porque não podiam fazer de forma diferente.

Para nós, é uma abordagem dupla:uma é permitir que as pessoas façam os eletrônicos PCB e RF tradicionais que fabricam hoje, mas de forma mais eficaz, eficiente e independente. Mas também queremos permitir que as pessoas comecem a fazer coisas diferentes, não apenas de maneira diferente. Essa é a visão do que estamos fazendo, mudar o processo de fabricação, torná-lo algo que pode ser feito internamente e com muito mais liberdade de design como resultado.



Quais são alguns dos desafios envolvidos na eletrônica de impressão 3D?

É uma manufatura aditiva muito complexa porque estamos imprimindo metais e polímeros ao mesmo tempo. Os metais são melhor impressos em temperaturas elevadas e têm seu próprio conjunto de requisitos para uma impressão bem-sucedida, que geralmente é muito diferente do que é bom para polímeros. Isso significa que há muitos desafios de material, processo e resolução quando tentamos fazer com que metais e polímeros se dêem bem uns com os outros - o que eles normalmente não querem.

Estamos focada na impressão de materiais funcionais, simultaneamente e em resoluções muito altas.



Qual é o estado atual do mercado de impressão 3D para eletrônicos?

Toda a área da eletrônica impressa em 3D é um espaço jovem. Não existem muitas empresas ativas nela. Mas o que estamos vendo é que o espaço está evoluindo de forma bastante semelhante à evolução da manufatura aditiva tradicional e os primeiros a adotar essa nova tecnologia são, muitas vezes, as mesmas empresas que mergulharam os pés na água da impressão 3D tradicional, talvez por 10 anos atrás.

Os líderes na adoção de manufatura aditiva são o mesmo tipo de indústria que agora está dando passos largos na direção da eletrônica aditiva. Então, essas são as organizações aeroespaciais, de defesa e de P&D que estão correndo para adotar os sistemas. Portanto, a eletrônica impressa em 3D é uma tecnologia nova e empolgante e as empresas mais voltadas para o futuro ou com necessidades significativas de P&D estão adotando-a.

Como você vê a evolução da manufatura aditiva para eletrônicos nos próximos anos?

A paisagem é realmente emocionante. O que estamos vendo é que o mundo da mecânica e o mundo da elétrica estão cada vez mais próximos. Uma parte fundamental dessa jornada é o software de projeto mecânico, como Autodesk, Solid Edge e SolidWorks. A maioria dessas empresas está passando a oferecer software de projeto elétrico também. Assim, o projetista poderá projetar peças eletrônicas e mecânicas de forma mais integrada.

Se considerarmos os tipos de produtos que veremos no futuro, o que todos teriam idealmente em seus produtos ou nas fábricas são designs que combinam elegantemente as necessidades mecânicas com as eletricamente funcionais, como a comunicação ou necessidades computacionais.

Com telefones flexíveis, por exemplo, vemos que as propriedades mecânicas estão evoluindo rapidamente, o que significa que as capacidades elétricas também têm que evoluir paralelamente. E podemos olhar para coisas como vestíveis - tentar fazer com que os vestíveis incluam traços elétricos, o que é muito difícil. Muitos dos vestíveis de hoje ainda não estão entregando os formatos ideais.

Portanto, sejam vestíveis ou outros produtos, esses mundos mecânico e elétrico estão cada vez mais próximos um do outro. Eles têm que fazer mais coisas um ao lado do outro. Em última análise, eles precisam se adaptar às metas e necessidades de quaisquer clientes ou usuários. A tendência da IoT também está colocando novas demandas em designers, que são cada vez mais obrigados a considerar como introduzir aspectos elétricos em lugares que historicamente são peças "burras".


A longo prazo, imaginamos que as impressoras 3D imprimirão proporções cada vez maiores de produtos finais, incluindo o que está sendo feito atualmente em máquinas separadas - seja no lado elétrico ou mecânico, na montagem ou até mesmo na estética, como elementos coloridos - todos irão ser feito nas mesmas máquinas e essas máquinas vão fabricar produtos muito complicados e altamente personalizáveis.

