Digitaler Druck und gedruckte Elektronik: Tradition und Zukunft Hand in Hand

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Zweifelsohne sind digitale Systeme und -Dienstleistungen längst vielfältig und leistungsfähig genug, um das berühmte „papierlose Büro“ und viele ähnlich gelagerte Arbeitsorte ohne jede Abstriche Realität werden zu lassen. An vielen anderen Stellen ist es hingegen nach wie vor nötig, Schrift, Symbole und vieles mehr auf ein physisches Medium aufzubringen – in unterschiedlichen Stückzahlen und beileibe nicht nur auf Papier.

Bereits hierfür ist moderne Drucktechnik unerlässlich und wird es auch noch für eine sehr lange Zeit bleiben. Doch gerade heute, wo elektronische beziehungsweise digitale Systeme so extrem vielfältig und niedrigschwellig geworden sind, kommt dem Druck eine völlig neue Aufgabe zu. Und das mitunter sogar, ohne wesentliche Komponenten einer Druckmaschine ändern zu müssen.

Schlüsselerkenntnisse

  • Das Bedrucken von Papier und zahllosen anderen Materialien wird selbst in einer zutiefst digitalisierten Welt einen bedeutenden Stellenwert behalten.
  • Klassische analoge Drucktechniken sind insbesondere wegen ihrer geringen Flexibilität und nötigen hohen Stückzahlen problematisch. Sie werden aber dennoch für sehr lange Zeit einen zentralen Stellenwert behalten.
  • Digitale Drucktechniken, bei denen es zwischen Druckmaschine und Eingabedatei kein physisches Medium gibt, sind mittlerweile selbst für professionellste Anwendungen mehr als leistungsfähig genug.
  • Neben dem reinen Aufbringen von Farbschichten sind moderne Druckmaschinen hinreichend präzise, um hochkompakte Schaltkreise aus flüssigen, aushärtenden, leitfähigen Verbindungen zu drucken und dadurch komplexe Elektronik mit geringem Aufwand herzustellen.

Klassische analoge Druckverfahren

Seitdem Johannes Gutenberg ab zirka 1450 bewegliche Lettern aus Metall nutzte, um Bücher in einem zuvor nie gekannten Tempo zu reproduzieren, hat sich bei den Druckverfahren sehr viel getan.

Verschiedene Herangehensweisen innerhalb der vier wichtigsten Obergruppen

  • Durchdruck,
  • Flachdruck,
  • Hochdruck und
  • Tiefdruck

wurden ersonnen und machten das Bedrucken zu einer sehr vielfältigen und leistungsfähigen Angelegenheit. Doch selbst, wenn jedes dieser Verfahren sich schon seit Jahrzehnten auf digitale Datenanlieferung stützt, so handelt es sich dennoch um analoge Druckverfahren.

Ihr massiver Nachteil: Es ist stets nötig, eine sogenannte Druckvorstufe zu integrieren. Dazu gehören zwar einige Arbeiten, die selbst im digitalen Druck nötig sind (etwa Layouten und Erstellen einer druckbaren PDF-Datei). Beim analogen Druck ist es jedoch bei diesem Prozess immer unabdingbar, ein physisches Druckmedium, respektive eine Druckform, zu erstellen.

Egal, ob dies das Zusammensetzen von Lettern ist, das Lasern einer Druckplatte oder beispielsweise das Gravieren eines Druckzylinders: Stets macht diese Arbeit den Druck unflexibel (im Vergleich mit Digitaldruck). Das ist nicht unbedingt ein Nachteil. All diese Verfahren können sehr ökonomisch sein, wo es darum geht, große Stückzahlen gleichbleibender Druckerzeugnisse anzufertigen.

Der globale Verpackungsdruck beispielsweise wird maßgeblich von zwei analogen Verfahren bestimmt. Ebenfalls werden sehr viele industriell gefertigte Etiketten, so vielfältig sie auch aufgebaut sind, meistens analog bedruckt (wenngleich es Ausnahmen gibt). Gleiches gilt für Sticker, Logos auf Produkten und zahlreiche weitere Anwendungen.

Zudem, das sei unterstrichen, sind diese Druckverfahren nicht veraltet. Sie gestatten beispielsweise teils enorm hohe Auflösungen weit oberhalb der Auflösung des menschlichen Auges – diesen Fakt bitte im Kopf behalten, er wird später im Text nochmals relevant.

