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Oggetti di elettronica stampati: una spinta alla crescita per l'industria dell'imballaggio

  • In questo tipo di stampa, materiali elettricamente conduttivi spessi o sottili sono stampati strato per strato su un supporto di supporto invece di inchiostri.
  • Bei dieser Druckvariante werden elektrisch leitfähige dick- oder dünnflüssige Materialien schichtweise als Schaltkreise auf ein Trägermedium gedruckt – anstelle von Farben.
  • Grazie ai sistemi di stampa digitale ultramoderni, questo sta diventando sempre più conveniente e apre una vasta gamma di scenari di applicazione.
  • Le applicazioni possibili includono display stampati, altoparlanti, etichette di identificazione e persino mini sistemi solari e batterie
 



L'imballaggio deve essere in grado di soddisfare diverse funzioni e con l'elettronica stampata ancora di più. Questo rende sia l'imballaggio che le etichette davvero intelligenti, e non solo apre possibilità di applicazione completamente nuove, dalla comunicazione al marketing, ma contribuisce anche in modo significativo all'ulteriore crescita del mercato del packaging intelligente e sostenibile.

Anche se il mercato dell'imballaggio è stato in crescita per anni, è solo su una curva abbastanza piatta. Anche la pandemia causerà "solo" una crescita globale del 9,2 per cento nel migliore dei casi secondo studi precedenti, ma un tasso di crescita annuale più realistico è del 5,5 per cento. Una ragione importante è che l'industria dell'imballaggio ha raggiunto un punto in cui quasi nessun progresso profondo è possibile con i metodi classici.

I clienti, tuttavia, sono stati abituati per anni a sempre più funzionalità e variabilità in altri settori a cui si aggiunge la proliferazione di innumerevoli tecnologie intelligenti. Entrambi questi fattori stanno portando a un aumento delle aspettative.

In questo senso, la stampa di componenti elettronici (semiconduttori) rappresenta qualcosa di rivoluzionario. Permette di rendere l'imballaggio estremamente funzionale a costi aggiuntivi in costante diminuzione e di dargli così un nuovo valore aggiunto. Usato correttamente, rende anche l'imballaggio più durevole. Questo aiuta ad affrontare il problema dei rifiuti di imballaggio alla radice: se l'imballaggio può aiutare in qualche modo i componenti elettronici stampati, c'è un incentivo significativamente maggiore per usarli più a lungo.

 

Componenti elettronici stampati: tendenza e consolidamento tecnico

Il materiale di partenza per questa innovativa forma di stampa è la cosiddetta elettronica organica. Tuttavia, questi non sono materiali "organici" nel senso di avere un'origine biologica, piuttosto si usano macromolecole basate su polimeri elettricamente conduttivi - delle speciali molecole di plastica.

Questi sono disponibili in pasta o in forma liquida. Una volta determinato un uso e creati i suoi circuiti in un modello digitale, la procedura successiva è simile alla stampa con inchiostri: le molecole sono applicate con macchine da stampa. La scelta del metodo di stampa dipende dal risultato desiderato:

 
  • stampa flessografica
  • stampa offset
  • stampa serigrafica
  • tampografia
  • stampa a getto d'inchiostro o
  • stampa a getto d'inchiostro


A seconda dell'applicazione, vengono utilizzati anche processi di stampa più esotici. Solo i processi di stampa laser non sono (ancora) disponibili per la produzione di componenti semiconduttori stampati.

Gli inizi dell'elettronica stampata

Il primo brevetto per circuiti stampati è stato concesso già nel 1903. E già nel 1936, i primi binari conduttori (molto semplici) furono utilizzati nella produzione industriale di radio.

Tuttavia, è stato solo nel 1986 che un transistor organico a effetto campo (OFET) è stato stampato per la prima volta. Questo ha fornito la base per la stampa di applicazioni digitali veramente complesse. .
L'unica cosa che distingue veramente la stampa elettronica dalla stampa a colori è la risoluzione la quale è molto più alta con l'elettronica stampata perché il limite qui non è il potere risolutivo dell'occhio umano ma la necessità di funzionalità elettronica. Quindi, anche se i metodi di stampa sono gli stessi, non è possibile utilizzare macchine che sono fondamentalmente progettate per la stampa a colori. Questo funziona solo se sono capaci delle risoluzioni necessarie.

In ogni caso, non ci sono quasi limiti alle possibilità. Questo è anche perché l'elettronica non è stampata bidimensionalmente, ma a strati l'uno sull'altro, proprio come per i lavori di stampa. In questo modo si possono creare innumerevoli prodotti:
 
  • Display OLED, anche touch
  • Sensori di vario tipo
  • Display a inchiostro elettronico (E-Ink)
  • Altoparlanti
  • Elementi di illuminazione basati su LED

Nel 2011, la TU Chemnitz è riuscita persino a realizzare celle solari stampate su carta. E l'Istituto Fraunhofer riferisce che le sue batterie stampate hanno una densità di potenza di circa 2 milliampere ore per centimetro quadrato - con uno spessore del materiale di meno di un millimetro.

La gigantesca varietà di possibilità che questo offre, può essere immaginata con solo un po' di fantasia. In pratica, stanno già emergendo alcuni scenari di applicazione concreti e utili.




 

High-lights: promozione spettacolare con gli oled stampati

Oggi è possibile non solo rendere attraente una confezione con la scritta del marchio usando i colori, ma farlo letteralmente brillare. Solo pochi anni fa, questa sarebbe stata una visione futuristica ma, dal 2017, è una realtà pratica.

