Der Einsatz gedruckter Elektronik im IoT
Die Weiterentwicklung des Internet der Dinge schreitet voran. Auch gedruckte Elektronik ist ein Faktor, der dazu beiträgt und dabei hilft, es umfassender zu nutzen. Der Druck auf leitendem Funktionsmaterial verbindet die digitale und physische Welt und bringt viele Vorteile mit sich. Fahrkarten mit automatischer Abbuchung, mit Sensorik ausgestattete Plakate, Preisaufdrucke im Supermarkt oder andere crossmediale Produkte sind nur einige Beispiele für mögliche Anwendungen. Nahezu täglich kommen neue Einsatzgebiete hinzu. Gedruckte Elektronik fördert darüber hinaus das Internet of Things (IoT).
Wer von der Möglichkeit druckbarer Elektronik allerdings noch nie etwas gehört hat, bekommt jetzt ein Update.
GEDRUCKTE ELEKTRONIK: WIE FUNKTIONIERT ES?
Der Begriff gedruckte Elektronik erklärt sich im Grunde von selbst, auch wenn dahinter zunächst ein Paradox vermutet wird. Es handelt sich dabei schlichtweg um die Herstellung eines elektronischen Gerätes oder eines elektronischen Elements durch ein Druckverfahren. Ob Siebdruck, Offsetlithographie, Tiefdruck, Flexographie oder ein anderes Druckverfahren angewendet wird, ist letztendlich egal.
Entscheidend bei der Herstellung gedruckter Elektronik ist die Substanz, also die “Tinte”, mit der gedruckt wird. Es handelt sich dabei nämlich nicht um herkömmliche Farbe oder Tinte, sondern um ein elektronisches Funktionsmaterial, sodass beim Druckverfahren Elektronik erzeugt wird. Somit sind Chemie und Wertstoffwissen in diesem Zusammenhang unabdingbar.
Dieses Funktionsmaterial kann organisch oder anorganisch sein und sollte als Isolator, Leiter oder Halbleiter verwendet werden. Gemische von metallischen Mikro- oder Nanopartikeln beispielsweise sind bei anorganischen Materialien ideal.
DIE ERFINDUNG GEDRUCKTER ELEKTRONIK
Die Idee für gedruckte Elektronik hatte ein deutscher Wissenschaftler bereits im Jahre 1903 – Albert Hanson. Im selben Jahr meldete er ein Patent auf “Printed Wires” an, womit in erster Linie das Stanzen eines Leiterplatten-Musters auf Kupferfolie gemeint war.
Eine gedruckte Schaltung entstand durch das Kleben auf paraffiniertes Papier, welche für die Massenproduktion von Radios durch die USA 1936 angewendet wurde. Einige Jahre später, 1948, wurde die Technologie für den kommerziellen Gebrauch zugelassen. Mittlerweile wurde sie stark weiterentwickelt und weltweit eingesetzt.
WAS DIE GENIALE LÖSUNG ALLES KANN
Gerade in der Welt des Internet der Dinge zeigt sich, warum gedruckte Elektronik so wichtig geworden ist. Immer mehr Dinge werden kommunikativ: Maschinen “sprechen” miteinander und bringen die Industrie 4.0 in Gang. Smartphones, Haushaltsartikel und Autos unterstützen uns in Beruf, Alltag und Freizeit – und das alles unter der Voraussetzung, dass die Technik dafür auf minimalem Raum erschaffen wird.
Der Bedarf an schmaler Elektronik steigt und so können beispielsweise ganz einfach Antennen, elektronische Hautpflaster oder flexible Tastaturen gedruckt werden. Beachtung finden ebenfalls RFID Tags, Solarzellen und Eintrittskarten, die sich aufdrucken lassen. Die Begeisterung ist berechtigt, wie die Vorteile zeigen:
- durch gedruckte Elektronik gelingt die Herstellung von besonders dünner Elektronik
- kostengünstige Herstellung
- schnelle Umsetzbarkeit vieler Produkte
- erhöhte Flexibilität durch gedruckte Elektronik
- breit gefächerte Einsatzgebiete: Unterhaltungselektronik, das Internet der Dinge, Gesundheitswesen, Automobilindustrie
Es ist nicht wunderlich, dass nach den Anfängen in der Autoindustrie, wo gedruckte Elektronik und seine Vorteile für die Herstellung von OLED-Rücklichtern und Sitzbelegungssensoren eingesetzt wurde, immer mehr Branchen auf diese geniale Lösung setzen.
