Funktionales Drucken: Entscheidend ist die richtige Technologie

In unserem ersten Blogbeitrag zu diesem Thema haben wir den funktionalen Druck vorgestellt und uns angeschaut, welche Schritte ein solches Produkt von der Idee bis zur Marktreife durchläuft. Jetzt möchten wir näher darauf eingehen, welche Drucktechnologien sich dafür eignen.

Im Gegensatz zu konventionellen Druckanwendungen, bei denen die visuelle Qualität des Produkts im Vordergrund steht, kommt es beim Funktionsdruck auf eine äußerst präzise Materialabscheidung bzw. -aufbringung an, um genau definierte elektrische, optische oder mechanische Eigenschaften zu erzielen. Dies macht die Wahl der Drucktechnologie zu einem entscheidenden Faktor für Skalierbarkeit, Effizienz und Produktleistung.

Ein genauerer Blick auf die wichtigsten Drucktechnologien für den funktionalen Druck und ihre Stärken und Schwächen.

Der Siebdruck ist eines der am weitesten verbreiteten Verfahren im Funktionsdruck, insbesondere für Dickschichtanwendungen wie gedruckte Elektronik, Solarzellen und Sensoren.

Vorteile:

• Kann dicke Schichten in einem Durchgang drucken, was den Materialabfall reduziert.
• Funktioniert mit hochviskosen Funktionstinten, einschließlich leitfähiger Pasten
• Geeignet für flexible Substrate, daher ideal für gedruckte Elektronik

Schwächen:

• Begrenzte Auflösung im Vergleich zu Tintenstrahl- oder Tiefdruckverfahren
• Nicht ideal für ultrafeine Muster oder schnelle Designwechsel

Am besten geeignet für Leitfähige Tinten, Sensoren, OLED-Displays und Solarzellen

Der Tintenstrahldruck gewinnt im Bereich des Funktionsdrucks zunehmend an Bedeutung, da es als digital gesteuertes Verfahren ohne Druckplatten oder Siebe auskommt. Es ist besonders nützlich, wenn mit teuren Funktionsflüssigkeiten gearbeitet wird, da es den Abfall minimiert.

Vorteile:

• Keine Druckplatten oder Schablonen erforderlich - ideal für Rapid Prototyping und kundenspezifische Designs
• Berührungsloses Verfahren verringert das Risiko der Beschädigung empfindlicher Materialien
• Hohe Präzision, daher geeignet für Mikrofluidik-Geräte und gedruckte Schaltungen

Schwächen:

• Beschränkung auf niedrigviskose Tinten - viele funktionelle Tinten müssen modifiziert werden, um im InkJet eingesetzt zu werden
• Trocknungs- und Haftungsprobleme, insbesondere auf nicht porösen Oberflächen
• Langsamerer Durchsatz im Vergleich zum Siebdruck oder Tiefdruck

Am besten geeignet für RFID-Antennen, Mikrofluidik, Biosensoren und flexible Elektronik

Der Tiefdruck ist bekannt für seine hohe Geschwindigkeit und die kontinuierliche Produktion. Das macht ihn zu einem geeigneten Verfahren für den großflächigen Funktionsdruck. Er eignet sich besonders für dünne, gleichmäßige Schichten wie Barriereschichten und leitfähige Folien.

Vorteile:

• Hochgeschwindigkeitsverfahren, geeignet für die Rolle-zu-Rolle-Produktion
• Hervorragende Farbübertragung, auch bei niedrigviskosen funktionellen Flüssigkeiten
• Konstante Schichthomogenität, ideal für gedruckte Elektronik

Schwächen:

• Teure Ausrüstung - für jedes Design müssen gravierte Zylinder hergestellt werden
• Geringe Flexibilität und damit ungeeignet für kleine Produktionsmengen oder bei häufigen Designänderungen

Am besten geeignet für Gedruckte Batterien, Kondensatoren und hochvolumige elektronische Bauteile

Der Flexodruck ist eine etablierte Technologie für den Verpackungsdruck – lässt sich aber auch für funktionelle Druckanwendungen einsetzen. Dieses Verfahren bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Kosten, Flexibilität und Produktionsgeschwindigkeit.

Vorteile:

• Funktioniert gut auf einer Vielzahl von Substraten, einschließlich flexiblen Folien
• Skalierbar für Massenproduktion zu moderaten Kosten
• Gute Auflösung für feine Muster und Leiterbahnen

Schwächen:

• Benötigt Flexodruckplatten, was die Produktionskosten für Kleinserien erhöht.
• Die Farbübertragung kann bei hochviskosen Funktionsfarben ungleichmäßig sein.

Am besten geeignet für Leiterplatten, gedruckte Elektronik und intelligente Verpackungen

Jede funktionale Druckanwendung hat ihre eigenen Anforderungen. Daher gibt es keine einheitliche Lösung für alle Anwendungen. Dennoch lassen sich folgende Empfehlungen ableiten:

• Sie benötigen dicke leitfähige Schichten? → Siebdruck ist die beste Wahl
• Sie verarbeiten teure Materialien? → Tintenstrahldruck minimiert den Abfall
• Skalieren Sie Ihre Produktion? → Tiefdruck bietet hohen Durchsatz
• Bedrucken Sie flexible Substrate? → Flexodruck bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Flexibilität

Welches Verfahren das richtige ist, hängt letztlich von der benötigten Auflösung, der Materialverträglichkeit, dem Produktionsvolumen und den Kosten ab. Bei vielen funktionalen Druckprojekten werden auch mehrere Druckverfahren kombiniert, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Die Wahl der geeigneten Drucktechnologie ist ein entscheidender Faktor für die erfolgreiche Umsetzung einer Idee in ein funktionales Produkt. Ob sich der funktionale Druck in größerem Umfang durchsetzen wird, hängt aber auch entscheidend davon ab, ob es gelingt, eine Reihe ganz praktischer Herausforderungen zu meistern. Welche neuen technischen Ansätze es zu deren Lösung gibt und wie sie die Zukunft der Elektronik, der Medizintechnik und der industriellen Fertigung prägen, werden wir in einem weiteren Blogbeitrag beleuchten.