VON Gedruckte Elektronik ist eine revolutionäre Art der Elektronik mit großem Potenzial. Ist herkömmliche Elektronik komplex und statisch, so zeichnet sich gedruckte Elektronik durch ihre Flexibilität, die Robustheit und das leichte Gewicht aus. Mittels der Innovationen wird Elektronik in alltägliche Gegenstände integriert. Die Silizium-Technologie gilt als starr und unflexibel, gedruckte Elektronik hingegen wird an die Anwendungsbereiche und die Aufbringungsorte angepasst. Es handelt sich um eine Schlüsseltechnologie, wie sie für das Internet der Dinge von Vorteil ist. Ob flexible Displays, Sensoren oder Smart Labels – gedruckte Elektronik erhöht die Funktionalität der Produkte.
Definition von gedruckter Elektronik
Radio Frequency Identification (RFID)-Etiketten, druckbare Batterien und Solarzellen sind einige von vielen Anwendungsmöglichkeiten für gedruckte Elektronik. Neuartige Anwendungsmöglichkeiten eröffnen sich durch die Nutzung dieser innovativen Technologien.
Ob zur Erhöhung der Sicherheit, zur Automatisierung von Prozessen oder zur Anbringung von großflächigen und flexiblen Displays – gedruckte Elektronik ist ein wichtiger Schritt in die digitale Zukunft.
Traditionell wird siliziumbasierte Elektronik eingesetzt, die gedruckte Elektronik besteht aus flexiblen Materialien, wie organischen Halbleitern. Zu den Vorteilen der gedruckten Elektronik gehören die mechanische Flexibilität und die Großflächigkeit.
Du bringst die Elektronik beispielsweise auf Etiketten auf der Verpackung der Produkte auf. Ein praktisches Beispiel ist der RFID-Code, der als Identifikation von Produkten dient und als Schlüssel zum Abrufen von im System gespeicherten Informationen fungiert.
Auf dem Etikett befindet sich ein Transponder, der mittels eines Scanners ausgelesen wird. In der Datenbank sind zu den einzelnen Objekten Informationen hinterlegt. Oftmals wird die RFID-Technologie mit der Thematik des „Internet of Things“ in Verbindung gebracht. Jedes Objekt ist eindeutig identifizierbar, die Objekte kommunizieren untereinander.
Gedruckte Etiketten werden die gängige Siliziumtechnologie in der kommenden Zeit nicht ablösen, sie werden eine kostengünstige und flexible Alternative für diverse Anwendungsgebiete darstellen.
Ein Vorteil der Siliziumtechnologie ist die höhere Leistungsfähigkeit. Komplexe Funktionen werden dabei auf einem kleinen Chip kompakt gespeichert.
Welche Aufgaben erfüllt gedruckte Elektronik?
Gedruckte Elektronik auf Etiketten besitzt diverse Aufgaben:
- Erzeugung optischer Effekte mittels eines gedruckten OLED-Displays (organische Leuchtdiode)
- Identifikation der Produkte mittels RFID-Technologie
- Bereitstellung von Informationen mittels Smart Labels.
Die Aufgaben hängen von der Zielsetzung und von der verwendeten Technologie ab.
OLED Displays sind organische Leuchtdioden. Es handelt sich um leuchtende Dünnschichtbauelemente, die wunderschöne optische Effekte auf den bedruckten Verpackungen erzeugen. Im Gegensatz zu anorganischen Leuchtdioden (LED) sind keine einkristallinen Materialien erforderlich. Die Leuchtdichte und die elektrische Stromdichte sind geringer als bei LED.
Die Eigenschaften der OLED Displays ermöglichen die kosteneffiziente Anbringung der Dünnschichttechnik. Die Lichtausbeute ist im Vergleich zu LED niedriger, was bei der Verwendung auf Verpackungen beziehungsweise Etiketten keinen praktischen Nachteil darstellt. Durch die gedruckte Elektronik erzeugst du auf der Verpackung wunderschöne Designeffekte. Du nutzt Licht oder kleine Grafiken, um die Verpackung zu einem optischen Highlight werden zu lassen.