Digitale Druckverfahren: Schon lange da, aber nicht immer profitauglich

Was ist Digitaldruck? Dabei handelt es sich zunächst ebenso um einen Oberbegriff wie es bei Analogdruck der Fall ist. Ebenfalls existieren verschiedene digitale Druckverfahren. Der maßgebliche Kern:

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Digitaler Druck bedeutet stets eine Übertragung vom Computer
an die Druckmaschine ohne den Umweg über eine Druckform.

Das stellt naturgemäß völlig andere Ansprüche an die Druckmaschine. Sie ist hier nicht mehr „nur“ ein System, das für das Funktionieren der Druckform nötig ist. Sie ist vielmehr das zentrale Einzelelement, das alle nötigen Arbeiten ab der Übertragung des Druckdatensatzes aus einem vorgeschalteten Computer erledigt.

Die wichtigsten Arbeitsprinzipien im industriellen Digitaldruck dürften jedem mit geringster Computererfahrung geläufig sein – sie sind nahezu deckungsgleich mit denjenigen Prinzipien, nach denen Office- und Consumer-Grade-Drucker arbeiten:

  • Tintendruck: Dedizierte Druckertinten oder artverwandte flüssige bis pastöse Materialien werden entweder kontinuierlich oder in Form gezielt gelenkter und portionierter Tropfen aufgebracht.
  • Elektrofotografie: Unter Verwendung statischer Elektrizität wird aus Tonerpulver oder flüssigen Medien ein temporäres Abbild des Druckmediums auf einer rotierenden Bildtrommel erzeugt und von dort auf das zu bedruckende Medium übertragen. Hierzu gehört unter anderem der Laserdruck, der sich durch die Verwendung von trockenem Tonerpulver auszeichnet.

Beide Techniken sind nicht neu. Die ersten kommerziellen Elektrofotografie-Geräte kamen schon Ende der 1940er auf den Markt (es waren Fotokopierer). Auch Tinten(strahl)drucker waren bereits zu Beginn der 1970er verkaufsreif.

Diese Systeme verbreiteten sich rasch und nachhaltig in unternehmerischen Anwendungsgebieten. Bis auf wenige Ausnahmen (etwa Großformat-Plotter) blieb jedoch ein großer Teil der professionellen Druckbranche davon unberührt und setzte weiterhin auf analoge Druckmethoden – also beispielsweise Druckereien, Textil- und Tapetenhersteller oder Verpackungsfirmen.

Die Gründe dafür sind simpel:

  1. Es dauerte geraume Zeit, bis digitale Druckmaschinen ähnliche qualitative Leistungen erreichten.
  2. Die Anschaffungskosten waren vergleichsweise hoch.
  3. Der Bedarf für mittlere und kleine Druckserien war eher gering.
  4. Bis heute sind die meisten Digitaldruckmaschinen langsamer.

Seit zirka 20 Jahren wandelt sich das Blatt jedoch. Digitaldruck wurde qualitativ vollkommen ebenbürtig. Er wird vor allem dort eingesetzt, wo kleine bis mittlere Serien zu vertretbaren Preisen benötigt werden. Der Bedarf dafür wird immer größer, aufgrund des allgemeinen Trends zu personalisierten Produkten jeglicher Art.

Und insbesondere die Tintendruckverfahren sind eines der wichtigsten Anwendungsgebiete für eine der zentralen Zukunftstechnologien in der Verpackungs- und anderen Industrien:

Gedruckte Elektronik

Solange eine Drucktechnik mit flüssigen oder pastösen Farben funktioniert, kann sie ebenso mit allen nur denkbaren anderen Medien arbeiten, sofern diese die richtige Konsistenz haben.

  • Drucken, insbesondere Farbdruck, ist letzten Endes nur das gezielte Auftragen einzelner Farbschichten oder unterschiedlich farbiger Bildpunkte – stark vereinfacht gesprochen.
  • Elektronik im Allgemeinen und digitale Elektronik im Besonderen benötigt lediglich genügend elektrisch leitfähige Leitungen, um zu funktionieren – ebenfalls simplifiziert dargestellt.

Hier setzt gedruckte Elektronik an. Sie funktioniert prinzipiell mit jeder Drucktechnik, die auf besagten Tinten funktioniert. Denn statt dieser können hier Flüssigkeiten genutzt werden, die auf Makro-Molekülen mit leitenden Polymeren basieren.

Bereits seit den 1930ern wurden einfache Leiterbahnen in der serienmäßigen Fertigung von Haushalts-Elektrogeräten gedruckt. Mitte der 1980er gelang es erstmals, Organische Feld-Effekt Transistoren zu drucken. War zuvor nur gedruckte Elektrotechnik möglich, können seitdem elektronisch-digitale Bauteile gedruckt werden.

