Gedruckte Elektronik im Fokus

Tintenstrahldruck für industrielle Anwendungen

Der Trend zum Druck mit digitalen Technologien verbreitet sich immer mehr. Dies ist bereits seit einiger Zeit im grafischen Bereich offensichtlich, aber jetzt hat die Entwicklung auch industrielle Anwendungen und den funktionalen Druck erreicht. Interessant ist dies auch für die Etikettenbranche. Peter Buttiens und Maciej Bochajczuk, ESMA, erläutern Hintergründe und beschreiben die Möglichkeiten.

Funktionaler Druck ist, im Gegensatz zu einem fertigen Produkt, wie beispielsweise einem Poster oder Banner, eine Prozessstufe im Herstellungsprozess und ein Teil des gesamten Erzeugnisses. Neben dem dekorativen Aspekt fügt der funktionale Druck Mehrwerte hinzu, etikettiert oder übt eine Funktion aus – und der digitale Inkjet-Druck kann dieses erreichen.

Es begann mit der Aufbringung von funktionalen Flüssigkeiten, die ihre Farbe, bedingt durch Elektrolumineszenz und chromatischen Tinten, sowie äußeren Einflüssen wie Licht (UV/Schwarz Light), Temperatur (Hitze), Variationen des pH-Wertes oder Kontakt mit Wasser, änderten. Heutzutage steht die Tür für Inkjet-gedruckte Elektronik, leitfähige Tinten und Lacke weit offen. Im täglichen Leben sind wir umgeben von Geräten, die gedruckte Antennen mit Silber-Tinten enthalten. NFC-, UHF- und RFID-Antennen mit Smart Tags, Etiketten und Sensoren, sind Basiskomponenten für das berühmte „Internet of things“. Der Tintenstrahldruck ermöglicht den Druck auf flexible, großflächige Raster und Gitter zur elektromagnetischen Absorption in Niedrigenergie- und kostengünstigen Verbrauchsumgebungen, ohne einen Reinraum der Klasse 1 zu benötigen.

Neugierige smarte Etiketten

Begeistert darüber, mit dem Endkunden zu interagieren, sowie Verhaltensdaten zu sammeln, schauen Markeninhaber neugierig auf elektronische Verpackungen und smarte Etiketten. Neben diesem riesigen, zukünftigen Marketingpotential, ist ein weiterer gemeinsamer Nenner der Inkjet-Integration, das fälschungssichere Etikettieren.

Zusammen mit Collins Inkjet bietet Honeywell Sicherheitspigmente für sensitive Authentizitäts-Anwendungen, beispielsweise Pässe, Militärausrüstungen oder Währungen. Individuelle opto-elektronische Erkennungssysteme reagieren mit speziellen, ab bestimmten Mindestmengen aufgetragenen fluoreszierenden Materialien von Honeywell.

Das deutsche Unternehmen Paul Leibinger GmbH entwickelt farbverändernde, sterilisierende, fluoreszierende und alkoholbeständige Tinten sowie unsichtbare UV-aushärtende Sicherheitstinten. Der Pass-Drucker Lapis Drucktechnologie druckt Bilder mit unsichtbaren UV-Farben simultan zu dem sichtbaren CMYK-Bild (beispielsweise sogenannte „Geisterbilder“). Zusammen mit den bereits erwähnten NFC- und RFID-Technologien können digitale Lösungen, bei der Integration von Markier- und Verfolgungssystemen in Produkt-Etiketten oder bei sensiblen Dokumenten, helfen.

OLED – Ein weiterer Bereich für den Digitaldruck

Bedienpanele, Rahmen, Einfassungen (die Ränder von Panelen, in denen die Leitungen für die aktiven Bereiche zu finden sind) sowie Displays sind weitere Bereiche, in denen der Digitaldruck angewendet wird. Kateevas YieldJjet-Plattform ist das weltweit erste Tintenstrahldrucksystem, welches von Grund auf für flexible und großflächige OLEDs entwickelt wurde. Es wird von großen Marktteilnehmern wie Merck, Samsung und LG Display unterstützt. Letzteres Unternehmen hat bekannt gegeben, dass es 8,7 Mrd. US-Dollar in eine neue Fabrik für die OLED-Produktion mittels Inkjet investieren wird. Sobald der Produktionsprozess vereinfacht wird, können die gedruckten OLED-Projektionsflächen ein großes Marktpotential eröffnen, nicht nur im Unterhaltungssektor. Mit verbesserter Leitfähigkeit wird der 3C-Markt (Verbrauchselektronik, Computer, Kommunikation) der erste sein, der den Gewinn einfährt, welcher durch die direkte Platzierung von Tinte auf Produkt-Komponenten entsteht.