No curto prazo, acreditamos que vai evoluir da mesma forma que o espaço aditivo mecânico evoluiu. Nos últimos dez anos, as pessoas têm falado sobre prototipagem rápida e foi apenas um conjunto muito seleto de empresas que realmente adotou a tecnologia de manufatura aditiva. Isso foi muito ajudado pelas pessoas que puderam acessar a manufatura aditiva por meio de bureaus de serviços.

Agora, o espaço eletrônico impresso em 3D está na mesma posição - é agora provavelmente onde o espaço AM tradicional estava há cerca de 5 anos. Mas vai se recuperar mais rapidamente porque há mais consciência agora:engenheiros elétricos não estão chegando à manufatura aditiva completamente sem noção porque viram o que seus colegas mecânicos tiveram acesso e já são capazes de fazer. Então, veremos que se torna algo que resolve oportunidades de fabricação discretas provavelmente mais rapidamente do que tem sido o caso para aplicações mecânicas tradicionais.

Atualmente, é principalmente a prototipagem rápida, mas pode levar apenas alguns anos até que vejamos a fabricação aditiva de alto volume de eletrônicos. Isso ocorre porque quase todos os produtos hoje envolvem eletrônicos:carros, computadores pessoais, residências, telefones. E agora, com o advento da Internet das Coisas, tudo vai falar com tudo. Isso significa que a maioria dos produtos será eletrificada de uma forma ou de outra. Então, tudo vai se comunicar e talvez até computar até certo ponto.

Com todas essas tendências de produtos eletrônicos chegando a lugares onde nunca esteve antes, sejam embalagens de alimentos, carros ou dispositivos médicos como implantes. Todas essas coisas vão mudar, todas vão exigir maneiras melhores de fazer coisas menores ou maneiras melhores de fazer coisas mais complexas ou maneiras melhores de fazer coisas mais funcionais. Nos dias de hoje, isso exigirá que os eletrônicos se adaptem aos novos requisitos.



Você mencionou que a eletrônica impressa em 3D ainda é muito nova e existem poucas empresas no mercado. O que torna a Nano Dimension uma líder de mercado neste espaço?

Não acredito que exista atualmente qualquer oferta empresarial ou profissional para eletrônicos impressos em 3D além do que a Nano Dimension trouxe ao mercado. Da mesma forma que você tem a comunidade de criadores que pode estar usando algo como uma impressora do tipo Makerbot para uso doméstico, há algumas empresas ativas nessa área quando se trata de produtos eletrônicos de impressão. Mas não existem outras soluções no nível empresarial.

Portanto, o que oferecemos é uma oferta única, um balcão único para engenheiros elétricos ou empresas que desejam mudar a maneira como projetam, fabricam e inovam a eletrônica. Até onde sei, eles não encontrarão essa solução em nenhum outro lugar.



Nano Dimension trabalhou com empresas em vários setores diferentes. Você poderia dar um exemplo de indústria e caso de uso em que sua tecnologia tenha sido um ativo?

Uma vertical importante tem sido a indústria aeroespacial e de defesa, com um ótimo exemplo de caso de uso sendo as antenas.

Quando se trata de eletrônica de impressão 3D, você pode imprimir placas de circuito, antenas ou peças que são estruturais e eletricamente funcionais. No entanto, as antenas são um pouco uma arte negra:ao projetá-las, você nunca sabe exatamente como elas vão funcionar. São necessárias muitas iterações e tentativas e erros antes que você saiba que fez o melhor design possível para essa necessidade específica.

Com antenas, recentemente trabalhamos com uma empresa chamada Harris Corporation, onde alcançamos uma descoberta bastante empolgante. Harris queria aplicar a tecnologia a antenas e testes, o que não era um caso de uso que havíamos proposto inicialmente. Harris nos ajudou a entender que esta é uma ótima solução para aqueles que também estão se concentrando no projeto de antenas.

Mais importante, descobrimos que as antenas impressas em 3D funcionavam exatamente da mesma maneira que as antenas fabricadas tradicionalmente.

Portanto, as antenas são uma área de aplicação que é particularmente relevante e se enquadra na vertical aeroespacial e de defesa, onde a fabricação de baixo volume de itens de alta complexidade é o foco principal. Esse é um ponto ideal para a manufatura aditiva em geral, onde você vê complexidade e baixo volume.

