Die Elektrifizierung ebnet den Weg für eine stärkere Integration gedruckter Elektronik in Fahrzeuge

Die Elektrifizierung erfordert ein Umdenken bei nahezu allen Fahrzeugkomponenten. Der Markt tendiert zu Technologien, die Gewicht und Energieverbrauch reduzieren, um die Reichweite der Batterie zu erhöhen und gleichzeitig den Fahrgästen hochwertige Zusatzfunktionen zu bieten.

Wie üblich stellten die Anbieter von gedruckter Elektroniktechnologie ihre Eignung für diese Herausforderungen unter Beweis. Unter anderem druckten sie integrierte Armlehnenheizungen mit LED-Beleuchtung und In-Mold-Elektronik für die Komponentenvernetzung über die gesamte Innenraumfläche. BMW und Eink präsentierten sogar ihre Konzeptfahrzeuge mit farbwechselnder Lackierung.

Trotz der anhaltenden Nachfrage nach optimierter Energieeffizienz und geringem Gewicht hatten gedruckte Technologielösungen bisher Schwierigkeiten, große Auftragsvolumina im Automobilmarkt zu erzielen. Dies wird häufig auf höhere Kosten oder regulatorische Hürden im Vergleich zu bestehenden Lösungen zurückgeführt. Trotz einiger Enttäuschungen in der Branche zeichnet sich nun eine revolutionäre Anwendung ab, die das Potenzial hat, den Ausschlag zugunsten der gedruckten Technologie zu geben: das Batteriemanagement.

LOPEC hob das gestiegene Interesse an Technologien für Wärmemanagement und Hotspot-Erkennung hervor. Zu den gängigsten Lösungen zählt die gedruckte und flexible Sensortechnologie, die Temperatur und Druck räumlich erfassen und gleichzeitig aktive Erwärmung ermöglichen kann. Großflächige gedruckte Sensorarrays, die relevante physikalische Größen (z. B. Quellung und Erwärmung) messen, liefern präzise, ​​lokalisierte Informationen zur Optimierung des Zelleinsatzes beim Be- und Entladen.

Metatrends in der Automobilindustrie und aufkommende gedruckte Sensortechnologie. Quelle: IDTechEx

Der Einsatz großflächiger, gedruckter Multifunktionssensoren ermöglicht die Integration von Wärmemanagementlösungen mit minimalen Auswirkungen auf Gewicht und Größe und erfüllt gleichzeitig die erwarteten regulatorischen und sicherheitstechnischen Anforderungen. Obwohl der genaue Zeitplan für neue Vorschriften noch ungewiss ist, sind Technologieanbieter gut aufgestellt, um flexibel auf individuelle Kundenbedürfnisse zu reagieren – von der Forschung und Entwicklung neuer Batteriematerialien bis hin zur aktiven Batterieüberwachung im Betrieb.

Die Förderung der nachgelagerten Wertschöpfungskette erhöht die Erfolgsaussichten für gedruckte Elektronik

Die Förderung der Zusammenarbeit in den späteren Phasen der Wertschöpfungskette war in diesem Jahr ein häufig diskutiertes Thema auf der LOPEC, deren Notwendigkeit durch die starke Repräsentation der Wertschöpfungskette auf der Konferenz und der Ausstellung deutlich wurde.

In den letzten Jahrzehnten hat sich dank enger Zusammenarbeit zwischen Material- und Technologieanbietern ein gesundes Ökosystem für gedruckte Elektronik etabliert. Um jedoch das Wachstumspotenzial in Schlüsselmärkten auszuschöpfen, ist eine engere Zusammenarbeit mit Produktdesignern, Herstellern, Dienstleistern und Endanwendern unerlässlich.

Stand der Wertschöpfungskette für gedruckte Elektronik und Verbesserungspotenzial. Quelle: IDTechEx

Die Automobilindustrie ist bereits hochgradig vertikal integriert, mit klar definierten Lieferketten und engen Feedbackschleifen zwischen Erstausrüstern (OEMs), Zulieferern und Endnutzern. Dies bietet einen idealen Einstiegspunkt für die Technologie der gedruckten Elektronik (PE) und ist ein Hauptgrund dafür, warum dieser Sektor ein so wichtiges Ziel darstellt.
Das Gesundheitswesen ist einer der größten potenziellen Märkte für persönliche Schutzausrüstung (PSA), doch im Gegensatz zur Automobilindustrie verläuft die Einführung der PSA-Technologie hier recht schleppend. Dies ist vor allem auf die Diskrepanz und die mangelnde Vernetzung in der Wertschöpfungskette zurückzuführen. Darüber hinaus stellt die Entwicklung eines erfolgreichen Geschäftsmodells, das die vielfältigen Bedürfnisse von Medizinprodukteherstellern, Gesundheitsdienstleistern, Versicherern und Patienten gleichermaßen berücksichtigt, eine große Herausforderung dar.

