Fast 30 Personen, Gäste und Mitglieder der Fachgruppe Drucktechnologien von microTEC Südwest, nahmen am 26. Juli 2023 an der Sitzung mit dem Fokus „Funktionale Materialien“ teil. Gastgeber war das Fraunhofer IPM in Freiburg. Prof. Dr. Jürgen Wöllenstein, Abteilungsleiter Gas- und Prozesstechnologie am Fraunhofer IPM, stellte als Vertreter des Gastgebers zu Beginn die Abteilung mit dem Team, die Kompetenzen sowie wichtigsten Anwendungen vor. Er ging insbesondere auf die Wasserstoffmesstechnik sowie die Methan-Fernerkennung per mobiler Laserspektroskopie ein. Im Anschluss an die Mittagspause konnten die Teilnehmenden die Labore der Arbeitsgruppe von Prof. Jürgen Wöllenstein besichtigen und so weitere Einblicke in die Arbeitsgebiete erhalten.

Fachvorträge zum Fokus „Funktionale Materialien“

Das Schwerpunktthema Funktionale Materialien wurde durch mehrere Kurzvorträge zu ganz unterschiedlichen Facetten abgebildet. Dabei wurden vielseitige Einblicke in die Materialformulierung, Prozessführung, aber auch Anwendungsbeispielen und aktuellen Projekten gewährt.

Im Vortrag „Kolorimetrische Sensorlabel zu Detektion von Gasen“ präsentierte Laura Engel vom Fraunhofer IPM, welche gassensitiven Materialien am Institut entwickelt werden. Halbleiter-Materialien reagieren auf Widerstandsänderungen oder reduzierende bzw. oxidierende Agentien. Gaschromatografische Farbmoleküle ändern ihre Farbe in Anwesenheit von bestimmten Gasen. Sie beschrieb den Materialformulierungsprozess und stellte neu entwickelte Sensorlabel vor, die ähnlich einem QR-Code mit einer Kamera ausgewertet werden können. Anwendungen sind Arbeitssicherheit, Nahrungsmittelüberwachung sowie der Konsumerbereich.

Den Zusammenhang zwischen den komplexen rheologischen Eigenschaften der Materialformulierung und dem Druckverhalten erläuterte Tri Tuladhar von TriJet Limited in seinem Vortrag „The link between material formulation's complex rheological properties and jetting behaviour“. Dabei ging er auf die Einflussfaktoren beim Ink-Jet-Druck ein, und zwar der Tropfenbildung, der Tropfenflugbahn, dem Tropfenaufprall sowie dessen Trocknung. Tri Tuladhar verdeutlichte, dass die statischen physikalischen Eigenschaften eines Materials im Druckprozess durch dynamische Eigenschaften beim Druck wie Nebel- und Satellitenbildung beeinflusst werden. So verändern sich beispielsweise die Dimensionen, in denen das Fluid bewegt wird, von der Flasche, über den Schlauch (mm) in den Druckkopf (µm) und die Düse (µm). Daher ist es wichtig, die Physik der Tropfenbildung, Flugbahn, Aufprall und beim Trocknen gut zu verstehen, um den Druckprozess bzw. die Tinte zu optimieren.

In seinem online gehaltenen Vortrag „Von der Entwicklung zur Anwendung“ ging Michael Suwe von Elantas Europe GmbH darauf ein, wie die Materialien von Elantas für den Siebdruck charakterisiert werden, bevor sie an den Kunden gehen: Untersucht werden die rheologischen Materialeigenschaften, die elektrischen, mechanischen sowie optischen Eigenschaften, aber auch die Kompatibilität sowie Lagerstabilität. Er führte aus, welche Tests vor Ort durchgeführt werden. Am Beispiel eines gedruckten Heizers zeigte er das Vorgehen mit Blick auf die kritischen Parameter. Geplant sind weitere Entwicklungen zu leitfähigen Klebern, leitfähige Tinten für Fine Line Anwendungen, Niedertemperatur-Metallisierung von Solarzellen sowie zukünftig auch die Reduktion bzw. der Ersatz von Silber.

Im Vortrag Conductive Networks: A guide for preparing inks or pastes for flexible and stretchable electronics“ von Dr. Thomas Kister, INM-Leibniz-Institut für Neue Materialien, lag der Fokus auf der Tintenherstellung für flexible und dehnbare Elektronik. Er erläuterte, wie im Projekt sensIC die Zyklusstabilität von leitfähigen Strukturen durch den Zusatz von Carbon Black erhöht wurde. Im Projekt Broadcast konnte der Piezowiderstand sowie die Stabilität durch eine Elastomer-Matrix verbessert werden.

Der Bedarf an Quantendot-Materialien und -Tinten für gedruckte Displays wird zukünftig steigen, wie Dr. Manuel Gensler vom Fraunhofer IAP in seinem Vortrag „Maßgeschneiderte Quantendot Materialien und Tinten für gedruckte Displays: Ink-Jet und EHD-Jet“ ausführte. Nahezu der gesamte sichtbare Spektralbereich ist durch gezielte Synthese zugänglich. Im Hinblick auf eine kommerzielle Verwertung sowie hohe Stückzahlen stellte Herr Gensler dar, wie diese Materialien entwickelt und über Inkjet sowie die Technologie des elektrohydrodynamischen Drucks (EHDJET) verdruckt werden können.

Elisabeth Warsitz, binder ITZ teilte in ihrem Vortrag Erfahrungen zu „Funktionale Tinten und Pasten für den Tampondruck“, der für die Herstellung von Hybridsystemen aus einer Hand, Leiterbahnen, Heizelementen, Elektrolumineszenz sowie Sensoren eingesetzt wird. Sie schilderte die Prozessschritte beim Tampondruck von der Herstellung der funktionalen Fluids über den Abgleich der Datenblätter mittels Siebdrucks und die anschließende Vorbereitung für den Tampondruck. Für ein optimales Druckergebnis gibt es enge Grenzen, die im Multiparameterraum (Aufnahmehäufigkeit, -geschwindigkeit, Abgabegeschwindigkeit, Verweilzeit) ermittelt werden müssen.

Die aktuellen Entwicklungen „Druckbare Elektrolyten für die E-Paper-Technologie“ präsentierte Fabio Leite von Ynvisible aus Freiburg. Elektrochrome Displays (ECD) bieten gegenüber anderen Lösungen weitere Vorteile wie niedrige Leistungsaufnahme, dünnes und flexibles Format sowie leichte Integrierbarkeit. Anwendungen finden sich in Liefer- und Kühlketten, Logistik und Monitoring sowie Smart Cards oder Labels, Konsumerelektronik, aber auch Medizintechnik. Er ging auf die verschiedenen Architekturen für reversible und irreversible Prozesse ein sowie auf die Formulierungen mit Nanopartikeln.

Fazit: hohe Expertise, lebhafter Austausch

Die fachlich hochkarätigen Vorträge, aber auch der Marktplatz Drucktechnologien, bei denen Mitglieder aktuelle Herausforderungen diskutieren oder Partnergesuche sowie neue Projekte im Themenumfeld der Fachgruppe vorstellen, boten viel Ansatzpunkte für einen intensiven fachlichen Austausch. Die nächste Fachgruppensitzung Drucktechnologien wird voraussichtlich im November 2023 stattfinden. Der Termin wird auf der Homepage von microTEC Südwest veröffentlicht. Im Mittelpunkt steht dieses Mal die Fachgruppe selbst, die dann 10-jähriges Bestehen feiert. Gäste sind willkommen.