Die gedruckte Elektronik befindet sich auf dem Weg in die dritte Dimension: Schaltkreise und vieles mehr sollen künftig nicht mehr nur auf Folien oder andere flache Träger gedruckt, sondern in dreidimensionale Objekte eingebettet werden. "3D-gedruckte Elektronik ist ein aufstrebender Markt", sagt Prof. Dr. Takao Someya von der Universität Tokio und Mitglied im Scientific Board der Lopec. "Mit neuen Drucktechniken lassen sich elektronische Funktionalitäten sowohl auf die Oberfläche von komplexen Bauteilen aufbringen als auch ins Innere integrieren." 

In seinem Keynote-Vortrag auf dem Kongress will Someya eine leitfähige Druckpaste aus einem Elastomer mit Nanosilberpartikeln vorstellen. Das Material ist bis auf das Fünffache dehnbar, ohne seine elektrischen Eigenschaften zu verlieren. Die japanischen Forscher haben damit schon elastische Druck- und Temperatursensoren hergestellt, die auf beliebig geformte Objekte und Textilien laminiert werden können.

Anwendungen und Produkte

Aussteller Neotech AMT aus Nürnberg hat Anlagen im Programm, die Leiterbahnen und andere elektrisch aktive Strukturen direkt auf dreidimensionale Bauteile drucken. Die Unterhaltungselektronik- und Automobilindustrie druckt mit der Technik z.B. Antennen und Heizstrukturen auf geschwungene Kunststoffoberflächen.

Mit Spannung blicken viele Branchen derzeit auch auf 3D-Drucker, die Objekte schichtweise aufbauen und dabei Elektronikelemente integrieren. Dank mehrerer Druckköpfe können sie verschiedene Kunststoffe oder sogar Metall mit Kunststoff oder mit Keramik kombinieren. 

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung haben herkömmliche und elektrisch leitfähige Kunststoffe gemeinsam verdruckt, um Leiterbahnen im Inneren von Plastikobjekten zu realisieren. Das OE-A-Mitglied (Organic and Printed Electronics Association) ist ebenfalls auf der Lopec vertreten. 

Eine Herausforderung im 3D-Multimaterialdruck ist die Härtung der verschiedenen Werkstoffe. So benötigen Druckpasten mit Metallpartikeln in der Regel eine Hochtemperaturbehandlung, um ihre elektrischen Eigenschaften auszubilden. Aussteller Nova-Centrix aus den USA hat eine Lösung entwickelt, bei der gepulstes Licht so kurz auf die gedruckte Metallstruktur einwirkt, dass selbst hitzeempfindliche Kunststoffe keinen Schaden erleiden.

Revolutionäres Duett

Dezentral, individuell und kostengünstig – das sind die Vorteile des 3D-Drucks. Ersatzteile etwa sollen sich zukünftig auf Knopfdruck überall ausdrucken lassen, sogar im Weltraum. Aussteller Optomec aus den USA entwickelt im Auftrag der Raumfahrtbehörde Nasa einen 3D-Drucker für die Fertigung von Elektronik im All.

Aus der Luftfahrt ist die gedruckte Elektronik schon heute kaum noch wegzudenken. Mit modernen Drucktechniken hergestellte Sensoren, Leuchtdioden und andere Elemente werden bereits in Flugzeugen verbaut. 

"Bislang wurde aber nur zweidimensional auf flachen Trägern gedruckt. Mit dieser Limitierung ist jetzt Schluss", sagt Someya. Elektronische Zusatzfunktionen könnten künftig ohne großen Aufwand in alle möglichen Produkte integriert werden. Das Zusammenspiel von gedruckter Elektronik und dreidimensionalen Drucktechniken werde die industrielle Produktion branchenübergreifend revolutionieren. Die Lopec 2018 gibt einen Ausblick auf die Elektronik von morgen.