Eine gängige Marketingstrategie für gedruckte Elektronik im Gesundheitswesen besteht derzeit darin, einfache, nachrüstbare und kostengünstige Sensorlösungen anzubieten. Beispiele hierfür sind gedruckte Drucksensoren für Krankenhausbetten, die die Rehabilitation verbessern, und Leckagesensoren für Stomabeutel, die das Infektionsrisiko verringern. Durch die Integration kostengünstiger Sensoren in bestehende Geräte fügen sich diese Lösungen nahtlos in bestehende Wertschöpfungsketten ein, ohne das Rad neu erfinden zu müssen.

Nachrüstungsanwendungen stellen nur einen kleinen Teil der potenziellen Einsatzmöglichkeiten gedruckter Elektronik im Gesundheitswesen dar. Um das volle Wachstumspotenzial auszuschöpfen, muss sich eine treibende Kraft herauskristallisieren, die Technologieanbieter dazu anregt, wertschöpfende Lösungen zu entwickeln.

Gesundheitseinrichtungen, die an klinischen Studien beteiligt sind, werden diese Initiative voraussichtlich zunehmend anführen. IDTechEx ist überzeugt, dass die gemeinsame Entwicklung gedruckter Elektronik für tragbare Gesundheitsgeräte die Möglichkeit bietet, mehr Daten zu sammeln und klinische Studien zu dezentralisieren. Gesundheitseinrichtungen sind bestens gerüstet, ihre bereits umfassenden Patientendaten und etablierten Arztbeziehungen mit gedruckten Elektroniktechnologien zu kombinieren, die eine kontinuierliche Fernüberwachung ermöglichen.

Es werden kleine Schritte in Richtung Nachhaltigkeit und Reduzierung von Elektroschrott unternommen

Die Balance zwischen Produktleistung und Nachhaltigkeit zu finden, wird zunehmend schwieriger. Zu den Herausforderungen zählen die komplexe Materialzusammensetzung und der Aufbau der Geräte. Gedruckte elektronische Bauteile, bestehend aus Kunststoffsubstraten, Klebstoffen, Mischungen aus metallischen und funktionalen Tinten, integrierten Schaltkreisen und Sensoren, lassen sich nur schwer demontieren, trennen und recyceln. Ein entscheidendes Glied in der Wertstoffsammlung fehlt, wodurch die Entstehung effektiver Kreislaufprozesse verhindert wird.

Der Fokus liegt stattdessen auf der Entwicklung biologisch abbaubarer und kompostierbarer Materialien. Beispiele hierfür sind leitfähige Tinten, die mit biologisch abbaubaren κ-Carrageen-Elementen funktionalisiert sind, sowie Nanocellulose-Filmsubstrate, die innerhalb von 30 Tagen kompostiert werden können. Die Entwicklung biologisch abbaubarer und nachhaltiger gedruckter Elektronikmaterialien zielt primär auf deren Einsatz in Biosensoren und tragbaren Pflastern ab. Im Gegensatz zu industriellen und automobilen Anwendungen, die robuste Sensoren mit langer Lebensdauer erfordern, eignet sich der biologische Abbauprozess besser für intelligente medizinische Einwegprodukte. Ebenso wird diese Technologie auch für intelligente Verpackungen anwendbar sein und von den etablierteren Recyclingkreisläufen für Konsumabfälle profitieren.

Fazit und Marktausblick

Auf der LOPEC 2024 konzentrierten sich Unternehmen der gedruckten Elektroniktechnologie darauf, bestehende Partnerschaften zu nutzen, um Vertrauen aufzubauen und das Interesse der Hersteller zu wecken. Die Elektrifizierung weckt großes Interesse an gedruckten Elektroniktechnologien, wobei sich das Batteriemanagement als jüngster wichtiger Marktveränderer herauskristallisiert. Fortschritte im Automobilmarkt unterstrichen zudem die Notwendigkeit eines strategischen Umdenkens im Gesundheitssektor, insbesondere im Hinblick auf Kooperationen in späteren Phasen. All dem zugrunde liegt die anhaltende Herausforderung der Nachhaltigkeit. Allerdings könnten diese Bedenken für einen Technologiemarkt, der noch immer mit der Massenproduktion zu kämpfen hat, verfrüht sein.

Die Voraussetzungen sind geschaffen, damit gedruckte Elektronik von den Megatrends in der Automobil- und Gesundheitsbranche profitieren kann. Entscheidend für den Erfolg wird jedoch die Förderung einer engeren Zusammenarbeit in späteren Phasen sein.

Autor: Dr. Jack Howley, Technologieanalyst bei IDTechEx