Elektronika drukowana to rynek, którego wartość w 2020 roku jest szacowana na 40 mld euro i którego drukarze nie mogą lekceważyć. Także dlatego, że rynek elektroniki drukowanej to rewolucja, która głęboko zmieni całe obszary przemysłu, tworząc nowe aplikacje i nowe produkty oraz umożliwiając integrację elementów elektronicznych z obiektami, które dzięki temu staną się inteligentne.
Będzie to dotyczyło produktów, których dziś nawet nie jesteśmy w stanie sobie jeszcze wyobrazić, wytwarzanych w ilościach przemysłowych. Chodzi tu o elektronikę organiczną (elementy elektroniczne tworzone na bazie materiałów organicznych) integrowaną w procesie drukowania, na wielkich przestrzeniach, z najbardziej – wydawałoby się – zdumiewającymi produktami.
Według firmy ID TechEx, organizującej targi poświęcone elektronice drukowanej i sporządzającej raporty rynkowe, w 2017 roku 90 proc. aplikacji elektroniki organicznej/wielkopowierzchniowej będzie częściowo lub całkowicie drukowanych. Ten wciąż jeszcze kształtujący się rynek posiada niezwykły potencjał wzrostu, który już obecnie przyciąga wielu nowych graczy, podczas gdy największą rolę mają na nim do odegrania... drukarze. Powinni oni możliwie najwcześniej zainteresować się technologiami możliwymi do zastosowania w tej dziedzinie (ich wykaz podajemy poniżej). Wszystkie one charakteryzują się wspólną cechą: wykorzystywaniem jako podłoży materiałów możliwie najbardziej jednorodnych w celu zapewnienia doskonałej przewodności elektrycznej na całej ich powierzchni.
Sitodruk: ta technologia, będąca w odwrocie w dziedzinie druków akcydensowych, pozwala nakładać warstwę farby o grubości od 20 do 100 µm. Charakteryzuje się dużą powtarzalnością, lecz jednocześnie słabą produktywnością, jest więc niezbyt przydatna do drukowania wielkich nakładów. Ma też wiele ograniczeń ze względu na środowisko.
Termodruk: spin-coating (powlekanie obrotowe) i termodruk mają niewielkie zastosowanie, ponieważ nie mogą być stosowane do blisko 75 proc. materiałów z polimerów. Przy regularnym stosowaniu technologia ta jest dość kosztowna i niezbyt przydatna w przypadku ciągłej produkcji.
Druk natryskowy (inkjet): ta technika drukowania pozwala nakładać tusz bezpośrednio na podłoże, nie wymaga dodatkowego oprzyrządowania i daje dobre rezultaty. Na ogół do drukowania elektroniki stosuje się tusze polimerowe, ale także metaliczne i ceramiczne na bazie nanocząsteczek, albo specjalne tusze do druku 3D (np. w urządzeniach firmy MGI). Technologia ta reprezentuje z pewnością wielki potencjał, nawet jeśli pasowanie przy druku wielobarwnym nie jest jeszcze w pełni doskonałe. Jej produktywność zależy także w dużym stopniu od oprogramowania RIP.
Fleksografia: w tej technologii możliwe jest nakładanie warstwy farby o grubości od 6 do 8 µm, z liniaturą 60 linii/cm, za pośrednictwem formy drukowej o dużej odporności. Największą niedogodność stanowi tworzenie się efektu „halo” na brzegach nałożonej warstwy farby, co powoduje nieregularną jej grubość. Jest to jednak technika bardzo obiecująca, stosowana głównie do drukowania anten RFID, baterii itp.
Offset: technologia dojrzała i wydajna, która wyróżnia się doskonałym odtwarzaniem szczegółów drukowanego obrazu. Może być także stosowana w wariancie druku z odwracaniem na bardzo różnorodnych podłożach. Niewielka grubość warstwy farby – pomiędzy 2 a 3 µm – wymaga nakładania wielu jej warstw, do czego najlepiej nadaje się maszyna wielozespołowa. Dodatkowo offset wymaga stosowania farb o odpowiedniej przewodności (przewodzących prąd), których lepkość zawiera się pomiędzy 5 a 50 Pa.s, co jest trudne do uzyskania i może powodować konieczność stosowania farb przewodzących metalicznych.
