Funktioneller Druck – Grundlegende Trends und neue Impulse
Am 24. und 25. Februar 2015 trafen sich in Bremen circa 50 Teilnehmer und Referenten zum Workshop „Functional Printing – Impulse für die Funktionsintegration“ des Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung IFAM in Bremen, um sich über bereits etablierte Drucktechnologien zu informieren sowie neue Impulse für die Forschung und Entwicklung zu schaffen.
Grundlagen, Trends, Entwicklungen
Der erste Tag der Veranstaltung beschäftigte sich mit den Grundlegenden Trends und Entwicklungen der gedruckten Elektronik sowie verschiedener Drucktechnologien. Nach einer kurzen Einführung von Prof. Dr. Matthias Busse, Fraunhofer IFAM, präsentierte Lutz-Günterh John, VDI/VDE Innovation + Technik, ausgewählte Projekte der BMBF-Fördermaßnahmen aus dem Bereich Mikro-Nano-Integration aus dem Zeitraum 2010 – 2014. Die Integration neuer Funktionalitäten, eine deutliche Verbesserung der Funktionalität von Mikrosystemen, die Reduzierung der Systemkosten sowie eine weitere Miniaturisierung der Systeme erfordert neue Konzepte – zum Beispiel die Verwendung verschiedener Drucktechnologie zur Herstellung von Sensoren. Dies zeigt unter anderem das Projekt „Gedruckt Integrierte Sensoren als preiswerte MNI-Technologie für Massenanwendungen (GIS)“ auf. Ziel des Projekt war es, Sensoren sowohl für die Transportüberwachung in der Logistik sowie die Implementierung von Zusatzfunktionen für intelligente Chipkarten im Low-Cost-Bereich mittels massenfertigungstauglicher Drucktechnologien herzustellen.
Laut Dr. Klaus Hecker, Organic and Printed Electronics Association, OE-A, gibt es nicht die eine „Killer-Anwendung“ im Bereich der gedruckten Elektronik sondern viele Schlüsselanwendungen in verschiedenen Branchen. Um diese zu benennen und den Unternehmen eine gewisse Planungssicherheit bezüglich der kommenden Trends im Bereich der Automobilindustrie, der Medizintechnik oder der Unterhaltungselektronik geben zu können, erstellt die OE-A alle zwei Jahre eine Roadmap. Laut Hecker habe die Druckindustrie großes Interesse an gedruckten Temperatursensoren für verderbliche Güter oder daran, Zeitschriften mittels gedruckter Elektronik interaktiv zu machen oder. Ein weiterer Trend geht in die Richtung der Hybrid-Technik, das heißt die Kombination von klassischer und gedruckter Elektronik, um die Vorteile aus den zwei Welten zu vereinen.
Sebastian Meyer, Evonik Industries, und Carsten Schauer, Clariant Produkte, waren sich einig, dass es nicht ausreichend ist, eine druckbare Tinte zu haben, um damit elektronische Strukturen herzustellen. Der Druckkopf, die Tinte und das Substrat müssen als sich gegenseitig beeinflussendes, komplexes System gesehen werden. Beide Unternehmen arbeiten an der Entwicklung und Kommerzialisierung leitfähiger Tinten für den Direktdruck elektronischer Strukturen.
Zwei weitere Drucktechnologien präsentierten Stefan Hirte, Vermes Microdispensing und Dr. Martin Gedges, Neotech AMT. Im Fall von Vermes handelt es sich dabei um das Microjetten im Präzisions- und Hochgeschwindigkeitsbereich von hochviskosen Flüssigkeiten, zum Beispiel leitender Klebstoffe. Mit Auflösungen von 50 bis 250 µm fangen die Anwendungen dieses kontaktlosen Verfahrens dort an, wo die des Inkjet-Drucks aufhören. Dieses auf einem Stößel-Düsen-Prinzip basierten Verfahren wird im Bereich der Modulfertigung in der Elektronikindustrie eingesetzt.
Das Aerosol-Jet-Verfahren von Neotech AMT funktioniert ähnlich wie eine Sprühdüse und eignet sich besonders zum Bedrucken von gekrümmten Oberflächen, da der Abstand von Düse zur Oberfläche mindestens 3 mm beträgt. Einen Beitrag zur Anwendung der Aerosol-Jet-Technologie finden Sie hier.
Neue Impulse für den funktionellen Druck
Der zweite Tag widmete sich hauptsächlich dem letzten Teil des Seminar-Titels „Impulse für die Funktionsintegration“. In verschiedenen Vorträgen wurden Materialien, Komponenten und Systeme vorgestellt, die entweder nur zum Teil oder noch nicht drucktechnisch verarbeitet werden aber ein großes Potenzial dafür bieten.
Prof. Dr. Franz Faupel, Universität Kiel, konzentrierte sich zum Beispiel auf unterschiedlichste Funktionsschichten mit vielversprechenden Anwendungsmöglichkeiten die noch nicht mit Drucktechniken hergestellt werden. Ein Beispiel sind plasmonische Materialien, die aufgebracht auf ein Substrat Lichtstreuung unterdrücken und so als Farb- oder sogar UV-Filter dienen können.
Ein Beispiel aus dem Bereich der Sicherungstechnik stellte Dr. Rainer Buchner, Drägerwerk, vor. In den hochkomplexen Atemalkoholmessgeräten der Firma Dräger sind eine Vielzahl von Sensoren integriert – ein Teil davon bereits gedruckt. Buchners Frage, welche neuen Integrationstechnologien es ermöglichen die Qualität, die Zuverlässigkeit und den Kundennutzen zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken regte die Diskussion über den Einsatz verschiedener Drucktechnologien für die Sensorintegration an.
Siebdruck ist eine effiziente, etablierte und stark verbreitete Technologie. Aber ist der Siebdruck eine Zukunftstechnologie? Mit dieser Frage startete Mike Becker von nb technologies, welche sich mit diesem Thema befassen. Dabei verwendet das Unternehmen jedoch keine klassischen Gewebesiebe sondern geätzte Metallfolien. Vorteile sind dabei unter anderem die absolute Verzugsfreiheit, die hohe Stabilität und Lebensdauer sowie die hohe Justage-Präzision. Dadurch, dass bei den Metallfolien die bei Gewebesieben üblichen Knotenpunkte fehlen können Lininenbreiten mit einer Auflösung von bis zu 30µm erreicht werden. Industriell wird dieses Verfahren bereits zur Grid-Metallisierung auf Solarzellen eingesetzt. Weitere Anwendungen ergeben sich beim Druck von Banknoten oder Displays. Um große Flächen nanostrukturiert beschichten zu können, wird der Nano-Imprint eingesetzt, Eine Siebdruck-verwandte Technologie, die zusätzlich mit einem Stempel und einer integrierten UV-Härtung arbeitet.
Die Zielsetzung des Fraunhofer IFAM ist die Funktionalisierung von Oberflächen und Bauteilen mittels Printing-Technologien. In seinem Vortrag gab Dr. Volker Zöllmer einen Überblick über die am Fraunhofer IFAM verwendeten Drucktechnologien und stellte die erst kürzlich in Betrieb genommene teilautomatisierte Fertigungsstraße vor, die als Highlight des Tages am Nachmittag besucht wurde. Die Fertigungsstraße kombiniert unterschiedliche Drucktechnologien – vom Siebdruck über Inkjet bis hin zum Aerosol Jet-Verfahren – und ermöglicht ein Kombination dieser, um „das Beste aus allen Welten zu kombinieren“, so Zöllmer.