Die Funktionsweise der Technologie
Die gedruckte Elektronik wird strukturiert in sehr dünnen Schichten aufgetragen. Hierbei werden organische Halbleitermaterialien verwendet. Die Schichten haben eine Dicke von wenigen 10 Nanometern. Im Gegensatz zu Silizium werden organische Halbleiter in flüssiger Form auf den Träger aufgebracht. Dieser Umstand vereinfacht den Druck.
Nach dem Aufbringen auf das Material erfolgt die Weiterverarbeitung zu den benötigten Elementen wie Leuchtdioden, Solarzellen und Feldeffekttransistoren. Gedruckte Elektronik enthält elektrische Leiterbahnen, Dielektrika für Kondensatoren, Isolationsschichten und viele weitere Elemente.
Die Materialauswahl hängt von den zu realisierenden Aufgaben ab. Die Möglichkeiten sind umfangreich: Erzeuge RFID-Transponder, Temperatursensoren, digitale Speicherbausteine oder lichtemittierende Strukturen.
Für welche Produkte und Branchen ist das Konzept geeignet?
Die RFID-Technologie ist aus der Logistik und der Lagerhaltung bekannt. Auf der Verpackung der Produkte oder auf den Produkten selbst befindet sich ein RFID-Transponder.
In den ersten Ausführungen handelte es sich um ein kleines elektronisches Bauteil, heutzutage können die RFID-Transponder aufgedruckt werden. Zur Überwindung kleiner Distanzen sind passive Transponder ausreichend, sie verfügen über keine eigene Energiequelle.
Erst wenn größere Distanzen überbrückt werden sollen, müssen aktive RFID-Transponder mit eigener Stromquelle verwendet werden. Passive Transponder erhalten ihre Energie von den Lesegeräten. Die Lesegeräte bauen ein magnetisches Feld auf, sie lesen den Code aus. In der Datenbank sind alle relevanten Informationen zu den Objekten abgespeichert.
Gedruckte Elektronik besitzt für alle Branchen großes Potenzial, da eine gut durchdachte Logistik erforderlich ist, um die Produkte von der Produktion zu den Endkunden zu befördern. Die Automatisierung der Prozesse bietet deshalb großes Einsparpotenzial für Unternehmen.
Die Kosteneffizienz ist dabei gepaart mit der Erhöhung der Nachhaltigkeit: Effiziente Logistikprozesse führen zur Reduktion des Logistikaufwandes, was ressourcenschonend ist und den Ausstoß an CO2 vermindert.
Ist gedruckte Elektronik tauglich für die Massenproduktion?
Es ist anzunehmen, dass in Zukunft Etiketten versehen mit gedruckter Elektronik für die Massenproduktion geeignet sein werden. Allerdings müssen hierzu einige Voraussetzungen erfüllt sein. Die Druckbranche wird die Verbreitung der Technologie vorantreiben, wenn sie diese kosteneffizient umsetzen kann. Hierzu sind geeignete Druckverfahren und geeignete Funktionsmaterialien erforderlich. Des Weiteren ist eine effiziente Qualitätskontrolle für die Massenproduktion notwendig.
Für die Massenproduktion muss gedruckte Elektronik in einer hohen Qualität vorliegen. Strom fließt nur, wenn zusammenhängende Strukturen vorhanden sind. Daher ist es erforderlich, gleichmäßig dicke und geschlossene Flächen zu erzeugen. Die Dicke der Flächen muss etwa 10 bis mehrere 100 Nanometer betragen, was präzises Arbeiten erfordert.
Wie sieht die Zukunft des Konzeptes aus?
Die Technologie muss tauglich für die Massenproduktion werden, damit sie eine weitere Steigerung ihrer Verbreitung erreichen kann. Vor allem die Vermeidung von unkontrollierten Verbindungen zwischen den einzelnen Schichten ist ein aktuelles Problem, das bei einfacher Produktion auftreten kann. Die Implementierung eines effizienten Qualitätsmanagements erhöht die Produktionsqualität, was zur Verbreitung der Technologie beiträgt.
Die Bemühungen zur Weiterentwicklung der Technologie sind jedoch bereits umfangreich. Vom 22.03.2022 bis zum 24.03.2022 fand in München die LOPEC, eine Fachmesse für organische und gedruckte Elektronik statt.
