In het kader van het VLAIO-project ‘Functioneel en connected printen’ verzamelde een 30-tal industriëlen en 50-tal studenten elektronica voor het start event aan de AP Hogeschool in Antwerpen. Onder de titel “Connect! ‘printed electronics’ als motor voor IoT” werd er een dagprogramma afgewerkt met alle actoren uit de wereld van gedrukte elektronica: materiaalleveranciers, researchers en productiebedrijven.

In de introductie gaven de organisatoren aan hoe ze aankijken tegen deze nieuwe ontwikkelingen. Fons Put (VIGC) somde de geschiktheid van printprocessen op voor productie van nieuwe technologieën: top-efficiëntie (minimum aan materiaalverbruik), geschikt voor flexibele materialen (papier en plastics), diverse printtechnologieën beschikbaar en geruggensteund met een uitgebouwde recyclageketen. Geert Vanhulle (Lector Elektronica-ICT aan de Artesis Plantijn Hogeschool Antwerpen) schetste een mooi historisch overzicht van de productie van Pcb’s (printed circuit boards oftewel de printplaat die je terugvindt in elektronische toestellen). Een evolutie van rigide materialen met logge connectoren tot de nieuwe generatie flexibele structuren.

Fig. 1. Overzicht van een aantal print technologieën die ingezet worden voor de productie van ‘printed electronics’.

In het eerste sprekersgedeelte lag de focus op de leveranciers van inkten en lijmen voor functioneel printen. Bavo Muys, Application Manager Printable Electronics bij AGFA Materials, beschreef helder de voor-en nadelen van de 2 inkttypes die AGFA aanbiedt: een transparante elektrisch geleidende polymeerinkt (PEDOT:PSS) en een nano-zilverinkt met superfijne zilverdeeltjes. Aandacht ook voor het droog- en sinterproces van inkt om een optimale elektrische geleidbaarheid te verkrijgen. Ook hier zijn er een aantal verschillende technologieën beschikbaar, gaande van een droogoven tot infrarood en gepulseerd Xenon-licht. Een belangrijke toepassingsmarkt ligt in de huishoudtoestellen en automobielindustrie waar geprinte capacitieve schakelaars hun ingang vinden. Verder werd er ook een mooie brug gebouwd met grafisch kennis: hoe kunnen we een geprint lijnpatroon met zilverinkt onzichtbaar maken?

Fig. 2: een geprinte structuur voor automotive touch applicatie (Quad Industries)

Inge van der Meulen, Product Development Manager Electronic Printing bij Henkel Belgium, toonde hoe printed electronics verweven zit in het grote productaanbod van Henkel. Onder de Henkel-portefeuille zitten een aantal grote Brands (o.a. Persil, Schwarzkopf), hiernaast is Henkel marktleider in ‘adhensives’-producten voor industriële toepassingen. Hierbij spelen ze sterk in op de trend van hybride elektronica: geprinte geleider banen in combinatie met aangebrachte krachtige silicium gebaseerde componenten. Naast klassieke soldeermaterialen zijn hier stroom geleidende lijmen ontwikkeld.

Fig3. Een geprinte medische sensor.

Marcel Klok is Director Sales Asia and Head of Procurement, Business Development and Innovation bij de Nederlandse drukkerij Koninklijke Royal Joh. Enschedé. Als voormalige gelddrukker is het bedrijf sterk in security, hetgeen Marcel onmiddellijk aantoonde door de geïntegreerde NFC in het programmaboekje ter plaatse te hacken. Studenten en industriëlen werden onmiddellijk duidelijk gemaakt hoe je business doet: in zijn wereldwijd netwerk worden nieuwe productconcepten besproken en geëvalueerd. Bij een ‘Go’ gaan de handen uit de mouwen en moet er binnen enkele maanden tot realisaties gekomen worden. Deze aanpak werd o.a. geïllustreerd met de overname van AntTail. Hierbij is een totaalconcept ontwikkeld voor pakjesverzending dat momenteel wordt uitgerold in Finland. Geïnteresseerde studenten met goede ideeën worden door Marcel uitgenodigd tot een gesprek in Haarlem (met lunch). Wie durft de uitdaging aan?

Fig. 4. Programmaboekje met geïntegreerde NFC-tag.

Na de koffiebreak was het de beurt aan de onderzoekscentra. De aftrap werd gegeven door Dr. Kris Myny, Principal Member of Technical Staff / R&D Teamleader bij imec. Kris is pionier in chipproductie op flexibele folie. We kregen hierbij zijn microprocessor en RFID/NFC-tag op flexibel materiaal te zien (Met@link-project). Hierbij werd de antenne gezeefdrukt en geïntegreerd met een flexibele tag. Dan volgde de vraag ‘what’s next?’ met o.a. de aangekondigde productlaunches van de bedrijven Thinfilm, Pragmatic en Ten Flex en het ‘Capid’-project voor communicatie via touchscreens.

Fig. 5. De eerst gedrukte flexibele CPU, 40 jaar na de silicium-chip (met dezelfde specs!).