Se você está olhando para volumes de produção na casa de centenas de milhões, então a manufatura aditiva não é a resposta em nenhum setor, pelo menos não ainda. Mas certamente é no nicho aeroespacial, onde não há tanto uma questão de volume, mas sim o elemento de confiabilidade e resolução de problemas complexos.

Por que a indústria aeroespacial e a defesa têm sido uma vertical tão importante? As empresas de defesa precisam manter um alto nível de sigilo. Outra restrição é que eles são limitados no número de fornecedores com os quais podem trabalhar, e seus procedimentos internos para liberar um arquivo de projeto para terceiros são incrivelmente complexos. Esses tipos de empresas têm a combinação de uma necessidade de segurança e manufatura de baixo volume, pois trabalham em projetos discretos e de alto valor. E foi aí que o aditivo decolou, também nos tipos de aplicação mecânica. Portanto, estamos seguindo o exemplo em termos de descobrir onde a aplicação acontece primeiro.

Existem desafios quando se trata de projetar eletrônicos impressos em 3D?

Se você deseja usar nossa tecnologia para fazer uma placa de circuito impresso verde tradicional (PCB), uma que seja quadrada ou retangular e plano, esse é o espaço onde você tem software de automação de design eletrônico.

Você tem software CAD no mundo 3D e no mundo elétrico você tem software EDA, que é um software que podemos trabalhar diretamente com. Se você usar este software para projetar uma placa de circuito, nosso software fará essencialmente a interface com o software de design tradicional e o imprimirá. Esse é o fluxo existente, usando formatos de arquivo existentes e não exigimos que ninguém faça nada que não tenha sido feito antes.

Onde você tem desafios no lado do software é quando você começa a olhar para o que é chamado de circuitos eletrônicos não planares, essencialmente criando circuitos que não são planos. Por exemplo, em vez de a placa-mãe verde ser um retângulo, pode ser uma pirâmide ou cubo porque essa forma se ajusta a um determinado espaço de uma maneira mais otimizada.

Quando você olha para o projeto de eletrônicos tridimensionais que não usam a abordagem tradicional de design plano de PCB em camadas, os engenheiros elétricos hoje são incrivelmente limitados. Eles não podem projetar um traço elétrico que não seja plano, porque é assim que os PCBs são tradicionalmente fabricados. E, no entanto, poderia ser muito útil se eles pudessem projetar rastros inclinados. Atualmente, se um projetista quiser fazer algo diferente, algo que libere muitas das restrições, como projetar circuitos não planos, ele terá que usar um software CAD mecânico, que na verdade é destinado a engenheiros mecânicos.

No momento, embora nossas impressoras sejam certamente capazes de imprimir geometrias não planas, atualmente não há nenhum software EDA por perto que seja capaz de projetar tais peças. É por isso que agora vemos grandes empresas como a Siemens ou Dassault Systèmes procurando integrar os mundos do design elétrico e mecânico com seus pacotes de software. A Nano Dimension desenvolveu um add-in para o SolidWorks que se integra diretamente ao nosso sistema de impressão 3D de precisão.

Também vimos a mesma trajetória com a impressão 3D tradicional. Se voltarmos uma década e perguntarmos às pessoas qual software CAD elas estavam usando para projetar peças coloridas, o software não era necessariamente capaz de facilitar tais projetos. Embora certamente existissem impressoras capazes de depositar cores de maneiras que tornariam fisicamente possível imprimir, apenas muito difícil ou talvez impossível de projetar.

Existem coisas no espaço elétrico que são assim também, onde a impressora pode certamente imprimir, mas podemos ter que esperar alguns anos antes que os recursos do software de design sejam realmente desenvolvidos.

Então o software de design está alcançando o hardware?

Sim muito mesmo. Principalmente na área não plana. Novas geometrias não planas requerem um novo software de projeto que está esperando nas asas.



Em termos de manufatura aditiva em geral, quais são alguns dos principais desafios que a indústria ainda enfrenta?

A manufatura aditiva enfrenta o desafio de não sucumbir à segunda onda de exageros. Todos nós sabemos sobre a grande bolha de impressão 3D por volta de 2010, que foi impulsionada por exageros e expectativas, com a indústria ficando presa em sua própria narrativa. E agora o que estamos vendo é uma espécie de repetição disso, com pessoas usando o termo manufatura aditiva em vez de impressão 3D.