La Coca-Cola ha sviluppato un'innovativa etichetta per bottiglie in collaborazione con due aziende tedesche: la scritta famosa in tutto il mondo appare su di essa non solo nel classico bianco, ma brilla dopo la pressione del dito su un pulsante di riproduzione. Grazie agli OLED stampati, questo ha reso la bottiglia di Coca Cola protagonista e vincitrice dei premi per l'innovazione tedesca 2018 .

Tuttavia, questo esperimento non si è fermato qui: alla fine del 2019, per l'uscita del nuovo film di Star Wars "The Rise of Skywalker", Coca-Cola ha rilasciato una serie speciale di bottiglie rappresentando i due eroi del titolo con le loro spade laser. Anche i profani della fantascienza possono immaginare che gigantesco effetto pubblicitario dagli OLED stampati è stato dato. Non solo è scoppiato l'entusiasmo tra i fan della serie di film, ma l'intera rete, così come l'industria del packaging e della pubblicità, era molto entusiasta.

Poiché gli OLED possono essere stampati su altri prodotti in una varietà illimitata, i possibili scenari di applicazione sono enormi. C'è da aspettarsi che più aziende raggiungano effetti spettacolari con tali "effetti luminosi" nel prossimo futuro.

 

Massimo controllo attraverso i sensori

Per molte confezioni, la qualità del loro contenuto dipende direttamente dalle condizioni di conservazione; non da ultimo nel caso di prodotti medici, per cui proprio la condizione del contenuto è un criterio vitale.

Qui, grazie all'elettronica stampata, si apre un altro campo, che non si basa solo sugli effetti. È per esempio facilmente possibile stampare sensori che misurano la temperatura e l'umidità. In questo modo, un pacchetto può monitorare in modo permanente e preciso il suo contenuto. Con ulteriori componenti stampati, è persino possibile determinare dati realistici e personalizzati sulla durata di conservazione, e visualizzarli costantemente aggiornati.

Questa applicazione va anche oltre il beneficio puramente qualitativo. Dove è possibile questo semplice monitoraggio dello stato attuale, si riduce la necessità di smaltire i prodotti solo perché la data di scadenza è stata superata - una circostanza che ha contribuito all'enorme consumo di risorse per decenni.

Ambito di applicazione dei sensori stampati

Le possibilità dei sensori che si possono realizzare attualmente vanno dalla misurazione del gas, umidità, temperatura, luce, pressione, tensione, forza e accelerazione fino a caratteristiche biologiche specifiche - per esempio i valori di glucosio.

I sensori stampati per misurare l'umidità e la temperatura hanno di gran lunga il più grande potenziale di crescita, poiché ci sono un numero particolarmente grande di applicazioni possibili per questi. Fonte: IDTechEx
 

Sigilli di autenticità a prova di contraffazione

Nel 2019, l'OCSE ha riferito che il 3,3% di tutti i prodotti scambiati nel mondo sono contraffatti e che questa tendenza è in aumento. Il danno monetario innescato solo da questo ha superato da tempo la soglia dei 300 miliardi di dollari; allo stesso tempo, le contraffazioni stanno raggiungendo livelli sempre più alti. Anche se i produttori stanno lottando con vari mezzi, questo rimane uno sforzo inutile.

L'elettronica stampata potrebbe portare in questo campo un miglioramento significativo. I cosiddetti tag NFC possono essere stampati a basso costo e utilizzati per la protezione dalle contraffazioni. Per esempio, possono essere nascosti invisibilmente sotto uno strato di vernice. Insieme alle caratteristiche di sicurezza digitali adeguate, impedendo efficacemente ai contraffattori di integrare le proprie etichette stampate.


Quando il packaging comunica con i clienti

Per alcuni prodotti è particolarmente importante che il consumatore abbia accesso a varie informazioni su di essi - per esempio, nel caso delle medicine. Se, per esempio, le informazioni sull'applicazione esatta e sul dosaggio sono difficili da trovare o sono disponibili solo scritti a mano, questo può portare a una medicazione errata.

Anche qui, l'elettronica stampata offre miglioramenti importanti. I sensori corrispondenti possono, per esempio, registrare quanto spesso una confezione di medicinali è stata aperta - e quindi informare se la dose giornaliera è stata raggiunta. Qui si possono anche combinare varie applicazioni elettroniche stampate sull'imballaggio:

 
  • un display e-ink stampato applicato all'esterno informa regolarmente sulle istruzioni individuali di assunzione date dal medico.
  • Un tag NFC stampato può inviare informazioni simili a un telefono cellulare - per esempio a un'app per la salute.
  • Un sensore misura se il farmaco nella confezione è ancora utilizzabile.
  • Un pannello OLED può trasmettere semplici messaggi illuminandosi in diversi colori.

Queste applicazioni non sono limitate al settore farmaceutico, ma possono essere applicate praticamente a qualsiasi prodotto stampato.

L'industria della stampa e dell'imballaggio sta affrontando un futuro molto eccitante e innovativo nei prossimi anni. L'elettronica stampata sta cominciando solo ora a sviluppare il suo gigantesco potenziale. È concepibile che in pochi anni ci saranno innumerevoli prodotti in ogni supermercato la cui stampa non è solo colorata in un modo o nell'altro, ma effettivamente “smart”.
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