De toekomst printen: Flexibele electronics als kracht voor het Internet of Things

Dr. Janos Veres, hoofd van Parc's Novel and Printed Electronics-programma, legt uit hoe printen elektronica-productie kan transformeren om te voldoen aan de groeiende eisen van het Internet of Things (IoT).

Traditionele "electronics-in-a-box" oplossingen zijn slecht geschikt voor de diverse, custom apparaten die vereist zijn in wearables, automotivesystemen en andere IoT-toepassingen. We moeten verder gaan dan massaproductie en on-demand, op maat gemaakte fabricatie omarmen.

Flexibele en conformele electronics zijn de lynchpin van deze shift. De afgelopen twee decennia zijn printed electronics gebruikt voor goedkoop massaproduceerde items zoals displays, RFID-tags, sensoren en interfacepanelen. Automotive bedrijven hebben begonnen in-mould electronics te verkennen, en printed memory is aangetoond produceerbaar met bestaande tools.

Het bereiken van dezelfde kosten en prestaties als gevestigde silicium-gebaseerde producten is uitdagend gebleven. Toch tonen recente vooruitgang aan dat flexibele, printed en hybride electronics niche producten en unieke vormfactoren kunnen leveren die voorheen onbereikbaar waren.

Internet of Smart Things

Print-gebaseerde electronics maken mass-customisatie mogelijk, vorm en functie samenvouwend op ongekende manieren. In plaats van te concurreren met silicium, bekijken we het nu als één component in een bredere toolkit.

Printen wordt een integratietechniek die zachte en harde materialen combineert, wat on-demand productie van gecustomiseerde apparaten tegen lage kosten mogelijk maakt. Nieuwe materialen en ontwerpvrijheid zijn opwindend voor fabrikanten. Bijvoorbeeld, slimme verpakking is aan het opkomen, met bedrijven als Thin Film Electronics en PragmatIC die NFC (Near-Field Communication) in verpakking integreren.

Het insluiten van sensoren en data-verwerkingschips in verpakking kan omgevingsparameters monitoren – temperatuur, vochtigheid, CO₂ – cruciaal voor farmaceutica en andere gevoelige producten. Slimme verpakking biedt verbeterde kwaliteit, verminderd afval, vereenvoudigde inspecties en dynamische pricing, wat leidt tot substantiële tijd- en kostenbesparingen.

Stretchbare Electronics op de horizon

We anticiperen dat flexible hybrid electronics (FHE) systemen – printed multilayer PCBs gepaarde met uitgezaagde chips – mainstream zullen worden. Printen stelt on-demand fabricatie over grote oppervlakken en laag-voor-laag integratie in staat, wat de weg baant voor flexibele, zachte en zelfs stretchbare apparaten.

Printed electronics kunnen uiteindelijk apparaten zo complex als mobiele telefoons aandrijven, maar diverse hurdles blijven. Nieuwe, kosten-effectieve materialen moeten duur zilver-inkt vervangen; printed koper en alternatieve conductieve inkt zijn veelbelovende kandidaten.

Het bereiken van echte stretchability vereist doorbraken in materiaalwetenschap. Sommige experts zien microchips getransformeerd in inkt, wat snelle, on-demand circuitfabricatie mogelijk maakt – een radicale paradigma-shift die nieuwe circuit-ontwerpbenaderingen vereist.

De Geprinte Toekomst

In onze visie zal een geprint FHE-ecosysteem custom oplossingen mogelijk maken – van kleine sensoren tot grootschalige systemen – intelligentie direct inbouwend in alledaagse objecten. Sensoren ingesloten in automotive en aerospace frames zullen veiligheid verbeteren, terwijl zachte robotica, prosthetica en gezondheidsmonitoring patches meer toegankelijk zullen worden.

Door ontwerp en fabricatie te vereenvoudigen, zullen printed electronics de vooruitgang versnellen over het hele elektronica- en IoT-landschap.

Auteur: Dr. Janos Veres, Parc