Gedruckte Elektronik ist eine besonders vielversprechende Lösung, was auf ihre starke Synergie mit Elastomeren zurückzuführen ist. Mit dieser Werkstoffklasse haben wir seit Jahrzehnten Erfahrung. Indem wir unser umfassendes Know-how im Bereich der Entwicklung und Produktion von Elastomeren nutzen, zielen wir jedoch nicht allein auf die Beschleunigung der Einführung und des Einsatzes gedruckter Elektronik ab, sondern möchten auch zur massgeblichen Förderung des digitalen Wandels beitragen und eine breite Palette bahnbrechender Anwendungen ermöglichen.
Sensoriktechnik der nächsten Generation: dünne, massgeschneiderte und effizient gedruckte Elektronik
Mit der wachsenden Verbreitung von Produktintelligenz steigen auch die Akzeptanz und das Interesse an relevanten und integrierten Sensortechnologien. Gedruckte Elektronik, die zur Messung von Parametern wie Druck, Temperatur, Feuchtigkeit und sogar biologischen Indikatoren fähig ist, eignet sich hervorragend zur Deckung dieses wachsenden Bedarfs.
Diese oftmals nur einige zehn Mikrometer dünnen Bauelemente bieten erhebliche Vorteile, darunter etwa Leichtbauweise, Kosteneffizienz und geometrische Individualisierung. Zusätzlich steigert auch das Potenzial zur Massenproduktion ihre Attraktivität. Indem die gedruckte Elektronik den weit verbreiteten Einsatz von konformen und sogar dehnbaren Sensoren erleichtert, erweitert sie auch den Umfang von Digitalisierungsmöglichkeiten.
Wie jede andere Technologie hat jedoch auch die gedruckte Elektronik ihre Herausforderungen. Eine dieser betrifft die langfristige Widerstandsfähigkeit, d.h. inwieweit diese Komponenten der Beanspruchung durch den Gebrauch über die Zeit standhalten. Eine weitere Problematik stellt die Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen dar, denn Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder der Kontakt mit verschiedenen Gasen und Substanzen können die Leistung beeinträchtigen. So kann die komplexe Integration dieser Elektronik in verschiedene Anwendungen und Systeme zu Problemen führen. Diese Aufgabe wurden in der Vergangenheit nämlich von Endabnehmern übernommen.
Synergie von Elastomeren und gedruckter Elektronik: längere Lebensdauer, verbesserte Leistung
Dank ihrer hohen Langlebigkeit und Flexibilität sind Elastomere eine ausgezeichnete Materialklasse für gedruckte Elektronik.
Dies führt zu einer erheblichen Verlängerung der Lebensdauer der gedruckten Elektronik bei gleichzeitigem Erhalt ihrer Leistungsfähigkeit.
Genau wie gedruckte Elektronik bieten auch Elastomere ein hohes Mass an Individualisierung. Basierend auf unserer Erfahrung hinsichtlich Entwicklung, Zusammensetzung und Produktion sind wir in der Lage, ihre Eigenschaften auf anwendungsspezifische Anforderungen abzustimmen. Das Material kann derart optimiert werden, dass es Umwelteinflüssen widersteht, enge mechanische Vorgaben einhält und selbst einzigartige Eigenschaften wie elektrische oder thermische Leitfähigkeit aufweisen kann.
Diese Synergie möchten wir anhand von Kraftmesswiederständen (Force Sensing Resistors, FSRs) veranschaulichen. Typischerweise können FSRs anfällig gegenüber äusseren Einflüssen und mechanischer Belastung sein. Sind diese jedoch in massgeschneiderte Elastomere eingebettet, erhalten sie eine widerstandsfähige, weiche Schnittstelle zur Umgebung. Diese zusätzliche Schicht bietet nicht nur Schutz. Sie kann ausserdem dazu beitragen, die Kraftübertragungsfunktion vom Kontaktpunkt zum Messpunkt (FSR-Oberfläche) zu formen, die beide abgestimmt werden können. Dies unterstreicht den Wert der Kombination von gedruckter Elektronik mit einem individualisierbaren, flexiblen und widerstandsfähigen Material.
