Електростатичний розряд (ESD) – надзвичайно поширене, але погано вивчене явище, яке щороку завдає збитків на мільярди доларів широкому спектру технічних компонентів. Більшість гаджетів, такі як телефон, комп'ютер і телевізор, виготовляються з використанням пластикових корпусів та інструментів, стійких до цього феномену. Але оскільки 3D-друк стає все більш популярним для виробництва деталей, що експлуатуються в електроніці, потреба в матеріалах, які надійні перед електростатичним розрядом, різко зросла.
На щастя, на ринку є компоненти для 3D-принтера, стійкі до електростатичного розряду. За допомогою них можна робити корпуси друкованих плат, інструменти та пристрої, що використовуються при тестуванні електроніки. Тут ми розглянемо, що таке ESD безпечні матеріали, як вони працюють і коли їх слід використовувати.
Зміст:
- Що таке електростатичний розряд?
- Що таке безпечні матеріали ESD?
- Коли використати матеріали, стійкі до електростатичного розряду?
- Поради щодо друку антистатичними матеріалами
- Де можна придбати матеріали для 3D-друку?
Що таке електростатичний розряд?
Не завжди легко зрозуміти, коли необхідно використовувати стійкі до електростатичного розряду матеріали. Глибоке розуміння того, що представляє це явище, допоможе вам прийняти рішення. Якщо доводилося коли-небудь зазнавали удару струмом після дотику до металевого предмета, то ви знайомі з електростатичним розрядом. Відчуття удару, що іноді супроводжується видимою іскрою, нешкідливе для вас, але є руйнівним для технічних пристроїв.
При терті певних матеріалів на одному з об'єктів може утворитися надлишок електронів, але в іншому – дефіцит, оскільки вони переміщуються між поверхнями. Це називається трибоелектричним ефектом, і фізики досі сперечаються про те, як саме відбувається це перенесення. Коли один об'єкт стає позитивно зарядженим, а інший негативно (іноді це може зберігатися протягом тривалого часу), заряд буде текти, як тільки будь-який з матеріалів торкнеться хорошого провідника і до тих пір, поки вони знову не стануть нейтральними.
Важко передбачити, які елементи генеруватимуть цей тип статичної електрики, але може допомогти те, що називається трибоелектричною серією. Це просто список субстанцій, упорядкованих від тих, які найімовірніше придбають позитивний заряд, до компонентів, схильних до формування негативного. Чим далі один від одного знаходяться два матеріали в ряду, тим більша ймовірність того, що вони генеруватимуть статичний заряд при зіткненні або терті один об одний.
Проблема для всіх, хто працює з електротехнічними виробами, полягає в тому, що людська шкіра знаходиться на одному кінці трибоелектричного ряду, а більшість синтетичних волокон, таких як нейлон – на іншому. Це означає, що, просто переміщуючись звичайною кімнатою, люди можуть створювати статичні заряди в кілька тисяч вольт. Якщо вони розсіюються всередині або довкола чутливих електронних компонентів, струм може спалити деталі або пошкодити внутрішні поверхні, зробивши їх непридатними. Ось чому інструменти та корпуси, які використовуються для збірки технічних пристроїв, повинні розсіювати ці заряди до того, як вони досягнуть чутливих частин.
Електричний опір – це міра опозиції матеріалу проходження струму при застосуванні електричного поля. Деталі з високим показником цієї властивості вважаються ізоляторами, а елементи з низьким є провідниками, дозволяючи струму більш вільно текти через об'єкти. Поверхневий опір деталі вимірюється в Омах (Ом). Матеріали з номінальним поверхневим опором від 10^6 до 10^9 Ом є такими, що розсіюють і зазвичай вважаються безпечними для використання у виробництві електроніки.
Що таке безпечні матеріали ESD?
Можна подумати: "Ну, пластик не проводить електрику, вірно?". Щоправда, більшість полімерних матеріалів мають дуже високу стійкість до проведення струму. Але проблема в тому, що вони є добрими ізоляторами, а це означає, що заряд зберігається, а не розсіюється. Щоб полімер вважався безпечним для електростатичного розряду, до нього вносять добавку, яка повільно розсіює статичні заряди. Цей вуглець можна додавати до ABS, PLA, PET-G, PC, PEEK, смоли та довгий список інших матеріалів для 3D-друку.
