Электростатический разряд (ESD) – чрезвычайно распространенное, но плохо изученное явление, которое ежегодно причиняет ущерб на миллиарды долларов широкому спектру технических компонентов. Большая часть гаджетов, такие как телефон, компьютер и телевизор, изготавливаются с использованием пластиковых корпусов и инструментов, устойчивых к этому феномену. Но поскольку 3D-печать становится все более популярной для производства деталей, эксплуатируемых в электронике, потребность в материалах, надежные перед электростатическим разрядом, резко возросла.
К счастью, на рынке есть компоненты для 3D-принтера, устойчивые к электростатическому разряду. С помощью них можно делать корпуса печатных плат, инструменты и приспособления, используемые при тестировании электроники. Здесь мы рассмотрим, что такое ESD-безопасные материалы, как они работают и когда их следует использовать.
Содержание:
- Что такое электростатический разряд?
- Что такое ESD-безопасные материалы?
- Когда использовать материалы, устойчивые к электростатическому разряду?
- Советы по печати антистатическими материалами
- Где можно приобрести материалы для 3D-печати?
Что такое электростатический разряд?
Не всегда легко понять, когда необходимо использовать материалы, устойчивые к электростатическому разряду. Глубокое понимание того, что представляет это явление поможет вам принять решение. Если доводилось когда-либо испытывали удар током после прикосновения к металлическому предмету, то вы знакомы с электростатическим разрядом. Ощущение удара, иногда сопровождающееся видимой искрой, безвредно для вас, но разрушительно для технических устройств.
При трении определенных материалов на одном из объектов может образоваться избыток электронов, а на другом – дефицит, поскольку они перемещаются между поверхностями. Это называется трибоэлектрическим эффектом, и физики до сих пор спорят о том, как именно происходит этот перенос. Когда один объект становится положительно заряженным, а другой отрицательно (иногда оно может сохраняться в течение длительного времени), заряд будет течь, как только любой из материалов коснется хорошего проводника и до тех пор, пока они оба снова не станут нейтральными.
Трудно предсказать, какие элементы будут генерировать этот тип статического электричества, но может помочь то, что называется трибоэлектрической серией. Это просто перечень субстанций, упорядоченных от тех, которые вероятнее всего приобретут положительный заряд, до компонентов, склонных к формированию отрицательного. Чем дальше друг от друга находятся два материала в ряду, тем больше вероятность того, что они будут генерировать статический заряд при соприкосновении или трении друг о друга.
Проблема для всех, кто работает над электротехническими изделиями, заключается в том, что человеческая кожа находится на одном конце трибоэлектрического ряда, а большинство синтетических волокон, таких как нейлон – на другом. Это означает, что, просто перемещаясь по обычной комнате, люди могут создавать статические заряды в несколько тысяч вольт. Если они рассеиваются внутри или вокруг чувствительных электронных компонентов, ток может сжечь детали или повредить внутренние поверхности, сделав их бесполезными. Вот почему инструменты и корпуса, которые используются для сборки технических устройств, должны рассеивать эти заряды до того, как они достигнут чувствительных частей.
Электрическое сопротивление – это мера оппозиции материала прохождению тока при приложении электрического поля. Детали с высоким показателем этого свойства считаются изоляторами, а элементы с низким – являются проводниками, позволяя току более свободно течь через объекты. Поверхностное сопротивление детали измеряется в Омах (Ом). Материалы с номинальным поверхностным сопротивлением от 10^6 до 10^9 Ом являются рассеивающими и обычно считаются безопасными для использования в производстве электроники.
Что такое ESD-безопасные материалы?
Можно подумать: «Ну, пластик не проводит электричество, верно?». Правда, большинство полимерных материалов обладают очень высокой устойчивостью к проведению тока. Но проблема в том, что они являются хорошими изоляторами, а это значит, что заряд сохраняется, а не рассеивается. Чтобы полимер считался безопасным для электростатического разряда, в него вносят добавку, которая медленно рассеивает статические заряды. Этот углерод можно добавлять в ABS, PLA, PET-G, PC, PEEK, смолы и длинный список других материалов для 3D-печати.