DIE MÖGLICHKEITEN GEDRUCKTER ELEKTRONIK
Die schlanke und kosteneffektive Revolution sorgt zum Beispiel dafür, dass Printobjekte mit integrierten RFID-Funktionalitäten gedruckt werden. Ein großer Pusher für den modernen Einzelhandel. Die Elektronik sorgt für eine enorme Weiterentwicklung, egal ob Diebstahlschutz oder bargeldloses Bezahlen, und bietet grenzenlose Möglichkeiten, um die digitale Wende voll auszuschöpfen
Nicht nur in diesem Bereich, sondern auch im öffentlichen Personennahverkehr kann von den Vorteilen profitiert werden. Beispielsweise können RFID-Tickets angeboten werden, die für die berührungslose und automatische Abbuchung des Fahrpreises sorgen. Auch für dünne Solarzellen oder OLED-Displays bietet die Technik ein günstiges Herstellungsverfahren.
Weiterhin bietet sich das Ergebnis der gedruckten Elektronik auch für die Herstellung folgender Produkte an
- Leuchtfolien,
- flexible Displays,
- Temperatursensoren – zum Beispiel für Lebensmittelverpackungen,
- Sensoren für Connected Cars,
- gedruckte Batterien,
- oder auch elektronische Label, die zum Schutz vor Fälschungen dienen.
Jedes dieser Beispiele lässt sich kostengünstig und schnell herstellen. Und inzwischen wird gedruckte Elektronik eben auch für die Weiterentwicklung des Internet of Things genutzt.
ELEKTRONIK, DIE DAS INTERNET DER DINGE FÖRDERT
Um Gegenstände miteinander zu verbinden, wird zum Beispiel ein Sensor benötigt. Zur Herstellung dieser Konnektivität ist eine besonders dünne, eventuelle flexible und kostengünstige Elektronik notwendig, um die Massenproduktion zu ermöglichen. Und hier kommt gedruckte Elektronik ins Spiel.
Als Ergänzung zur herkömmlichen Elektronik bringt sie die Eigenschaften mit, um Dinge unauffällig und flexibel zu verbinden. Smarte Verpackungen oder Smart Labels basieren zum Beispiel darauf. Kontinuierlich und in Echtzeit können Daten durch diese Technik weitergeleitet werden. Eine Fußballzeitschrift könnte so beispielsweise immer aktuelle Spielergebnisse anzeigen.
Wenn druckbare Elektronik eingesetzt wird, kann alles smart gemacht werden, was ich smart machen möchte. Seit einigen Jahren findet sich die Anwendung wie bereits erwähnt in der Automobil-Branche wieder. Ebenfalls damit umsetzten lassen sich Anwesenheitserkennung oder intelligente Berührungs- und Gestensteuerung. Auch Textilhersteller können von der Unauffälligkeit und Leichtigkeit der Labels profitieren. So können Flächen von Sport- und Gesundheitskleidung intelligent werden.
Manche Dinge lassen sich überhaupt erst durch gedruckte Elektronik umsetzen. Dünne Touch-Bedienelemente für Haushaltsgeräte beispielsweise, aber auch beim intelligenten Bauen zur Überwachung von Feuchtigkeit und Temperatur sind gedruckte Sensoren die intelligente Lösung.
Gedruckte Elektronik ist die neue Wunderwaffe und macht viele smarte Produkte überhaupt erst möglich. Sie ist inzwischen in vielen Bereichen nicht mehr wegzudenken und gehört zu einem der wichtigsten Elemente für die Weiterentwicklung des Internet der Dinge.
Wir von der Wtte Technology GmbH und IOX bringen gedruckte Elektronik in die Welt des Internet der Dinge. Gerne unterstützen wir Sie bei Ihrem IoT-Vorhaben: mail [at] witte-technology.com | hello [at] ioxlab.de
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Autor: Robert Jänisch
Geschäftsführer des Witte Technology GmbH Partners IOX
