DP TN02000067-001 – Tištěná elektronika

Hlavní řešitel: Dr. Lubomír Kubáč, Centrum organické chemie s.r.o.
Kontakt: lubomir.kubac@cocltd.cz

Téma DP se bude dotýkat především tzv. „Strukturální elektroniky“. V rámci DP bude v souladu se současnými trendy rozvoje tištěné elektroniky realizována implementace elektronických systémů technikami in-mold a 3D aditivního konformního tisku. Tyto realizace nacházejí uplatnění především ve strojírenství a automobilovém průmyslu v podobě velkoplošných senzorů, výhřevných a propojovacích struktur. Do popředí zájmu se dostávají rovněž elektronické systémy realizované v podobě 3D objektů, tzv. strukturální elektronika, kdy jsou elektronické prvky a systémy integrovány přímo do plastových konstrukčních dílů realizovaných termoformovacími procesy nebo 3D tiskem. Významnou oblastí realizace je oblast elektronického průmyslu, kde je možno využít tiskové techniky pro vodivého spojování s použitím ekologicky šetrných materiálů nanesených na tuhé nebo flexibilní substráty. Výstupy je možno využívat i v oblasti domácí zdravotní péče díky zavedení nových diagnostických metod. Takto budou realizovány tištěné senzory a 3D tištěné elektronické součástky pro průmyslové aplikace, které budou navrženy a implementovány prostřednictvím in-mold prvků nebo struktur vytištěných přímo na 3D povrchy konstrukčních dílů. Realizované výstupy budou podrobeny ekonomické analýze a přizpůsobeny potřebám průmyslového up scalingu.

Cíle a aktivity:

• Elektronické součástky, senzory, kontaktní a propojovací struktury na flexibilních a 3D substrátech.
• Vývoj technologií pro výrobu vysoce flexibilních, tenkých a lehkých elektronických systémů na bázi tiskových depozičních postupů (2D i 3D). Řešen bude rovněž přímý konformní tisk funkčních elektronických struktur na povrchy 3D objektů. Souběžně bude probíhat výzkum a optimalizace potřebných tiskových funkčních materiálů s odpovídajícími elektronickými i technologickými parametry, zejména polymerních a kompozitních vysokou elektrickou vodivostí a pohyblivostí náboje. Podpůrná výzkumná aktivita, jejíž výstupy budou využívány pro řešení níže uvedených aplikačně orientovaných aktivit.
• Vývoj multifunkčních polymerních kompozitů a nanokompozitů pro 3D tisk umožňující výrobu elektricky vodivých systémů s vysokou požární odolností a/nebo radiační odolností (EMI stínění, stínění Roentgenova záření)
• Vývoj citlivých flexibilních senzorů fyzikálních veličin na bázi elektricky vodivých polymerních kompozitů připravených 3D tiskem
• Optimalizace materiálových parametrů pomocí matematického modelování elektronických procesů.
• „In mold“ a 3D tištěné elektronické systémy pro automotiv a průmyslové aplikace
• Přímá integrace elektronických systémů do strukturálních konstrukčních prvků kombinací technologií funkčního tisku, hybridní montáže elektronických součástek a následného in-molding do plastových dílů. Alternativní cestou bude kombinovaný 3D tisk nevodivých strukturálních a elektricky vodivých materiálů na polymerní bázi. Aplikace zejména pro interiérové ovládací, komunikační, snímací a osvětlovací prvky v kokpitech automobilů a HMI ovládací prvky strojů a zařízení pro průmyslové využití. Cílem je navrhnout lehčí, levnější a energeticky úspornější řešení elektronických automobilových částí pro elektromobilitu.

Plánované výstupy:

Výzkum bude úzce propojen s možnostmi a aktivitami zapojených průmyslových partnerů a bude využívat informace týkající se oblasti finálních průmyslových realizací. V rámci tisku elektronických prvků budou respektovány tiskové možnosti finálního realizátora průmyslových tisků, s tím, že budou preferovány kontinuální tiskové techniky (R2R) především na bázi sítotisku a flexotisku, případně vybrané nanášecí technologie. V rámci tisku vybraných elektronických zařízení budou ověřeny vhodné tiskové techniky v laboratorních podmínkách, případně na poloprovozních zařízeních. S tím bude spojena otázka návrhu, optimalizace a up-scalingu tiskových formulací pro daný typ materiálového tisku umožňující nanášení senzorových a propojovacích prvků. Takto ověřené postupy budou testovány v průmyslovém měřítku.

Podobně u in-mold a 3D tiskových technik budou respektovány technické možnosti společnosti 3Dees Industries s.r.o. Výrobky budou navrženy, testovány a realizovány v souladu s aktuálními požadavky v oblasti automotive a health care aplikacích.

Zaměření projektu počítá se spoluprací s externími firmami, které jsou zapojeny jako dodavatelské firmy pro automotive. Výsledky budou transferovány prodejem licencí, postupným transferem technologií a formou smluvního výzkumu zaměřeného na specifické aplikační využití dosažených výstupů dle potřeb konečného zadavatele.

• 1x patent:
  • Technologie kontaktování planárních součástkových struktur aditivním postupem

• 2x užitný vzor:
  • Hybridní elektronický systém na pružném substrátu
  • Strukturální prvek se zabudovanými elektronickými funkcionalitami

• 3x ověřená technologie:
  • Technologie realizace hybridních elektronických systémů na pružných substrátech
  • Technologie 3D formování strukturálních prvků se zabudovanými elektronickými funkcionalitami
  • Technologie extruze funkčních materiálů pro 3D tisk s optimalizovanými elektrickými a technologickými parametry

• 2x funkční vzorek:
  • Hybridní elektronický systém na pružném substrátu
  • Strukturální prvek se zabudovanými elektronickými funkcionalitami

• 4x publikace:
  • 2× D (stať ve sborníku)
  • 2× Jimp (recenzovaný odborný článek)