印刷电子技术为各种应用场景提供创新型解决方案

技术文章 | October 24, 2023

随着数字化转型的加速和系统间互联性需求的增加,人们对先进的紧凑型传感器技术的需求越来越多。作为一家业内著名的系统关键密封件及橡胶弹性体部件的制造商,德特威勒已站在了行业发展的前沿,研究最新的挑战和需求,为客户提供众多创新型解决方案。

在这些解决方案中,印刷电子技术是极有前景的,它可以与我们百年来一直在研究的弹性体材料产生很好的协同效应。通过充分利用我们在弹性体开发和制造方面丰富专业知识,我们不仅能拓宽印刷电子技术的应用范围,还可以突破局限提供具有开创性的应用方案,进而为全球的数字化转型做出重大贡献。

下一代传感技术:轻薄、高效且可高度定制化的印刷电子传感器

随着智能产品的普及,人们对与之相关的集成传感技术兴趣日益浓厚。能够测量压力、温度、湿度甚至生物指标等参数的印刷电子传感器能够很好地满足这一不断增长的需求。

印刷电子传感器通常薄至几十微米,具有结构轻巧、成本效益高和形状可定制等显著优势。此外,其可以实现批量生产的潜力也增强了它们的市场吸引力。印刷电子技术可与固定形态或可拉伸的传感器结合,广泛应用于深度数字化的场景。

不过,与其他技术一样,印刷电子传感器也面临很多挑战。其中一个挑战就是耐久性,即这些传感器能否经受住长期使用的考验。另一个挑战则是耐候性,因为温度、湿度或暴露于各种气体或介质中都会影响其性能。因此,将这些印刷电子传感器集成到不同应用或是系统中去的确是一件相当复杂且需要面对各种困难的事情,而这些集成相关的工作之前都是最终的产品集成商来完成的。

弹性体与印刷电子技术的协同效应: 提高部件耐久性和整体性能

弹性体具有很好的耐久性和柔韧性,因此是印刷电子技术的绝佳搭档。

将印刷电子传感器嵌入弹性体材料中,这可以有效地保护这些传感器免受磨损或者环境的影响。

这种嵌入式的方法大大延长了印刷电子传感器的使用寿命,并保持了它们的使用性能。

与印刷电子传感器一样,与之相结合的弹性体部分也可以进行很大程度的定制;我们凭借在研发、配方和生产方面的专业知识能够为您定制满足不同特性要求的弹性体材料。我们可以对材料进行优化,使其能够应对特定的环境因素,满足严格的机械强度要求,甚至拥有一些独特的性能,如导电性或导热性。

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为了说明弹性体与印刷电子技术的协同效应,我们可以用(电阻式)力敏传感器(FSR)作为例子。通常情况下,(电阻式)力敏传感器容易受到外部条件和机械应力的影响。不过,当它们被嵌入定制的弹性体时,就获得了与外界接触的坚固而柔软的表面。这一层表面不仅能为(电阻式)力敏传感器提供保护,还有助于实现从接触点到测量点(力敏传感器自身表面)的力传递,而这两点的位置都是可调节的。这个例子凸显了将印刷电子传感器与定制化的弹性体材料相结合的价值。

重塑生产流程:精确可靠的将印刷电子传感器嵌入弹性体中

要满足复杂形状和独特应用的要求,就必须改进生产工艺。压延成型、模压成型和注射成型等工艺都需要进行改进,以确保传感器嵌入时的准确性(如定位、对齐方面)和完好率。从模拟到实际生产,德特威勒已开发并改进了一系列工艺,以实现重复并可靠地在弹性体材料中嵌入印刷电子部件。

仿真与优化:助力实现高精度生产和出色的产品性能

在德特威勒的产品和工艺开发过程中,仿真起着关键作用。它可以对弹性体的机械性能建模,评估嵌入过程对传感结果带来的影响,进而可以预测嵌入后的印刷电子传感器与弹性体作为一个整体部件的性能情况。这种富有前瞻性的方法大大缩短了开发周期,有助于实现产品的快速迭代。

除了传统的 FEM 仿真分析,德特威勒的能力还扩展到了注射成型等生产工艺的仿真。这些仿真技术支持我们开发高标准的生产工艺,同时也确保了在长期的生产过程中这些工艺具由可重复性。

人们对集成传感器的关注进一步推动了我们对嵌入式印刷电子产品的性能管控,我们会根据不同的应用对产品和工艺进行特殊优化。

除了仿真和工艺之外,德特威勒还高度重视在真实条件下对所开发产品进行严格测试。我们针对嵌入式印刷电子传感器收集大量实验数据,并将其与最初的模拟结果进行比较,从而让我们获得了有关实际性能和潜在差异的宝贵信息。通过将这些发现反馈到我们的模型中,我们就可以实现迭代改进,并不断进行必要的调整。

工艺仿真: 10% – 注射点
工艺仿真: 26% – 注射转换点1
工艺仿真: 80% – 注射转换点2

批量生产和稳定交付:大批量生产能力满足指数级增长的客户需求

对嵌入式印刷电子技术日益增长的客户需求不仅要求我们能够实现产品定制化,还要求我们能实现产品规模化生产。凭借我们的批量生产能力、严格的质量控制水平以及稳健的生产工艺,德特威勒完全有能力实现嵌入式印刷电子传感器的批量生产和稳定交付。(德特威勒每天生产超过1亿件零缺陷产品)

超过 100 亿件

零缺陷产品
每天

超过 100

材料开发经验

解锁新应用,展望新未来

印刷电子传感器与弹性体的集成为许多新应用铺平了道路。未来,我们将看到嵌入式印刷电子传感器在移动出行、医疗保健和通用工业等领域发挥更大的作用。通过将这些传感器嵌入量身定制的弹性体中,我们可以制造出具有回弹性的高性能产品,它们能够满足不同应用场景的特定需求。

Yassine Ahaggach

前沿技术开发部经理

随着印刷电子传感器需求的不断增长,德特威勒会继续致力于突破局限,不断探索弹性体材料与印刷电子传感器之间尚未被充分利用的协同潜力。同时,这些探索也会对全球的数字化发展趋势做出一定贡献。

作者

Yassine Ahaggach

前沿技术开发部经理