Glühbirnen aus dem Drucker

Die Idee einer "Glühbirne aus dem Drucker" scheint zwar bizarr, US-Techniker entwickeln derzeit jedoch eine Tintenstrahl-Drucktechnologie zu genau diesem Zweck.

Die Forschung an der University of California in Berkeley soll es ermöglichen, vollständig montierte elektrische und elektronische Produkte in einem Rutsch auszudrucken.

Anstatt zuerst ein Gehäuse zu produzieren und dieses anschließend mit elektronischen Schaltungsplatten und den anderen Komponenten zu versehen, wollen die Wissenschaftler ein komplett montiertes Gerät "einfach" ausdrucken.

Dafür werden Schicht für Schicht leitende und halb leitende Polymere aufgedruckt, sodass das Schaltschema des Geräts schon als Teil des Körpers aufgebaut wird.

Glühbirnen, Radios, Fernbedienungen, Mobiltelefone
Ist diese Technik erst perfektioniert könnten künftig Glühbirnen, Radios, Fernbedienungen, Mobiltelefone und andere Geräte im Ganzen von einem Drucker ausgespuckt werden, ohne dass eine teure und arbeitsintensive Produktion am Fließband notwendig ist.

University of California in Berkeley

Prototypen einfach ausdrucken

Dreidimensionale Drucker sind bereits wertvolle Werkzeuge bei der Erstellung von Prototypen von neuen Produkten. Sie erstellen Schichten aus Tropfen von Polymeren, die dann schrittweise eine 3-D-Form ergeben.

Drucktechniken dieser Art sind bereits so weit ausgereift, dass mittlerweile auch funktionierende Prototypen mit mechanischen Teilen, die sich bewegen können, gedruckt werden können. Die Berkeley-Forscher wollen nun einen Schritt weiter gehen und auch die Elektronik in den Druckvorgang integrieren.

Schon jetzt ist es den Technikern gelungen elektronische Bestandteile wie Transistoren, Kondensatoren, induktive Spulen und andere Halbleiter-Komponenten auszudrucken. "Diese wollen wir verbinden, um komplette Schaltungen zu schaffen," erklärt Projektleiter John Canny.

Leitende Tinte soll Widerstände und Transistoren ersetzen
In Graz will das "Christian-Doppler [CD] Labor für Advanced Functional Materials" neue Wege bei der Herstellung von Leiterplatten beschreiten. Die Forscher wollen die einzelnen Bauelemente nicht mehr auf die Platinen löten, sondern einfach als "Tinte" aufdrucken.

Leiterplatten-Bauteile aus dem Drucker

Ersatz für herkömmliche Platinen

Gibt es erst einmal Tintenstrahlpatronen, die alle nötigen Polymere handhaben können, könnten so zum Beispiel Fernbedienungen für TV-Geräte hergestellt werden.

Als eine vollständige Komponente in einem Stück erzeugt, würde diese Knöpfe, Infrarot-Emitter und die Elektronik basierend auf Polymeren enthalten. Nur die Batterien müssen noch eingelegt werden.

Glühbirnen könnten aus transparenten Polymeren und Lichtemittern aus Plastik hergestellt werden.

Durch die Verwendung von "elektroaktiven" Polymeren, die Spannungen erzeugen, wenn sie komprimiert werden, oder bündeln, wenn eine Spannung zugeführt wird, könnten die gedruckten Geräte auch auf Druck oder Biegung reagieren. So könnten Knöpfe geschaffen werden, die Spannungen erzeugen oder zum Beispiel bei künstlichen Muskeln für Roboter, die sich bei Hinzufügen von Spannungen biegen, zum Einsatz kommen.

Diese Verschmelzung von flexiblen Materialien mit Elektronik wird "Flexonics" genannt und könnte herkömmlich gedruckte Platinen abschaffen.

Diese sind normalerweise vielschichtige flache Plastikplatten, auf die die elektronischen Komponenten gelötet werden. Kupferstreifen zwischen den Schichten verbinden die Bestandteile. Flexonics machen das alles unnötig.

Günstige Alternative
Forscher an der University of Arizona in Tucson haben bereits erfolgreich Versuche mit halbleitender organischer Tinte, auf klarem Trägermaterial aus Plastik aufgedruckt, durchgeführt. Mikrochips sollen so nicht mehr in spezialisierten Werken, sondern einfach zu Hause am Tintenstrahldrucker ausgedruckt werden können.

Mikrochips aus dem Drucker

Weiterer Schritt zur Wegwerfgesellschaft

Die Möglichkeit, alle Elektronik in das Gerät einzulassen, könnte das industrielle Design revolutionieren, doch es gibt auch Schattenseiten.

Wird ein Flexonic-Gerät kaputt, ist es absolut irreparabel, da die Teile nicht einfach ersetzt werden können. Auch sind die polymerbasierten Geräte in der Herstellung zwar wesentlich billiger, ihre Performance kann mit siliziumbasierten Geräten jedoch noch nicht mithalten.

Doch die Wissenschaftler sind sich sicher: Geschwindigkeit allein ist nicht alles. Sie sind überzeugt, dass der Markt für die gedruckten Geräte, vor allem im Bereich von performanceschwachen Geräten wie Transistorradios, Glühbirnen und Spielzeugen vorhanden ist.

Vorgestellt wurde die Idee erstmals im Dezember 2002 auf dem "Robotics Algorithms"- Seminar in Nizza.

Workshop on Algorithmic Foundations of Robotics