Lerend netwerk: Printed Electronics

Additieve productie in elektronica

In het concept van een ‘Lerend Netwerk’ wordt in een beperkte groep (maximum 15 deelnemers) de verschillende aspecten van printed electronics verkend. Dit in 4 thematische sessies die online (ZOOM) gevolgd kunnen worden. Hierbij worden de VIGC-consultants maar ook externe sprekers als expert ingezet. Ook het leren van elkaar binnen de groep en op die manier het uitbouwen van een netwerk, kan op langere termijn voor toegevoegde waarde zorgen.

Dit is een resultaat van het industrie-partnership dat het VIGC is aangegaan met technologiepartners Agoria en Sirris. Met goedkeuring van VLAIO zijn er in dit partnership activiteiten gepland om Vlaamse bedrijven naar een hoger technologisch niveau te tillen. Voor meer info over dit partnership zie: https://www.industriepartnerschap.be/over

Additief produceren

Drukken en printen kan steeds sneller, nauwkeuriger, en zelfs met de mogelijkheid om elke afdruk uniek te maken. Andere industrieën ontdekken intussen ook de kracht van dit additief proces: lage kost, korte doorlooptijd en efficiënt gebruik van materiaal (duurzaam). In de elektronica-industrie zien we dit bijvoorbeeld terug bij de productie van ‘Printed Circuit Boards (PCB’s)’. Naast het klassieke etsen van koperen geleiders worden stroom geleidende inkten gedrukt op folies: een fors lagere productiekost en minder belasting van het milieu met chemische restproducten.

Fig. Ge-etste rigide printborden versus gedrukte flexibele designs.

In het nieuwe ‘geconnecteerde’ industriële landschap passen deze low-cost designs wonderwel. Sensoren en tags (RFID/NFC) worden in grote oplages geproduceerd voor gebruik in o.a. logistiek, retail en de maakindustrie.

Fig. Een verzameling gedrukte RFID-antennes voor een Internet-of-Things-toepassingen.

De uitdagingen om geleidende structuren te drukken & printen verschillen niet geweldig veel met een grafische bedrukking: nauwkeurige registratie, hoge resolutie, juiste inktlaagdikte, uitharden en drogen van de natte inktlaag binnen materiaaltoleranties.

Zeefdruk is momenteel de meest dominante druktechnologie om geleidende inkten te drukken. Het proces is simpel, robuust en met voldoende laagdikte. Maar de efficiëntie voor kleinere volumes kan in vraag gesteld worden. Voor prototyping en kleinere volumes zien we een opmars van digitale (inkjet) printers.

Fig. Links en zeefdruk-installatie om met geleidende inkten grotere volumes te drukken. Rechts het principe van inkjet om met zeer snel prototypes te maken. Hierbij kunnen meerlagen-structuren geprint worden, bestaande uit geleidende zilverinkt en isolerend plastic materiaal.

Elektronische toepassingen met additief geproduceerde onderdelen zijn op diverse markten terug te vinden:

Automotive

In de automobielindustrie is het vooral het interieur waar men gretig gebruik maakt van additief geproduceerde onderdelen: o.a. gezeefdrukte controlepanelen, warmtefolie (zetelverwarming) en in-mold-electronics.

Fig. Henkel is zeer actief op de markt van ‘Printed electronics’ met een gamma inkten & lijmen.

Labels

In de labelmarkt duiken steeds vaker concepten op met geïntegreerde gedrukte elektronica-componenten. Indrukwekkend zijn zonder meer de lichtgevende labels van het Duitse INURU. Het label bestaat uit in inkjet geprinte OLED’s, geïntegreerde batterij en aanraakschakelaar.

Fig. Lichtgevende elementen op een label (bron: INURU).

In logistiek en retail wordt RFID-technologie succesvol toegepast. De RFID-tags zijn terug te vinden op pallets en individuele verpakkingen voor toepassingen in logistiek, product-authenticiteit, klant-interactie en recyclage. De dalende kostprijs van de tags brengt steeds nieuwe toepassingen binnen bereik (o.a. automatische kassa check-out).

Fig. Het Decathlon ECO-systeem met de verschillende functies voor het RFID-label.

Zonnepanelen

De door de zonnecellen opgewekte stroom wordt verzameld via gezeefdrukte geleiders (fingers & busbars). Interessant te zien is dat ook inkjet wordt ingezet om een grafische component aan zonnepanelen toe te voegen.

Sessie 1: Kick-off

De kick-off sessie is bedoeld als een algemene introductie in ‘Printed Electronics’. Basisprincipes van de elektronica, inkten & substraten en druktechnieken worden uitgelegd op startniveau. Opportuniteiten en limieten van het drukken met geleidende materialen dienen duidelijk te worden, alsook succesvolle commerciële toepassingen.

Basisprincipes van elektronica
Ondersteunende praktische oefeningen
Drukken met stroom geleidende inkten
Toepassingen

Sessie 2: Passieve componenten

Energie is schaars goed! Passieve toepassingen hebben geen aparte energiebron nodig maar oogsten deze uit elektromagnetische golven. Dit maakt passieve toepassingen uitermate geschikt in een Internet-of-Things omgeving. In deze sessie zetten we deze technologieën op een rijtje.

Inleiding
RFID/NFC

Sessie 3: Actieve componenten

Actieve componenten worden van energie voorzien via netstroom, batterij of zonne-energie. Dit voegt een complexiteit toe aan de additieve concepten maar daartegenover staan natuurlijk meer uitgebreide toepassingen: een actieve RFID kan over grotere afstanden communiceren, sensoren kunnen processen registreren en rapporteren, OLED’s voorzien in een lichtstroom, enz.

Inleiding
Printed circuit boards
Paperonics – geprinte elektronica op papier & karton
Thermo forming

Sessie 4: ‘smart’ toepassingen

Internet-of-things: objecten raken geconnecteerd en worden slim. In deze wereld zijn de innovaties niet bij te houden. In deze sessie zetten we een aantal interessante innovaties op een rijtje.

Smart Packaging

Meerwaarde

In dit lerend netwerk verkennen we de lancering van een nieuwe technologie. In dergelijk netwerk ligt de nadruk op verkenning en exploratie. Volgende aspecten kunnen een meerwaarde betekenen voor de organisatie:

Opbouwen van basiskennis over ’printed electronics’
Inspiratie door praktijkvoorbeelden
Leren in groep: door in kleine groepen (tot maximum 15 deelnemers) aan de slag te gaan kan kennis gedeeld worden en ervaringen uitgewisseld.

Bekijk hier de agenda