Чи означає це, що всі комплектуючі, заповнені вуглецевим волокном, безпечні для електростатичного розряду? На жаль ні. Кожен полімер повинен містити певну кількість вуглецю, щоб бути безпечним для електростатичного розряду. Деякі матеріали, наповнені карбоновим волокном, можуть відповідати цьому рівню, але якщо вони не мають маркування ESD-безпеки, то, швидше за все, це не так.
Коли справа доходить до карбону, до полімеру домішуються провідна вуглецева сажа, волокно, графен або нанотрубки, щоб зменшити питомий опір і дати можливість розсіювати електричний заряд. З типів добавок останні є найкращим варіантом, оскільки їх потрібна менша кількість, що зберігає властивості вихідного матеріалу ближче до початкового полімеру. Елементам, в яких використовується технічний вуглець, його потрібно більше (до 25%), тому це впливає на друковані властивості основних комплектуючих. Карбонова сажа також має абразивні властивості і здатна викликати подряпини на поверхнях.
«Може знадобитися 15% технічного карбону, щоб отримати той же рівень провідності, якої можна б досягти, використовуючи всього лише 2-3% вуглецевих нанотрубок», – говорить Метт Хоулетт, вчений-матеріалознавець і президент виробника ниток розжарювання і 3D-принтерів 3DXTech . Виробники компонентів повинні вказувати діапазон номінального поверхневого опору своїх матеріалів в омах і можуть мати сертифікати для галузей, де потрібно, щоб елемент був сертифікований або схвалений для використання у чистих середовищах виробництва електроніки.
Коли використати матеріали, стійкі до електростатичного розряду?
Існують різні випадки, коли слід враховувати матеріали, безпечні для електростатичного розряду:
- При збірці будь-яких чутливих схем.
- Часте використання металевих деталей, тому що вони можуть пошкодити чи подряпати матеріал.
- Постачання компонентів в антистатичному пакеті. Після збірки багато пристроїв менш схильні до впливу електростатичного розряду, але в деяких випадках доцільним може бути виготовлення цілих корпусів з матеріалів, безпечних для електростатичного розряду.
- У виробничих умовах, де є ризик пожежі чи вибуху, іскра може мати катастрофічні наслідки. У цих областях ESD безпечні деталі та компоненти можуть мати важливе значення для запобігання випадковому займанню газів, твердих частинок або палива.
Деталі, захищені від електростатичного розряду, дуже корисні при роботі з порошками, частково через займистість, а також через їхню схильність прилипати до заряджених поверхонь. Поширені сфери застосування ESD-безпечних матеріалів:
- Пристрої для збирання електроніки.
- Друковані плати.
- Корпуси для Raspberry Pi, Arduino, одноплатних комп'ютерів.
- Утримувачі та лотки для електронних компонентів.
- Роз'єми, що замикаються.
- Ущільнення, прокладки, присоски, чохли, заглушки.
- Роботизовані захоплювачі.
- Ручні інструменти.
Поради щодо друку антистатичними матеріалами
Електростатичний опір надрукованої антистатичної деталі змінюватиметься залежно від температури екструдера принтера. Занадто низьке значення може призвести до того, що компонент виявиться надто ізолюючим. Занадто високо, і частина буде надто провідною. Ось чому важливо перевірити технічні характеристики антистатичної нитки, тому що там є рекомендований діапазон температур друку.
Перевірте деталі на провідність і відрегулюйте температуру екструдера залежно від показань друку. На щастя, багато ниток, стійких до електростатичного розряду, поставляються з профілями друку для деяких з найпопулярніших 3D-принтерів FDM, тому є безпечна відправна точка.
ESD-Безпечні нитки
ESD-безпечні смоли
ESD-безпечні полімерні порошки
Де можна придбати матеріали для 3D-друку?
У магазині Артлайн багатий вибір матеріалів для 3D-друку, що відкривають безмежні можливості у втіленні ідей у реальність. Наша команда експертів готова запропонувати не лише високоякісні компоненти, а й професійні консультації.
м. Київ, вул. Кирилівська, 104
- (080) 033-10-06
- (044) 338-10-06
- (066) 356-10-01
- (097) 356-10-01
- (063) 356-10-01