📅 Data publikacji: 13.05.2025
W laboratorium firmy TechCircuit w Krakowie dr inż. Jan Kowalczyk stanął przed panelem kontrolnym drukarki EC-3D, zaprojektowanej do nanoszenia przewodzącej pasty srebra i dielektrycznego polimeru w precyzyjnie zaprogramowanych ścieżkach. Jego zespół chciał skrócić czas od koncepcji układu do fizycznego prototypu — tradycyjne PCB wymagały wielu etapów projektowania, wytrawiania i lutowania. EC-3D łączyła wiele materiałów w jednym cyklu: pastę przewodzącą, podłoże termoplastyczne PETG oraz pastę pasywującą dla izolacji. Każdy z trzech ekstruderów sterowany był niezależnie, a oprogramowanie generowało G-code dla ścieżek przewodzących, via i warstw osłonowych.
Pierwszy test dotyczył prostego czujnika temperatury: warstwa nośna drukowana była z PETG, następnie trasa przewodząca prowadząca od rezystora do mikrokontrolera, a na koniec dielektryk do osłony. Po zakończeniu druk został włożony do tunelu suszącego w 60 °C, aby utwardzić polimer i zapewnić trwałość strukturalną. Uzyskane połączenia przewodzące odznaczały się rezystancją ≤ 0,05 Ω przy długości 5 cm, co potwierdziło jakość ścieżek. Dr Kowalczyk z dumą ogłosił: „To dowód, że elektronikę można drukować szybciej niż montować — prototyp w 2 godziny zamiast 2 dni”.
Jednak wyzwaniem były problemy adhezji pasty przewodzącej do podłoża. W trakcie eksperymentów zespół wprowadził warstwę aktywatora powierzchni, na bazie rzadko spotykanego poliamidu, poprawiającego zwilżalność pasy przewodzącej. Dzięki temu przyspieszyli proces drukowania i zmniejszyli defekty o 70%. Wstępne testy realnych obciążeń mechanicznych wykazały, że wydrukowane układy mogą wytrzymać zginanie do promienia krzywizny 20 mm bez pęknięcia ścieżki.
Na zakończenie części 1 dr Kowalczyk zapowiedział: „EC-3D otwiera nową erę w prototypowaniu — mikroelektroniki na żądanie, bez czekania na zewnętrzne fabryki”. 🌐
Po sukcesie prototypu firma TechCircuit we współpracy z uniwersytetem AGH rozpoczęła pilotaż małoseryjnej produkcji modułów IoT. Drukarka EC-3D PRO otrzymała czwarty ekstruder do pasty lutowniczej oraz stację dozowania elementów SMD. W jednym procesie nakładane były ścieżki przewodzące, drukowane pady lutownicze, a następnie precyzyjnie umieszczano rezystory, kondensatory i układy scalone. Cały moduł IoT zasilany baterią drukowany był od razu jako gotowe urządzenie.
W produkcji zastosowano pastę lutowniczą o niższej temperaturze topnienia (140 °C), co chroniło podłoże PETG przed odkształceniem. Moduły przeszły testy komunikacji Wi-Fi i Bluetooth, wykazując stabilność połączenia na odległości do 100 m. Czas produkcji jednego modułu skrócił się do 15 minut, a koszt materiałów spadł o 40% w porównaniu z konwencjonalnym montażem.
Jednym z kluczowych wdrożeń było drukowanie czujników środowiskowych dla inteligentnych miast. Stacje drukowały czujniki jakości powietrza – NO₂, CO₂ i pyłów – w obudowach z topionego PLA. Po wgraniu oprogramowania i kalibracji, gotowy sensor był wysyłany w ciągu 24 godzin od złożenia zamówienia.
Dr Kowalczyk podsumował fazę: „Przemysł elektroniczny wejdzie w erę decentralizacji — fabryki w każdym biurze inżynierskim, a prototypy drukowane w ciągu porannej kawy”. ☕
W trzeciej fazie TechCircuit wraz z Polskim Instytutem Standardów Technicznych (PIST) rozpoczął prace nad normami dla druku 3D elektroniki. Opracowano wytyczne dotyczące: grubości warstw przewodzących (maks. 100 μm), minimalnego odstępu między ścieżkami (200 μm), a także wymagań jakości pasty lutowniczej i dielektryków. Laboratoria testowały wytrzymałość na wibracje, wilgotność i zmiany temperatury.
Równocześnie rozbudowywano infrastrukturę edukacyjną – utworzono studium podyplomowe „Elektronika i 3D Printing” na AGH, gdzie studenci uczą się od drukowania ścieżek przewodzących po integrację układów SMD. Mobilne warsztaty odwiedzały miasta akademickie, dostarczając drukarki EC-3D do pracowni i inspirując kolejne pokolenie inżynierów.
Jednak napotkano nowe wyzwania: certyfikacja komponentów bezpieczeństwa (medycznych i lotniczych) wymagała ścisłej kontroli procesu i pełnej dokumentacji cyfrowej. Firma zainwestowała w system blockchain do rejestracji każdej ścieżki drukarskiej, co gwarantuje niezmienność danych i pełną śledzalność produkcji.
Perspektywy są imponujące: od elastycznej elektroniki noszonej na odzieży, przez implanty medyczne, po układy dla pojazdów autonomicznych. Dr Kowalczyk zakończył: „Drukowana elektronika to przyszłość, ale tylko z jasnymi standardami i współpracą nauki, przemysłu i regulatorów osiągniemy pełną dojrzałość tej technologii”. 🌍