Produktionsprozesse neu erfinden: Zuverlässigkeit im Bereich der Einbettung gedruckter Elektronik
Die Produktionsprozesse wurden im Hinblick auf die Erfüllung der Anforderungen an komplexe Geometrien und einzigartige Anwendungen weiterentwickelt. Verfahren wie Kalandrieren, Formpressen und Spritzguss wurden überarbeitet, um die Genauigkeit kritischer Elemente bei der Sensoreinbettung in Bezug auf Positionierung, Ausrichtung, aber auch Lebensdauer zu gewährleisten. Von der Simulation bis zur tatsächlichen Produktion hat Dätwyler eine breite Palette von Verfahren erstellt und verfeinert, um gedruckte Elektronik reproduzierbar und zuverlässig in das Elastomer einzubetten.
Simulation und Optimierung: Werkzeuge garantieren Präzision und Leistung
Die Simulation nimmt eine zentrale Rolle im Entwicklungsprozess von Dätwyler ein. Wir nutzen sie zur Modellierung des mechanischen Verhaltens des Elastomers und zur Abschätzung der Auswirkungen des Einbettungsverfahrens. Dies wiederum ermöglicht uns Prognosen bezüglich der Leistungskontur des Systems. Dieser proaktive Ansatz bedingt eine massive Verkürzung der Entwicklungszeiten und führt zur Erzielung rascher Iterationszyklen.
Über die klassischen FEM-Simulationen hinaus bietet Dätwyler auch Prozesssimulationen an, so beispielsweise im Spritzguss. Diese Prognoseinstrumente helfen uns dabei, hohe Leistungsstandards aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass wir den Produktionsprozess auf lange Sicht wiederholen können.
Mittels Fokussierung auf Sensor-kompatible Methoden wird die Leistung dieser eingebetteten Systeme leichter überprüfbar und eine Verfeinerung der anwendungsorientierten Optimierung möglich.
Dätwyler legt nicht nur grossen Wert auf Simulation und Produktion, sondern auch auf die rigorose Testung der erarbeiteten Lösungen unter realistischen Bedingungen. Mit den eingebetteten Sensoren erheben wir umfangreiche experimentelle Daten und vergleichen diese mit unseren ersten Simulationsergebnissen. So erhalten wir enorm wertvolle Einblicke in die reale Leistung sowie mögliche Diskrepanzen. Durch die Einspeisung der gewonnenen Erkenntnisse zurück in unsere Modelle erreichen wir eine iterative Verbesserung und können jederzeit notwendige Anpassungen vornehmen.
Stets quantitativ korrekte Lieferungen: hohe Produktionskapazitäten angesichts exponentiell wachsender Anforderungen
Die steigende Nachfrage nach eingebetteten Elektroniklösungen erfordert nicht nur Individualisierung, sondern auch Skalierbarkeit. Dank hoher Produktionskapazitäten, strenger Qualitätskontrollen und robuster Prozesse ist Dätwyler imstande, konsistente Produkte in grossen Mengen zu liefern. Dätwyler produziert täglich über 100 Millionen fehlerfreie Komponenten.
Neue Anwendungen erschliessen
Die Integration von gedruckter Elektronik und Elastomeren schafft die Voraussetzung für neuartige Anwendungen. Wir sind der Ansicht, dass die Relevanz gedruckter Elektronik in Bereichen wie Mobility, Healthcare oder General Industry zunehmen wird. Anhand der Einbettung dieser Sensoren in massgeschneiderte Elastomere können wir widerstandsfähige, leistungsstarke Produkte anbieten, die den besonderen Anforderungen der verschiedenen Sektoren gerecht werden.
Yassine Ahaggach
Advanced Technology Development Manager
Der Bedarf an gedruckter Elektronik wächst zusehends, weshalb Dätwyler die Grenzen des Machbaren erweitert. Wir sind vom ungenutzten Synergiepotenzial zwischen Elastomeren und gedruckter Elektronik und ihrem Beitrag zum Megatrend der Digitalisierung beeindruckt und freuen uns weitere Herausforderungen.
Autor
Yassine Ahaggach
Advanced Technology Development Manager