Claus Hillker møder stadigt flere 3D-printede emner rundt omkring hos kunderne, når han er på rådgivnings- og audit-opgaver. 3D-print har deres egne ESD-mæssige udfordringer, og kulstofindholdet i de printede løsninger har en stor indflydelse på ESD-generering. Her følger hans vurderinger …
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 2 – 2026 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Claus Hillker, ESD specialist, ESD-Center.dk – det tidligere Zenitech.dk
3D-print har de seneste år sneget sig ind over alt. Ikke bare som prototypeværktøj, men i høj grad også til egentlig produktion af plastkomponenter. Og når nu 3D-printerne står der alligevel, så er der jo ganske kort og logisk vej til også at producere fiksturer, PCB-trays og andre hjælpeværktøjer.
Derfor begynder jeg også at møde disse 3D-printede emner rundt omkring på rådgivnings- og audit-opgaver ude hos kunder.
Indimellem er de 3D-printede emner faktisk ganske okay, også når vi finder måleudstyret frem og begynder at kigge på såvel statisk opladning som mulighed for korrekt potentialudligning. Men mange gange har man ikke lige tænkt over muligheden for at anvende filamenttråd, der giver mulighed for gode elektriske egenskaber – eller har måske brugt det indkøbte filamenttråd forkert.
Lidt hurtig skrivebordsresearch finder adskillige fabrikater af ESD-relevante filamenttyper i markedet. Nogle, der blot oplyses at være antistatiske eller elektrisk ledende, og andre, hvor ESD eller ESD-safe indgår som en del af navnet. Jeg købte nogle ruller hjem af, hvad der var på lager, og så gik jeg i hjemmelaboratoriet.
Første måling var modstand direkte på et stykke rå filamenttråd, bare for lige at vide om der overhovedet er håb. Det så egentlig meget lovende ud. Målinger er udført helt klassisk med to prober på isolerende underlag, 300mm mellem center. Resultaterne er vist i tabel 1.
Fortsæt med et simpelt testobjekt
Efter måling på selve tråden konstrueres et simpelt prøveemne. En cirkelrund skive, Ø70mm og 10mm høj. I siden er der et 4mm hul, som gør det ud for en bananbøsning. Yderdiameteren passer med, at emnet netop er stort nok til at sætte den i ESD-sammenhæng så velkendte Ø63mm/2,25kg overflademåleprobe ovenpå.
Så er der printet tre prøveemner, i hver sit materiale, og med de generiske profiler printersoftwaren har, for henholdsvis PLA og PETG, begge med 25 procent kubisk infill, dels for styrke, men lige så meget for, at der er en fair chance for forbindelse mellem fladerne.
De tre prøveemner ser fine og solide ud, den mekaniske kvalitet er der umiddelbart intet at udsætte på. Elektrisk står det dog anderledes til; to PLA-emner i henholdsvis antistatisk og ledende filament har ganske fine måledata. PETG-emnet giver derimod et skuffende resultat, idet der ikke er skyggen af forbindelse. Udfaldet afspejler altså meget godt den lidt blandede oplevelse, jeg ser ude i virkeligheden.
Kulstof gør forskellen
PLA-filamenterne er begge baseret på tilsat carbon black. Det afsløres, når man trækker dem hen over et stykke A4, hvor de efterlader en sort streg, som var det en blyant. Carbon black er velkendt som tilsætningsstof i støbte og extruderede plastemner, hvor der skal tilsættes ganske lidt for at farve en plastråvare sort, og tilsætter man yderligere, så kan man opnå elektrisk ledeevne og den lidt afsmittende (side-)effekt. Skal emnet bruges i klassificeret renrum, kan det dog være et ”no-go”.
PETG-filamentet er ifølge producenten tilsat carbon nanotubes. Det er stadig kul, men der er ingen umiddelbar afsmitning. Efter nærstuderen af det med småt i producentens datamateriale åbenbares det, at nok er det PETG, men det skal printes ved lidt højere temperatur og meget lavere hastighed end standard-PETG. Profilen bliver tilpasset, forventet printtid steg med en faktor fire, men printeren bliver sat i gang igen. PETG-prøveemne nummer to bliver lidt blankere end det første, men ellers er der ikke nogen væsentlig forskel at spore rent visuelt. Elektrisk er der nu tale om et produkt, der ligger fint indenfor det forventede, men der er stor modstandsforskel på overside og underside. Har den bratte afkøling af plasten i første lag indflydelse?
Et nyt prøveemne, nu på højkant, tilføjer de nødvendige understøtninger. Dette tredje emne er elektrisk langt mere homogent, med tæt på samme modstandsværdi fra ledningshullet og til begge overflader.
Efter erfaringerne med PETG’s temperaturfølsomhed blev der lavet yderligere testemner med de to PLA-filamenter, printet såvel lavere og højere end standardtemperaturen for at se, hvilken indflydelse det har. Det påvirker klart modstandsværdien, og igen er højere temperatur lig lavere modstand, men det er langtfra så signifikant som ved PETG.
Samtlige målinger fremgår af tabel 2.
Og hvad kan vi så konkludere?
Vi er vant til primært at vurdere 3D-printede emner på udseende, mekanisk styrke og præcision. Det er ikke nok her, vi er nødt til også at have den elektriske performance med, og den følger ikke naturligt de andre parametre – det er ikke sikkert, at emnet er godt, blot fordi det ser pænt ud, eller det pæneste emne er bedst. Det er derfor vigtigt, at vi gør forsøg med den konkrete materialetype og proces, for at vide om også de korrekte elektriske egenskaber rammes, og måske også afsløre muligheder og begrænsninger med hensyn til emnedesign.
Vi må dog også huske på, at den effektive afledningsmodstand i en brugssituation vil afhænge af det konkrete emnes udformning, og hvordan der er kontakt videre til jord. Her kommer afsnit 5.2.3 ”Product Qualification Plan” i ESD-standarden DS/EN IEC 61340-5-1 i spil. Vi skal altid kontrollere og dokumentere egenproducerede hjælpeværktøjer, inden de introduceres i produktion, og sikre, at der er virksom udligningsforbindelse i brugssituationen. Det gælder uanset, hvordan værktøjet er produceret og af hvilket materiale. Den virksomme udligningsforbindelse kan enten være ledningsført, eller via for eksempel bordoverfladen. Der er ikke specifikke krav i standarden, udover at maksimalmodstanden skal være under 1GΩ – når vi betragter for eksempel et fikstur som en del af arbejdsområdet.
Vi skal naturligvis også have verificeret, at det holder i længden, så disse hjælpeværktøjer skal med i den løbende kontrol i henhold til vores ”Compliance Verification Plan”.
Hvis man gerne vil have .STL-filen tilsendt og selv lave lignende målinger, eller er der spørgsmål vedrørende ESD – både i 3D-printmiljøer eller generelt, er man som altid velkommen til at kontakte Claus Hillker på: claus-hillker@esd-center.dk.
Billedtekst:
1: Forskellige trådtyper til 3D-print med varierende indhold af carbon-/nanotubes.
Tabel 1.
Tabel 2.