Flexibele elektronica: dan denken we natuurlijk aan het Holst Centre / TNO. Auke Jisk Kronemeijeris hier als Senior Researcher aan de slag met geprinte displays. Het aspect van integratie van nieuwe technologie in bestaande productieprocessen is een mooie exponent van pragmatisch denken. Flat-panel Tv’s worden nu geproduceerd op een grote glasplaat. Door deze in de nieuwe flexibele technologie te gebruiken als substraat waarop de functionele lagen geprint worden, kan het ‘oude’ productieapparaat ingezet worden. Punt van aandacht zijn hierbij een delaminatiestap, waarbij de flexibele display van de glazen onderlaag losgemaakt wordt en de werkingstemperatuur te controleren (je kan een foliestructuur maar beperkt verhitten zonder schade op te lopen).

Fig. 6. Een flexibel display naast de klassieke flatpanel-productie op grote glasplaten.

In de IMO/IMOMEC-labo’s aan de universiteit van Hasselt heeft Wim Deferme flink wat ervaring opgebouwd met verschillende druktechnieken en geleidende en functionele inkten. Hiertoe behoren naast zeefdruk en inkjet, printtechnieken als ultrasonic spray-coating en spincoating waarmee we in de grafische sector iets minder vertrouwd zijn. Indruk maakt Wim met zijn Acpel-project waarbij op een textieldrager luminescente (oplichtende) structuren gezeefdrukt worden: rekbaar maar hierbij toch nog altijd functionerend. Hiernaast passeerden tal van nieuwe printconcepten de revue: Bio-impedance sensor, vochtdetector, PH-sensor, geprint verwarmingselement, 3D-electroprint. De universiteit van Hasselt is de drijvende kracht achter het nieuwe Paperonics-project. In dit project worden applicaties met functionele inkten op papier en karton ontwikkeld. Als kenniscentrum in de grafische industrie zal het VIGC dit project van nabij opvolgen!

Fig. 7. In een aantal toepassingen dient je geprinte geleider rekbaar te zijn.

Na de onderzoekscentra was het de beurt aan de productiebedrijven. De spits werd afgebeten door Kristof Baes, procesingenieur bij Quad Industries. Quad industries kan op industriële schaal hybride elektronica produceren: zeefdrukken van geleiders, assembleren van componenten, adhesive bonding, en cutting. Een greep uit hun aanbod nieuwe producten:

  • Aanraakfilm voor de automobielindustrie ter vervanging van het klassieke dashboard.
  • Capacitieve sensoren, o.a. een oprolbaar schaakbord waarmee je tegen een virtuele opponent kan spelen.
  • 3D gevormde elektronica, o.a. een 3D touch wheel, zeer handig voor bijvoorbeeld hospitalen (volledig ingekapseld en afwasbaar).
  • Slimme verpakking, o.a. een temperatuur logger
  • Project ARION, superdunne inlegzolen als ondersteuning bij het opmeten van je belasting bij het lopen.
  • Smart blister met hier o.a. een via NFC communicerende huidpleister

Fig. 8. 3D-touch wheel van Quad Industries.

“Wie gaat er op de knop drukken”? Uitspraak van de dag kwam van Hans van de Mortel, eigenaar van Metafas B.V. Metafas is net als Quad Industries een producent van geprinte elektronica. Zo kunnen ze met hun lasergestuurde belichter superfijne zeefdrukstructuren belichten waarmee hoog kwalitatieve geleidende patronen geprint kunnen worden. Met de uitspraak van de dag lichtte Hans de uitdaging toe voor de productiebedrijven. Het onderzoekswerk van de kenniscentra leidt tot een flinke stroom nieuwe concepten. Deze converteren naar de markt is echter een aparte tak van sport. Het is wachten op de leidende actoren om de stap te zetten. Voorbeeld is o.a. de ‘smart blister’. Iedereen is overtuigd van het concept: een nauwkeurige registratie en dosering van de inname van geneesmiddelen zal zowel patiënt als dokter verder helpen. Om dit te kunnen realiseren moet er een overeenstemming bereikt worden tussen alle actoren in het veld (farmaceutische industrie, geneeskunde, gezondheidsinspectie,…).  Specifiek zoomde Hans in op het concept van hun gedrukte luidspreker: met de juiste inktkeuze kan je een werkende luidspreker zeefdrukken op een flexibele drager.

Fig. 9. Metafas aan de slag met het zeefdrukken van een luidspreker.

Het laatste woord was voor Steven Sanders, eigenaar van Quicksand. Quicksand ontwerpt micro-elektronica miniaturisatie met expertise in de optimalisatie van energieverbruik en draadloze communicatie. Onder hun succesvolle elektronica-designs vinden we o.a. de ZembrO terug. Dit is een draagbaar device die positie en beweging van ouderen communiceert om hen toe te laten langer in eigen huis te kunnen wonen. Ook succesvol is de samenwerking met bloom-technologies. Deze mondde uit in het ontwerp van een slimme pleister om de zwangerschap te monitoren. Hiermee werd in 2016 de ‘Branson Extreme Tech Challenge’ gewonnen.