Forschungs- und Entwicklungsinstitute haben sich dort mit international führenden Firmen getroffen. Materialhersteller, Maschinenbauer und Produzenten waren anwesend, um die Zusammenarbeit und den Austausch zu fördern.
Die LOPEC fungiert als eine Art „Think Tank", wobei neue Ideen entwickelt und innovative Projekte begründet werden. Industrie 4.0 ist in vielen Branchen bereits Realität geworden, allerdings handelt es sich um ein breites Anwendungsgebiet, welches immer neue Möglichkeiten bietet. Insbesondere die Produktion und die Logistik treiben die Entwicklungen voran. Sie setzen das Internet of Things und die Automatisierung von Prozessen um.
Die Umsetzung gedruckter Elektronik in der Praxis
Wenn du gedruckte Elektronik auf den Etiketten einsetzen möchtest, dann legst du zunächst die Funktionen fest, die die Elektronik erfüllen soll. Du entscheidest, ob du einen Designeffekt erzeugen willst, ob du Informationen speichern und abrufen möchtest oder ob du eine bestimmte Funktion durch die Elektronik ausführen lassen willst. Aus diesen Zielen leitest du die Anforderungen an die gedruckte Elektronik ab. Basierend auf diesen Angaben erfolgt ihre individuelle Entwicklung.
Smart Labels ermöglichen die Interaktion mit dem Kunden
Smart Labels werden auf den Produkten angebracht. Es handelt sich um Etiketten, die die Interaktion mit dem Kunden ermöglichen. Beispielsweise hält der Kunde sein Smartphone gegen das Label und ruft weiterführende Informationen zu dem Produkt auf.
Aus technischer Sicht handelt es sich bei Smart Labels um ultraflache RFID-Transponder, die auf einer Folie aufgebracht sind. Die Folie lässt sich auf Rollen aufwickeln. Sie wird ähnlich wie Papier weiterverarbeitet. Um die Folie auf Etiketten anzubringen, wird sie zwischen zwei Papierschichten einlaminiert. Grundsätzlich können Smart Labels an diversen Stellen integriert werden, unter anderem auf den Etiketten von Getränkeflaschen.
Informiere deine Kunden über die Nachhaltigkeit der Produkte
Die Kunden lesen die Smart Labels aus und erhalten auf ihrem Smartphone die Anzeige der von dir gewünschten Informationen. Du lieferst wahlweise Gebrauchsanleitungen, Videos von dem Praxiseinsatz der Produkte oder Hintergrundinformationen zur Herstellung der Produkte.
All diese Informationen können zwar in kompakter Form auch auf der Verpackung selbst dargestellt werden, jedoch leidet das Design unter einer hohen Informationsflut. Die Integration der Informationen in dem Smart Label bietet dir die Möglichkeit, den Kunden umfangreich zu informieren – was einen werbenden Effekt besitzt – und zugleich ein reduziertes und effizientes Verpackungsdesign zu wählen.
Fazit
Gedruckte Elektronik auf Etiketten eignet sich perfekt zur Verzierung der Verpackung. Du bringst wunderschöne Lichteffekte auf oder integrierst Grafiken. Eine weitere Option ist die Nutzung der gedruckten Elektronik für die Ortung und die Identifikation der Produkte. Jedes Objekt wird eindeutig identifizierbar, was vor allem für die Logistik ein großer Effizienzgewinn ist. Treibe die Automatisierung der Logistikprozesse voran oder gestalte einzigartige Verpackungen – gedruckte Elektronik bietet dir zahlreiche Einsatzmöglichkeiten.
FAQ
- Aus welchen Materialien besteht gedruckte Elektronik?
Gedruckte Elektronik besteht aus flexiblen Materialien, beispielsweise organischen Halbleitern. - Welche praktischen Einsatzmöglichkeiten bestehen durch gedruckte Elektronik?
Du kannst gedruckte Elektronik auf Etiketten nutzen, um die Verpackung der Produkte zu verzieren. Leuchtende Elemente oder Bilder sorgen für faszinierende Spezialeffekte. - Wie hoch ist gedruckte Elektronik auf den Etiketten?
Die gedruckte Elektronik weist eine Dicke von 10 bis mehreren 100 Nanometer auf, wodurch die Elemente auf der Verpackung nicht störend wirken.
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