Означает ли это, что все комплектующие, наполненные углеродным волокном, безопасны для электростатического разряда? К сожалению нет. Каждый полимер должен содержать определенное количество углерода, чтобы быть безопасным от электростатического разряда. Некоторые материалы, наполненные карбоновым волокном, могут соответствовать этому уровню, но если они не имеют маркировки «ESD-безопасность», то, скорее всего, это не так.
Когда дело доходит до карбона, к полимеру примешиваются проводящая углеродная сажа, волокно, графен или нанотрубки, чтобы уменьшить удельное сопротивление и дать ему возможность рассеивать электрический заряд. Из типов добавок последние являются лучшим вариантом, поскольку их требуется меньшее количество, что сохраняет свойства исходного материала ближе к первоначальному полимеру. В элементах, в которых используется технический углерод, его требуется больше (до 25%), поэтому это влияет на печатные свойства основных комплектующих. Карбоновая сажа также обладает абразивными свойствами, способными вызвать царапины на поверхностях.
«Может потребоваться 15% проводящего технического карбона, чтобы получить тот же уровень проводимости, которого можно бы достичь, используя всего лишь 2-3% углеродных нанотрубок», – говорит Мэтт Хоулетт, ученый-материаловед и президент производителя нитей накаливания и 3D-принтеров 3DXTech. Производители компонентов должны указывать диапазон номинального поверхностного сопротивления своих материалов в омах и могут иметь сертификаты для отраслей, где требуется, чтобы элемент был сертифицирован или одобрен для использования в чистых средах производства электроники.
Когда использовать материалы, устойчивые к электростатическому разряду?
Есть различные случаи, когда следует учитывать материалы, безопасные для электростатического разряда:
- При сборке каких-либо чувствительных схем.
- Часто используемые металлические детали, потому что они могут повредить или поцарапать материал.
- Поставка компонентов в антистатическом пакете. После сборки многие устройства менее подвержены воздействию электростатического разряда, но в некоторых случаях целесообразным может быть изготовление целых корпусов из материалов, безопасных для электростатического разряда.
- В производственных условиях, где существует риск пожара или взрыва, искра может иметь катастрофические последствия. В этих областях ESD-безопасные детали и компоненты могут иметь важное значение для предотвращения случайного возгорания газов, твердых частиц или топлива.
Детали, защищенные от электростатического разряда, очень полезны при работе с порошками, отчасти из-за воспламеняемости, а также из-за их склонности прилипать к заряженным поверхностям. Распространенные области применения ESD-безопасных материалов:
- Приспособления для сборки электроники.
- Печатные платы.
- Корпуса для Raspberry Pi, Arduino, одноплатных компьютеров.
- Держатели и лотки для электронных компонентов.
- Защелкивающиеся разъемы.
- Уплотнения, прокладки, присоски, чехлы, заглушки.
- Роботизированные захваты.
- Ручные инструменты.
Советы по печати антистатическими материалами
Электростатическое сопротивление напечатанной антистатической детали будет варьироваться в зависимости от температуры экструдера принтера. Слишком низкое значение может привести к тому, что компонент окажется слишком изолирующим. Слишком высоко, и часть будет слишком проводящей. Вот почему так важно проверить технические характеристики антистатической нити, потому что там есть рекомендуемый диапазон температур печати.
Проверьте свои детали на проводимость и отрегулируйте температуру экструдера в зависимости от показаний печати. К счастью, многие нити, устойчивые к электростатическому разряду, поставляются с профилями печати для некоторых из самых популярных 3D-принтеров FDM, поэтому есть безопасная отправная точка.
ESD-Безопасные нити
ESD-безопасные смолы
ESD-безопасные полимерные порошки
Где можно приобрести материалы для 3D-печати?
В магазине Артлайн богатый выбор материалов для 3D-печати, открывающих безграничные возможности в воплощении идей в реальность. Наша команда экспертов готова предложить не только высококачественные компоненты, но и профессиональные консультации.
г. Киев, ул. Кирилловская, 104
- (080) 033-10-06
- (044) 338-10-06
- (066) 356-10-01
- (097) 356-10-01
- (063) 356-10-01