Doch warum überhaupt Elektronik drucken? Vor allem, weil sich damit Systeme fertigen lassen, die trotz hoher Komplexität und Leistungsfähigkeit äußerst leicht, dünn, flexibel und nicht zuletzt kostengünstig gehalten werden können.

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Drucken gestattet es beispielsweise, Displays zu fertigen, die dünn und günstig genug sind, um in Verpackungen zu integriert werden. Noch handelt es sich dabei hauptsächlich um einen Marketing-Gag. Doch schon in naher Zukunft könnten solche Displays samt gedruckter Speicher eingesetzt werden, um etwa papierne Beipackzettel von Medikamenten zu ersetzen.

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Tatsächlich sind die denkbaren Anwendungen äußerst breit gefächert. Sie reichen bis in Oberflächen, die mit hauchdünnen Solarzellen-Folien beschichtet sind. Dadurch kann prinzipiell alles zur nahezu unsichtbaren Stromerzeugung herangezogen werden, inklusive die Oberflächen von Fahrzeugen.

Nicht zuletzt ist die Fortentwicklung der gedruckten Elektronik mittlerweile einer der größten Triebmotoren für die Weiterentwicklung von Drucktechnik und -maschinen:

  • Beim normalen Druck mit Farben im optischen Spektrum ist die nötige Untergrenze der Auflösung das, was das menschliche Auge sehen kann. Zwar lässt sich dessen Leistungsfähigkeit nicht simpel in Megapixel-Werte umrechnen, aber sie liegt dennoch in einem vergleichsweise „groben“ Rahmen, bezogen auf Elektronik.
  • Bei gedruckter Elektronik kann die Auflösung prinzipiell nicht fein genug sein. Ähnlich, wie bei Microprozessoren mit jeder neuen Generation die Transistoren immer kleiner werden, ist es für möglichst vielfältige Druck-Elektronik möglich, höher auflösende Druckmaschinen zu konzipieren.

Das heißt, es ist möglich (und wird praktiziert), den Farbtank einer industriellen Druckmaschine mit besagten leitfähigen Molekülflüssigkeiten zu füllen. Statt einer Grafik enthält das PDF einen Schaltplan und schon kann eine Maschine, die Tags zuvor Flyer druckte, tatsächlich elektronische Bauteile drucken.

Bloß ist hierbei die Untergrenze der Auflösung relativ grob. Aufgrund dieser dualen Verwendbarkeit wird die Zukunft bei der Entwicklung neuer Druckmaschinen deutlich von der Fähigkeit zu sehr viel feinerem Schaltkreis- und Halbleiterdruck bestimmt werden.

Nicht zuletzt ist diese Entwicklung ein wichtiger Hoffnungsschimmer für die gesamte industrielle Druckbranche. Der Markt für Verpackungen, Kleidung und andere Druckerzeugnisse. mag aus Gründen von Umwelt- und Klimaschutz kleiner werden. Für gedruckte Elektronik steht er jedoch erst ganz am Anfang.

Fazit

Die Druckindustrie befindet sich derzeit in einem tiefgreifenden Umbruch. Die enorme Leistungsfähigkeit digitaler Drucktechniken ermöglicht eine völlig neue Herangehensweise hinsichtlich ökonomischer Stückzahlen und Personalisierbarkeit.

Gleichsam kommt mit dem Bedarf und den Möglichkeiten, immer komplexere Schaltkreise zu drucken, ein Markt auf, der sich aktuell noch gar nicht überschauen lässt – dem aber die allermeisten Experten ein Potenzial bescheinigen, das deutlich oberhalb des klassischen Drucks für das menschliche Auge liegt.

FAQ

Was ist analoger Druck?
Es ist die Gesamtheit aller Drucktechniken, bei denen eine physische Druckform als Negativ bzw. Abbild des späteren Drucks erstellt werden muss.

Was ist digitaler Druck?
Das sind alle Drucktechniken, bei denen die Druckmaschine anhand der eingespeisten Daten frei und ohne Druckform ein Motiv auf das Trägermedium bringen kann.

Was ist gedruckte Elektronik?

Es sind Schaltkreise, die auf flüssigen/pastösen und elektrisch leitfähigen „Tinten“ bestehen, die von einer Druckmaschine verarbeitet wurden.

Welche Druckverfahren können Elektroniken drucken?
Prinzipiell ist alles geeignet, das Farbdruck beherrscht. In der heutigen Praxis werden primär Tintendruck, Flex-Druck, Offset-Druck, Tampondruck und Siebdruck genutzt.

 

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