Opas: Oikea ESD-materiaali 3D-tulostukseen

Staattinen sähkö on useimmille tuttua – esimerkiksi pienenä sähköiskuna, jonka voi saada koskettaessaan ovenkahvaa kokolattiamatolla kävelyn jälkeen. Arjessa se on yleensä harmitonta, mutta teollisuusympäristöissä sähköstaattisella purkauksella (ESD) voi olla merkittäviä seurauksia. Elektroniikkatuotannossa pienikin purkaus voi vaurioittaa herkkiä komponentteja, aiheuttaa tuotantokatkoksia tai johtaa laatuongelmiin.

3D-tulostuksen vakiintuessa osaksi nykyaikaista teollista valmistusta on kasvanut voimakkaasti tarve polymeereille, joissa yhdistyvät hyvät mekaaniset ominaisuudet ja hallittu sähköstaattisen varauksen purkautuminen. ESD-suojatuilla alueilla (EPA) toimiville yrityksille oikean materiaalin valinta on siksi ensiarvoisen tärkeää.

Tässä oppaassa käymme läpi, milloin ESD-turvallisia materiaaleja tarvitaan, mitä standardeja tulee noudattaa ja miten valitset käyttökohteeseesi sopivan 3D-tulostusmateriaalin.

Tarvitseeko yrityksesi ESD-turvallisia materiaaleja?

Mikään laki ei suoraan edellytä ESD-turvallisten jigien tai kiinnittimien käyttöä. Useat standardit ja määräykset kuitenkin velvoittavat hallitsemaan sähköstaattisia purkauksia elektroniikkatuotannossa. Esimerkiksi IEC 61340 -standardisarja edellyttää, että ESD-suojatuilla alueilla käytettävät työkalut ja kiinnittimet on valmistettu materiaaleista, jotka minimoivat staattisen varauksen muodostumisen. Tätä vaatimusta täydentävät myös ANSI/ESD S20.20 -standardi sekä kansainvälisten OEM-yritysten asiakaskohtaiset vaatimukset.

Esimerkkejä olennaisista standardeista:

IEC 61340 -standardisarja – EPA-alueilla käytettäviä materiaaleja ja työkaluja koskevat vaatimukset staattisen varauksen muodostumisen minimoimiseksi.
ANSI/ESD S20.20 – maailmanlaajuinen teollisuusstandardi ESD-hallintaan.
ASTM-standardit – muun muassa resistiivisyyden mittaamiseen ja materiaalien valvontaan liittyviä standardeja.
OEM-vaatimukset – alan johtavilla asiakkailla on usein omia materiaalivaatimuksiaan.

Käytännössä tämä tarkoittaa seuraavaa:

Herkkiä komponentteja käsittelevien yritysten on käytettävä tuotantolaitteissaan materiaaleja, jotka hallitsevat staattista sähköä tehokkaasti. Näin voidaan varmistaa tuotannon laatu, jäljitettävyys ja toimintavarmuus.

ESD-turvallinen vai ESD-sertifioitu – miksi erolla on merkitystä?

Kaikki ESD-ominaisuuksia sisältävät materiaalit eivät ole samanarvoisia. Materiaalia valittaessa on tärkeää tuntea niiden väliset erot.

Mitä ESD-turvallinen materiaali tarkoittaa?

ESD-turvalliset materiaalit on kehitetty:

Johtamaan staattista sähköä hallitusti pois
Estämään staattisen varauksen muodostumista
Suojaamaan elektroniikkaa sähköstaattisten purkausten aiheuttamilta vaurioilta

Rajoitukset:

Ei välttämättä täytä tietyn standardin vaatimuksia
Riippumatonta testausta ei edellytetä
Ominaisuudet voivat vaihdella tuotantoerien välillä
Teknisessä tietolomakkeessa ilmoitetaan arvot, mutta niiden toteutumista ei taata

Lyhyesti:
Materiaalilla on ESD-ominaisuudet, mutta niitä ei ole virallisesti todennettu.