Biologisch-medizinische Anwendungen

Inkjet wird bereits für bio-medizinische Anwendungen benutzt. Immer häufiger ermöglichen nicht rezeptpflichtige, medizinische Testpakete, erstellt mit kostengünstigen Druckmethoden, schnelle Selbstdiagnostik und werden als solche vermarktet. Sensoren, die direkt auf dehnbare Textilien gedruckt werden, Kontrollgeräte und Rehabilitations-Geräte vereinfachen nicht nur die Behandlung von Krankheiten. Sie können auch zusätzliche und genaue Daten übermitteln, so beispielsweise an Krankenkassen. Der Gesundheitsbereich, als Industriezweig, ist begierig die neuen Möglichkeiten einzusetzen. Dieses wurde in zahlreichen Vorträgen während ESMAs letzter AFIP-Konferenz (Advanced Functional & Industrial Printing) deutlich.

Die Vielfalt von gedruckten Diagnostik-Werkzeugen, die derzeit in Entwicklung sind, umfasst Krankheiten wie Diabetes oder sogar Krebs. Quad Industries präsentierte seine Lösung für ein temperaturerfassendes Etikett, welches hilft, Blutbeutel während des Transports zu überwachen und sicher zu stellen, dass diese nicht zu warm werden. Das gesamte „Smarte“ Etikett wird mit gedruckten Batterien, Schaltkreisen und Antennen im Unternehmen produziert und zusammen in einem Mikrochip vereint. Ein hybrides Verfahren mit Sieb- und Digitaldrucktechnologie ermöglicht kostengünstige Einwegelektronik. Eine ähnliche, erfolgreiche Fallstudie wurden vom holländischen Holst Centre präsentiert. Es unterstützt einige Pharmaunternehmen bei der Einführung von „Smart Blisters“, Tablettenverpackungen, die Informationen vorhalten, sollte eine Kapsel beschädigt oder die entsprechende Tablette bereits eingenommen sein. Alle diese neuen gedruckten Geräte verbinden die Druckwelt mit dem Bedürfnis nach der großen Datensammlung.

Kontaktloser Druck auf empfindliche Substrate

Die Rolle von Tintenstrahldruck für funktionale Anwendungen wird nur wachsen, wenn die Vorteile klarer werden: Kontaktlose Technologien für hochpräzisen Druck auf empfindliche Materialien mit einfacher Musterumstellung einzusetzen, entspricht modernen Geschäftsmodellen. Das Versprechen von vollständig individualisiertem Druck, basierend auf variablen Dateneingaben, wurde verwirklicht und wie ein kürzlich von Smithers Pira veröffentlichter Bericht zeigt, wird die Durchdringung des funktionalen Druckmarktes mit Inkjet auf 19.3% anwachsen (von 15 % in 2015 und 7,5 % in 2010). Weitere Verbesserungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Verlässlichkeit, aber noch wichtiger, im Bereich von neuen Inkjet-fähigen und funktionalen Flüssigkeiten, sind nötig. Die Entwicklung schreitet jedoch gut voran: Intrinsiq Materials aus dem Vereinigten Königreich führt die Entwicklung, von neuen Arten von Tinten und Alternativen zu den typischen Silber-Nanopartikeln, wie beispielsweise Nano-Kupfer oder Nanoseed, an. Nanoseed-Tinten bilden einen höchst haftfähigen Film, der kostengünstig ein nicht-elektronisches Kupferbad, ohne einen Katalysator, aktiviert. Anfängliche industrielle Anwendungen beinhalten Display, medizinische Geräte und Halbleiter wie beispielsweise Interposer (Zwischenschalter/eine elektronische Schnittstelle, zur Steuerung zwischen einem Anschluss (oder Verbindung) und einem anderen).

Eine wichtige Veranstaltung

Die Fortschritte bei der Funktionalisierung von Tinten, Präzisionsbeschichtungen, Management von großen Datenmengen, die Integration von Inkjet in eigenständige und hybride Produktionssysteme, sowie alle Aspekte dieser leistungsfähigen und flexiblen Technologie werden jedes Jahr auf “TheIJC Inkjet Conference” (5.-6. Oktober 2016 in Neuss/Düsseldorf) thematisiert. Als Treffpunkt für Drucker, Ingenieure, Chemiker, Hersteller und Markeninhaber aus unterschiedlichen Bereichen, wird auf der Veranstaltung gezeigt, wie sich der digitale Tintenstrahldruck seinen Weg, als Teil des Produktes, bahnt, indem er den gesamten Herstellungsprozess unterstützt und dabei Dekor und Funktion vereint. Weitere Informationen: http://theijc.com