De ongekende mogelijkheden van 3DPE
Van een slimme connected pleister voor baby's tot sensoren in je golfclub waarmee je beter slaat. Door 3DPE, elektronica die direct op materialen wordt geprint, opent zich een wereld aan mogelijkheden.
Een revolutie was het toen elektronicafabrikanten vanaf de jaren 1950 printplaten gingen adopteren. Vóór die tijd moesten onderdelen in apparaten als radio's en televisies nog met de hand met draden aan elkaar worden gesoldeerd, wat tijdrovend en duur was. Maar door de adoptie van de printplaat konden al die verbindingen voortaan machinaal worden aangelegd. Daarna leidde dat tot steeds kleinere en complexere verbindingen. En dus steeds compactere en geavanceerdere apparaten.
3DPE heeft drie grote voordelen: flexibeler design, kleinere apparaten en minder stappen in het productieproces
Hoe revolutionair ook, de printplaat zou in de toekomst zomaar een museumstuk kunnen worden. Want waarom zou je elektronische verbindingen tussen onderdelen (de zogenoemde 'sporen') in een printplaat frezen of etsen als je diezelfde sporen direct in een product kunt printen? Dat is het idee achter 3D Printed Electronics (3DPE), een business in opkomst die volgens onderzoek van SmarTech Publishing in 2025 wereldwijd 2,6 mrd euro waard zal zijn.
'3D Printed Electronics biedt drie grote voordelen', weet Martin Hedges van het Duitse Neotech AMT, dat machines ontwikkelt die 3DPE mogelijk maken. Hij somt ze op: 'Flexibeler design, kleinere apparaten en minder stappen in het productieproces.' Wat die laatste betreft: 'Omdat je componenten en elektronica tegelijkertijd produceert, hoef je minder te assembleren. Daardoor worden je componenten goedkoper. En omdat je componenten niet meer uit losse onderdelen bestaan, worden ze kleiner en gaan ze ook minder makkelijk kapot.'
Het Amerikaanse Blue Spark Technologies ontwikkelde een pleisterthermometer voor baby’s. Die neemt iedere 10 seconden de temperatuur van het kind op en sluist de data door naar de smartphone van de ouders.
Binnen geprinte elektronica wordt gebruik gemaakt van 'geleidende inkt', ofwel inkt die voorzien is van deeltjesgeleidend materiaal, die in alle gewenste vormen en patronen neergelegd kan worden. Zilver was lange tijd het 'go-to'-materiaal, maar inmiddels is het veel goedkopere grafiet heer en meester. De geleidende inkt kan op verschillende manieren geprint worden, zoals via inkjet (vergelijkbaar met de thuisprinter) of aerosol jet, waarbij een mist aan inktdeeltjes heel secuur op zijn plek wordt gesproeid. De geleidende inkt kan op platte ondergronden (2D Printed Electronics) maar ook in driedimensionale vormen worden gelegd (3DPE).
Een van de eerste bedrijven ter wereld die geprinte elektronica omarmde is LiteOn, dat onderdelen fabriceert voor elektronicabedrijven als HTC, Huawei, Nokia en Philips. Het Chinese bedrijf print onder andere de elektronica van smartphone-antennes rechtstreeks in kunststof. Maar de techniek is veel breder toepasbaar, weet Hedges. 'Zoals in de achterruitverwarming van de auto. Vervang je het glas van de ruit door polycarbonaat en print je de elektronica direct mee, dan bespaar je 30 procent op gewicht. En een lichtere auto betekent minder brandstofverbruik.'
Andere bronnen
Ook Philips ziet de voordelen van 3DPE in, vertelde Rob van Asselt van Philips Lighting Research onlangs op de 3D Printing Electronics-conferentie in Eindhoven. 'De gangbare manier van producten maken vraagt om een flinke investering. Je bedenkt een product en ontwikkelt tooling, dus de manier waarop je dat product gaat maken. Dat kost tijd.' En tijd is risico, vindt Van Asselt. 'Terwijl je aan het ontwikkelen bent, kan de markt veranderen of kan een concurrent met een soortgelijk product op de proppen komen. Met 3D Printed Electronics is dat risico veel kleiner, omdat je een product veel sneller op de markt kunt brengen.'
Het grootste voordeel van 3DPE is flexibiliteit. De consument wil andere vormen en andere producten dan de huidige: hij wil zich kunnen onderscheiden. Naast nieuwe vormen van bestaande producten levert geprinte elektronica ook totaal nieuwe producten op. Zo ontwikkelde het Amerikaanse Blue Spark Technologies een pleisterthermometer voor baby's. Die meet niet alleen om de 10 seconden de temperatuur van het kind, maar sluist de data ook door naar de smartphone van de ouders.
De elektronische verbindingen in die slimme TempTraq-pleister is gemaakt met een 'flexibele inkt' die meebuigt met de bewegingen van het kind. Dezelfde technologie wordt gebruikt in sensoren in de sport, die bijvoorbeeld de snelheid meten waarmee een golfclub een bal raakt. En in de toekomst vindt de tech mogelijk toepassing in slimme sportkleding. Ook de batterij in de pleister en in de sportsensor komt uit de printer. Zo'n geprinte batterij verschilt in feite niet van zijn neefje die we in onze afstandsbediening stoppen, maar gebruikt in plaats van metaalplaatjes diverse soorten geleidende inkt.