Portanto, a questão é:os sistemas realmente começarão a funcionar a tempo para que isso não seja visto como mais uma onda de exagero? Isso é um risco para todos na indústria. A tecnologia pode continuar sua transição para a manufatura ?. Certamente, a manufatura aditiva está agora muito mais pronta para desempenhar uma função de manufatura, então muitas vezes é uma questão de qual papel ela desempenhará como uma ferramenta de negócios. Costumava ser apenas uma ferramenta de prototipagem de compressão de tempo, mas agora AM é uma tecnologia para as organizações adotarem da mesma forma que fariam com qualquer outra tecnologia de manufatura. O que estamos vendo são diferentes tipos de sistemas de manufatura aditiva sendo integrados às linhas de manufatura tradicionais. A função está mudando dos estágios iniciais de design para complementar a fabricação, produzindo gabaritos e acessórios de teste ou realmente produzindo peças finais.

Além disso, a indústria de manufatura aditiva definitivamente precisa de soluções para mais materiais . A impressão 3D é teoricamente capaz de produzir peças de alta complexidade e funcionalidade, sejam elas mecânicas, biológicas, elétricas. Mas fazer isso acontecer se resume a ter opções de materiais suficientes. Os polímeros estão ficando mais fortes, uma gama mais ampla de metais agora pode ser impressa e, para a eletrônica, aspectos funcionais adicionais, como constantes dielétricas, são fundamentais.

Junto com os materiais, há também a questão dos padrões. Para amadurecer adequadamente como uma indústria, você precisa ter padrões que todos sigam. Você precisa ter processos, como formas de rastrear produtos e garantir proteção IP para arquivos. Portanto, para a indústria, haverá menos brilho e glamour e mais detalhes sobre como implantar essas tecnologias de maneira eficaz.



Você está confiante de que a manufatura aditiva não sucumbirá à segunda onda de exageros?

Tenho uma esperança razoável, pois mais e maiores empresas estão engajadas neste momento e estamos vendo estratégias reais em vigor, em vez de apenas entusiasmo. Então eu acho que sim, há empresas grandes o suficiente e pessoas experientes o suficiente no setor agora, que estará à altura da ocasião. Então, sim, é uma grande oportunidade, não sem desafios. Acho que a indústria de manufatura aditiva cumprirá sua promessa.

Que conselho você daria a uma empresa que deseja adotar a manufatura aditiva, mas não sabe por onde começar?

Para uma empresa que tem pouco ou nenhum conhecimento de AM, minha recomendação seria entender que a fabricação desse tipo é uma consideração não trivial. É um espaço complexo com muitos tipos diferentes de impressoras, materiais e assim por diante. As tecnologias que você decide explorar e experimentar podem muito bem não ser as certas.

Portanto, é necessário estar bem informado sobre o que exatamente se deseja fazer e estar preparado para uma curva de aprendizado - muitas vezes, os engenheiros que obtêm o sistema não têm necessariamente um conhecimento profundo de como implantá-lo . Certamente recomendamos que as pessoas aprendam mais, elas devem se envolver com os bureaus de serviço mais cedo e não mais tarde e começar a se familiarizar com o que são as diferentes tecnologias e os bureaus de serviço são uma maneira fenomenal de entender quais são as ofertas e como as diferentes tecnologias de deposição e materiais realmente atender às necessidades de sua organização.

As oportunidades são inúmeras e é melhor atendê-las explorando-as de forma metódica e com vontade de aprender.

Portanto, planeje com antecedência, use os bureaus de serviços, entenda as enormes diferenças entre as diferentes abordagens. Não existe "fabricação aditiva", o que importa é qual material e máquina são os melhores para sua aplicação específica.

Finalmente, o que 2019 reserva para a Nano Dimension?

Esperamos que 2019 seja um ano tão bom para nós quanto 2018. Embora eu não possa comentar sobre os detalhes, continuaremos a lançar nossa tecnologia como temos feito este ano. No geral, estamos muito confiantes de que a fabricação aditiva de eletrônicos será tão bem recebida quanto a fabricação aditiva de peças mecânicas - e talvez ainda mais!

Imagens cortesia da Nano Dimension.
Para saber mais sobre Nano Dimension, visite: https://www.nano-di.com/