Mitä ESD-sertifioitu materiaali tarkoittaa?

ESD-sertifioidut materiaalit on testattu, dokumentoitu ja niiden vaatimustenmukaisuus on todennettu vakiintuneiden standardien mukaisesti, kuten:

IEC 61340-5-1
ANSI/ESD S20.20
ASTM D257 (resistiivisyys)

Sertifiointi edellyttää:

Riippumattomia laboratoriotestejä
Jäljitettävyyttä ja dokumentointia
Vakaata ja tarkasti hallittua materiaalikoostumusta
Tuotantoerien välistä laadunvarmistusta

Lyhyesti:
Materiaalin ESD-ominaisuudet on testattu ja dokumentoitu – tämä on usein laatuosastojen ja ulkoisten asiakkaiden vaatimus.

Milloin kannattaa valita ESD-turvallinen ja milloin ESD-sertifioitu materiaali?

Valitse ESD-turvallinen materiaali, kun:

Kehität prototyyppejä tai yksinkertaisia kiinnittimiä
Osia ei käytetä suoraan EPA-alueella
Kustannukset ovat ratkaiseva tekijä

Valitse ESD-sertifioitu materiaali, kun:

Komponentteja käytetään ESD-suojatulla alueella
Sisäisten tai ulkoisten standardien vaatimukset on täytettävä
Asiakas tai laatuosasto edellyttää dokumentaatiota

ESD-materiaalien tyypillisiä käyttökohteita

Piirilevyjen ja komponenttien käsittelyyn tarkoitetut kiinnittimet
Tuotantolinjoilla käytettävät jigit ja pidikkeet
EPA-alueilla käytettävät laitteet ja välineet
Testaus- ja kokoonpanotyökalut
Materiaalinkäsittely, jossa staattisen varauksen hallinta on kriittistä

3D-tulostetut ESD-komponentit mahdollistavat lisäksi lyhyemmät toimitusajat, suuremman geometrisen suunnitteluvapauden ja pienemmät kokonaiskustannukset – turvallisuudesta tinkimättä.

Stratasys Validated Materials -ohjelma

ABS-ESD7– ja PC-ESD -materiaaleista on saatavilla kattavat ja tarkasti dokumentoidut tekniset tiedot. Materiaalit kuuluvat Stratasysin Validated Materials -ohjelmaan, ja ne soveltuvat Fortus 450mc– ja F900 -3D-tulostimiin. ABS-ESD7 on yhteensopiva myös F370– ja F370CR -mallien kanssa. Tämä tarkoittaa, että materiaalit ovat:

testattuja tasalaatuisen ja toistettavan teollisen tuotantolaadun varmistamiseksi
hyväksyttyjä vaativiin käyttö-olosuhteisiin
ESD-ominaisuuksiltaan todennettuja

Origin-alustalle on saatavilla myös LOCTITE® 3D IND3380, sertifioitu materiaali, joka on kehitetty monimutkaisiin ja yksityiskohtaisiin ESD-kriittisiin komponentteihin. Sen ominaisuuksia ovat:

Erittäin tarkka yksityiskohtien toisto
Hyvä kemikaalinkestävyys
Tasaiset ominaisuudet pienissä ja vaativissa geometrioissa

Yhteenveto ominaisuuksista:

ABS-ESD7: Yksinkertaisiin ESD-käyttökohteisiin ja kustannustehokkaisiin kiinnittimiin
PC-ESD: Vaativiin olosuhteisiin, joissa osiin kohdistuu suuri lämpö- ja mekaaninen kuormitus
LOCTITE® 3D IND3380: Pieniin ja monimutkaisiin komponentteihin, joilta vaaditaan hyvää kemikaalien- ja lämmönkestävyyttä

Haluatko lisätietoa?

Ota yhteyttä myyjäämme saadaksesi lisätietoja. Tarjoamme maksutonta neuvontaa ja opastusta kaikille, jotka harkitsevat investointia ammattitason 3D-tulostimeen.