Druk z roli na rolę (roll-to-roll): ten sposób produkcji ciągłej („bez końca”), którego zasada działania jest bliska zasadom zwojowych maszyn drukujących, czyli popularnych rotacji, znajduje się jeszcze na etapie rozwoju. Mógłby się sprawdzić zwłaszcza przy zadrukowywaniu wielkich przestrzeni, wydajnie, a przy tym bardzo niskim kosztem.
Jak widać, technik do wykorzystania jest sporo i warto pilnować, by tak lukratywne nowe aplikacje nie przechodziły drukarzom, jak zwykło się potocznie (acz brzydko) mówić, koło nosa.
A teraz kilka słów o konkretnych aplikacjach.
Fotowoltaika. Jak podaje Wikipedia, jest to dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną, czyli wytwarzaniem prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego.
Fotowoltaika znajduje obecnie zastosowanie, mimo stosunkowo wysokich kosztów w porównaniu z tzw. źródłami konwencjonalnymi, z dwóch głównych powodów: ekologicznych oraz praktycznych (promieniowanie słoneczne jest praktycznie wszędzie dostępne). Chociaż technologie elektroniki drukowanej pozwalają na tworzenie paneli fotowoltaicznych elastycznych, lekkich i po niższych kosztach, ich wydajność energetyczna wymaga jeszcze poprawy. Działy badań i rozwoju są bardzo aktywne w tej dziedzinie starając się, aby farby organiczne były trwalsze i wydajniejsze. W oczekiwaniu na rezultaty ich działań można stosować farby nieorganiczne, nieco bardziej wydajne w drukowaniu ogniw fotowoltaicznych.
E-papier i plakaty oraz reklamy. Czy drukarze będą w przyszłości produkować papier elektroniczny? Można mieć taką nadzieję, ponieważ potencjał w tej dziedzinie jest kolosalny i obejmuje nawet elektroniczny papier na murale, umożliwiający przeniesienie obrazu ze ściany... do telewizora! Inny gigantyczny potencjał to sektor plakatów i reklam, gdzie e-papier mógłby w przyszłości zastąpić ekrany LED, zapewniając przy tym lepszy bilans węglowy.
Oświetlenie. Rynek ten, a konkretnie jego segment wykorzystujący organiczne diody elektroluminescencyjne (LED), jest naprawdę olbrzymi, ponieważ obejmuje zarówno urządzenia oświetleniowe zastępujące halogeny i energochłonne neony, jak i podświetlane ekrany (komputery, smartfony itp.). Z punktu widzenia technologii klasyczne lampy LED, których produkcja jest relatywnie kosztowna, zostaną zastąpione przez produkty, których elastyczność, format i lekkość umożliwią aplikacje nieznane dotychczas takie jak sufity/ściany/kurtyny ze świecących materiałów tekstylnych.
Elementy elektroniczne. Rynek elementów elektronicznych obejmuje m.in. takie produkty jak: etykiety RFID, etykiety i opakowania inteligentne, czujniki, baterie, kondensatory. Szwedzki producent samochodów, firma Volvo, rozważa zastosowanie części karoserii z włókna węglowego, zawierających baterie umieszczone pod lakierem; karoseria służyłaby wówczas także jako zbiornik energii...
Inteligentne systemy. Chodzi głównie o materiały tekstylne z nadrukowaną warstwą elektroniczną, pozwalające np. na uzyskanie tekstyliów o własnościach grzewczych. Ten rozwijający się rynek jest zorientowany głównie na takie dziedziny jak przemysł samochodowy, bezpieczeństwo i wojskowość.
Na podstawie graphiline.com opracowała IZ
