Den 30 augusti är det examensdags för Nextfactory och samtidigt kulmen på fyra års intensivt utvecklingsarbete. Maskinen som kommer att visas upp i tyska Stuttgart liknar inget som går att köpa idag. Det finns visserligen maskiner som kan tillverka tredimensionella mönsterkort i små serier, som Dragonfly 2020 från israeliska Nano Dimension. Men för att montera komponenterna måste man flytta korten till en separat ytmonteringsmaskin. Dessutom behövs en lödugn och ett testsystem.

I Nextfactory är allt detta integrerat i en och samma maskin även om det i praktiken utförs i olika sammankopplade moduler. Det gör det också möjligt att tillverka additivt med flera material, både dielektrika och ledande material, och att under pågående additiv tillverkning montera komponenter med ytmontering. Det här öppnar för extremt kompakta system där utvalda komponenter kan integreras i mönsterkortet som dessutom kan fungera som kapsel. 

Tekniken passar exempelvis för medicinska implantat som ofta ska vara så små som möjligt och som tillverkas i mindre serier.

Denna artikel har tidigare publicerats i magasinet Elektronik­tidningen. För dig som jobbar i den svenska elektronik­branschen är Elektronik­tidningen gratis att prenumerera på – våra annonsörer betalar kostnaden. Här ansöker du om prenumeration (länk).

En av deltagarna i projektet är halvledartillverkaren Microsemi vars dotterbolag i Wales gör moduler till pacemakrar. Tekniken skulle också kunna passa för hörselimplantat och hörapparater.

Ytterligare en tillämpning som testats i projektet är att integrera kontaktdonet, en så kallad junction-box, med solpanelen.

Maskinen är byggd av schweiziska Unitechnologies. I botten finns ett granitblock på fyra ton på vilket modulerna är monterade för att få tillräckligt hög noggrannhet i rörelserna så att flera lager kan tillverkas ovanpå varandra och för att komponenter sen ska kunna moteras. Det finns fyra moduler i maskinen, en moduler för inkjettryckning av byggmaterial, ledande material, stödmaterial och sacrificial materials, en för härdning med UV-ljus eller värme, en inspektionsmodul där 3D-formen hos objektet under tillverkning mäts, och en för ytmontering av komponenter på objektet där även dispensering av limmer sker. Modullösningen gör det enklare att byta och modifiera delar av processen.

Bäraren och ledarna byggs med hjälp av inkjetteknik där varje lager är några tiotals mikrometer tjockt. Basmaterialet är en akrylatplast men det finns också ett stödmaterial som går att ta bort när bygget är klart. Varje lager fixeras lätt med en snabb härdning varefter ytan jämnas till med en vals för att bli så homogent som möjligt. Därefter sker en sluthärdning med UV-ljus innan det är dag för nästa lager.

– En stor utmaning har varit krympning under härdning, det har vi brottats mest med under utvecklingen av härdningskemin, säger Mats Sandberg på Rise Acreo i Norrköping.

Det finns också dispenseringshuvuden som bland annat kan lägga ut ett silverhaltigt lim för att exempelvis skapa elektriska anslutningar mellan komponenterna och ledarna men också för att göra längre ledare med låg resistans. Kortare ledare går att tillverka med inkjetteknik med de får högre resistans.

Det går att göra mönsterkort med flera ­ledarlager som kopplas ihop med viahål.

– Det har varit en stor svårighet att fylla ­viorna för at få bra kontakt. Inkjet är ingen bra metod, dispensering fungerar bättre.

Ett problem med 3D-skrivare är att man inte får exakt det man ritat i CAD-programmet eftersom materialet deformeras vid härdningen. Det kan både handla om att det flyter ut och om att det krymper. Deformationen går att kompensera för i CAD-programmet men ska man vara helt säker behövs också mätningar. Detta är en förutsättning för att kunna montera komponenterna med hög precision och görs med 3D-mätningar i inspektionsmodulen. 

Tiden för att tillverka ett kort eller en modul beror på hur stort och komplicerat det är och hur många lager som behövs.

– Det handlar om timmar eller att man kör över natten.

Tiden påverkas dessutom av faktorer som hur mycket ledande lim som används och vilken typ av lim man har.

– Här hoppas vi på UV-härdning, då går det på under en sekund.

Maskinen har en tillverkningsvolym på 10x10x10 centimeter som kan användas för att göra en större eller flera mindre moduler per omgång.

– Nu hoppas vi att elektronikbranschen får upp ögonen för det här.

Den som är nyfiken på att testa maskinen kan kontakta Acreo som kommer att ha tillgång till maskinen och dessutom har personal som kan köra den.