Daarna lichtte Steven de Internet-of-things strategie toe. In 2020 worden meer dan 50 miljard geconnecteerde devices verwacht. Hamvraag is dan met welke technologie deze kunnen communiceren. 4G/5G-netwerken zijn gebouwd om zoveel mogelijk bandbreedte te verkrijgen. Voor de communicatie met Internet-of-things devices kunnen hele andere objectieven spelen, zoals energieverbruik en kostprijs. Een slimme watermeter stuurt 2X daags zijn verbruik door: hier is niet de bandbreedte de bepalende factor maar is energieverbruik veel belangrijker (de sensor moet bijvoorbeeld 16 jaar autonoom kunnen rapporteren). De drie grootste netwerken voor dergelijke toepassingen zijn ‘Lora’, ‘NB-IoT’ en ‘Sigfox’, waarbij van deze laatste een aantal applicaties werden getoond. De slimme watermeter (Hydroko): bi-directionele communicatie met een watermeter (getest in de kelder onder een zwembad!) en een ultrasone niveaudetector om de waterstand van rivieren te rapporteren.

Fig 10. Bepalen van de waterstand en rapportering via een Sigfox netwerk.

Samenvattend meen ik te mogen stellen dat we kunnen terugblikken op een uitmuntende selectie sprekers. Elk aspect uit de markt van gedrukte elektronica werd zeer duidelijk uitgelegd: de leveranciers van inkten en lijmen, de onderzoekscentra, de productiebedrijven en systeemintegrators. Hierbij concludeer ik één gemeenschappelijke factor: om de technologie succesvol in de markt te krijgen is er tussen al deze partijen samenwerking nodig.

Hierbij nog interessante links met meer info, aangebracht door de sprekers:

Bavo Muys, Agfa Materials
https://www.printedelectronicsworld.com/articles/14028/new-ways-to-print-capacitive-touch-sensors http://www.agfa.com/specialty-products/
https://careers.agfa.com/SpecialityProducts/

Inge van der Meulen, Henkel Belgium
https://www.henkel.com/brands-and-businesses/adhesive-technologies
https://www.henkel-adhesives.com/us/en/industries/electronics.html

Marcel Klok & Jan-Peter van Dok, Koninklijke Joh. Enschedé
https://www.joh-enschede.nl/#homegallery

Kris Myny, imec
https://www.imec-int.com/lae
https://www.tijd.be/dossier/techpioniers/Leuvens-duo-maakt-de-krant-van-Harry-Potter/9890519?ckc=1&ts=1503477765
https://www.euroscience.org/news/eyra-2018-winners-announced/
https://www.youtube.com/watch?v=01y5ttEm9wQ&t=2s

Auke Jisk Kronemeijer, Holst Centre / TNO
https://executivereport.holstcentre.com/2018/
https://www.holstcentre.com/news—press/2017/touchtaiwan/
https://www.holstcentre.com/news—press/2018/flexible-finger-print-sensors/
https://www.youtube.com/watch?v=8YFVn-y5bqM

Wim Deferme, Faculty of Industrial Engineering Sciences Imo-Imomec – Functional Materials Engineering
https://www.youtube.com/watch?v=cM10uk1EPEA
https://www.youtube.com/watch?v=kXmKRROzvks
https://www.youtube.com/watch?v=sRUix7BHCTY
https://www.3delektroprint.be/

Kristof Baes, Quad Industries
https://www.quad-ind.com/printed-electronics/
https://www.quad-ind.com/quad-industries-and-invisible-jointly-demonstrate-electrochromic-printing-onto-nfc-rfid-tags/
https://www.quad-ind.com/pressure-sensitive-insole-tracks-every-movement-of-your-foot/
https://www.quad-ind.com/user-interfaces/capacitive-touch/

Hans van de Mortel, Metafas
https://www.metafas.nl/nl/
https://www.metafas.nl/nl/innovatie/luidsprekers/
https://www.metafas.nl/nl/innovatie/rfid-antennes-/
https://www.metafas.nl/nl/innovatie/slimme-verpakkingen/

Steven Sanders, Quicksand
www.quicksand.be
https://www.engiem2m.be/
www.hydroko.be
http://www.laborelec.be/ENG/tanku-tank-level-monitoring-wirelessly/
www.zembro.be
www.lpwan.be

Fons Put
Fons Put
Fons begon zijn carrière als service engineer bij de KODAK Graphic Division in Brussel. Na 2 jaar trad hij in de wereld van de kranten in de CONCENTRA groep: eerst als de coördinator voor de afdeling "Imaging" en later als de grafische/technische specialist. Sinds 11 jaar is Fons senior consultant bij VIGC. In deze functie voerde hij talrijke projecten op kleurmeting & normalisatie, publiceerde meerdere papers en doceert print professionals in de wereld van kleur.