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Formflexible Elektronik drucken

Kurzfassung

Diese leitfähige Tinte für den 3D-Druck kommt mit einer erheblich geringeren Partikelkonzentration aus, ohne dabei an Leitfähigkeit einzubüßen. Das führt zu einer hohen Verstreckbarkeit und erlaubt die Großserienfertigung von filigranen verstreckbaren Komponenten wie Sensoren, integrierten Schaltungen oder Antennen.

Hintergrund

Weiche elektronische Komponenten, sogenannte Softelektronik, gewinnt zunehmend an Bedeutung. In Kombination mit Druck- und Beschichtungstechniken eröffnen leitfähige, elastische Strukturen – auch bekannt als verstreckbare Elektronik – ganz neue Möglichkeiten, etwa in der Sen­sorik, Bioelektronik, Softrobotik oder bei funktionellen Textilien und tragbaren Geräten.

Problemstellung

Eine der größten Herausforderungen ist der Kompromiss zwischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Materials. Obwohl bereits erste Ansätze zum 3D-Druck von leitfähigen Materialien existieren, sind damit gefertigte Komponenten bisher nur bedingt verstreckbar. Um eine hohe Leifähigkeit zu erzielen, sind diese mit größeren Mengen an leitfähigen Partikeln versetzt. Dadurch werden die mechanische Flexibilität und Dehn­fähigkeit stark eingeschränkt.

Lösung

Wissenschaftlern des Instituts für Mechanische Verfah­renstechnik und Mechanik (MVM) des KIT ist es gelun­gen, eine leitfähige Tinte für den 3D-Druck zu entwickeln, die mit einer erheblich geringeren Partikelkonzentration auskommt, ohne Leitfähigkeit einzubüßen und daher eine hohe Verstreckbarkeit aufweist. Möglich macht dies der besondere Materialmix: Ein Polymer und ein leitfähiges, metallisches Pulver – z. B. thermoplastisches Polyurethan (TPU) und Silberpartikel – werden mit einer sekundären, nicht mischbaren Flüssigkeit zu einer Kapillarsuspension verbunden. Diese zweite Flüssigkeit induziert die Selbst­organisation eines Netzwerks der leitenden Partikel inner­halb des flexiblen Polymers, wodurch trotz geringem Par­tikel­gehalt eine hohe Leitfähigkeit möglich ist.
Mit Druckverfahren, wie Direct Ink Writing oder Siebdruck, kann die Tinte verarbeitet werden und härtet durch Wär­me oder UV-Strahlung aus.

Geknickter Schaltkreis auf Papier mit LED.
Geknickter Schaltkreis auf Papier mit LED. Demonstration der verformbaren Elektronik. Die gedruckten Strukturen können gebogen, gefaltet und sogar verdreht werden - trotz reduziertem Anteil an metallischen Partikeln ist die gedruckte Elektronik leitfähig und die LED leuchtet [Bild: Karlsruher Institut für Technologie].
Gebogene Wabenstrukturen aus verstreckbarem Material auf einer Rundung.Gebogener Schaltkreis auf Papier mit LED.

Vorteile

  • Hochleitfähige Tinte für druckbare Fertigung (3D)
  • Herstellung von filigranen, verstreckbaren elektronischen Komponenten wie z.B. Sensoren
  • Hohe Leitfähigkeit
  • Niedriger Partikelgehalt
  • Großserienfertigung möglich
  • Wiederholt dehn- und verformbar
  • Verzögerungsfrei schaltbar

Anwendungsbereiche

Die hochleitfähige Tinte erlaubt die Großserienfertigung von filigranen verstreck­baren Komponenten wie Sensoren, integrierten Schaltun­gen oder Antennen. Sie passen sich leicht an dynami­sche, nicht-planare Oberflächen an und lassen sich wie­derholt dehnen oder verformen und so z. B. verzöge­rungsfrei schalten. Die Leitfähigkeit ist trotz geringem Partikelgehalt hoch und kann individuell angepasst wer­den.

Exposé
Kontakt
Dr. Frank Schlotter
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
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Telefon +49 721-79004-0
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Entwicklungsstand
Validierung / TRL4
Patentsituation
EP anhängig
PCT anhängig
Referenznummer
18/078TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.