En el segmento de la electrónica de consumo, se estima que las ventas alcanzarán los 1000 billones de dólares. A esta cifra se suman los mercados de aplicaciones que integran funcionalidades electrónicas, como sensores, calefactores o antenas.

El sector ha encontrado nuevas vías de crecimiento gracias a las oportunidades y necesidades que ofrece la conectividad generalizada y el Internet of Things. Existe una demanda real de incorporar funcionalidades electrónicas en nuevos productos; no obstante, las tecnologías convencionales enfrentan limitaciones intrínsecas en los procesos y materiales comúnmente utilizados.

El desafío consiste en integrar estas funcionalidades en lugares donde antes no era posible hacerlo de manera eficiente. La solución podría residir en la impresión funcional.

Las limitaciones de los circuitos impresos rígidos

Durante muchos años, la electrónica convencional ha sido la base de la innovación tecnológica. Utilizando circuitos impresos rígidos (PCBs), esta tecnología ha posibilitado desarrollar de una amplia gama de dispositivos electrónicos, desde computadoras personales hasta equipos médicos.

• La solidez y durabilidad de las PCBs rígidas las convierten en la opción perfecta para aplicaciones en las que la estabilidad del circuito es fundamental.

• La estandarización en su fabricación permite la producción en masa, lo que a su vez disminuye los costes y los tiempos de producción.

La rigidez de estas PCBs conlleva sin embargo limitaciones importantes.

• Su falta de flexibilidad restringe su uso en aplicaciones que necesitan doblarse o estirarse, como ropa inteligente o dispositivos portátiles.

• También, su tamaño y forma inalterables pueden representar un desafío en el diseño de productos, ya sean más compactos y ergonómicos o más voluminosos y de geometría compleja.

Estas limitaciones nos llevan a cuestionarnos: ¿cómo podemos sortear estos retos y qué opciones existen para la electrónica convencional?

Una integración completa

La impresión funcional se presenta como una posible solución a las restricciones de la electrónica tradicional, siendo una tecnología emergente con el potencial de transformar el diseño y la producción de dispositivos electrónicos. Gracias a los progresos en las técnicas de impresión, que abarcan desde la consolidada serigrafía hasta los diversos métodos digitales de jetting, ahora es factible aplicar materiales funcionales sobre sustratos flexibles o incluso directamente sobre el producto final.

Gracias a esta tecnología, es posible desarrollar circuitos que se ajustan de manera óptima a las formas y movimientos del entorno donde se implementan, lo que abre un sinfín de oportunidades para diseñar productos innovadores y hechos a medida.

Además de resolver los problemas relacionados con las dimensiones y la rigidez, la impresión funcional permite fabricar componentes electrónicos como sensores, calefactores, antenas y circuitos de iluminación. Esta tecnología incluso tiene el potencial de sustituir el cableado tradicional, resultando en dispositivos más ligeros y con un uso del espacio más eficiente.

Estamos presenciando el comienzo de una nueva etapa en la electrónica debido a esta tecnología, donde la adaptabilidad y la personalización son esenciales para cumplir con las exigencias de un mercado en continuo cambio y con expectativas cada vez mayores.

Procesos sostenibles

Considerando la sostenibilidad, la impresión funcional supone un progreso notable. Como tecnología aditiva, permite aplicar materiales solo en las áreas necesarias, disminuyendo así el desperdicio y el uso de recursos. A diferencia de los métodos tradicionales, que suelen ser sustractivos y eliminan material para dar forma al producto final. La posibilidad de emplear tintas y sustratos biodegradables o reciclables, alineándose con las crecientes demandas de responsabilidad ambiental en la producción industrial, mejora significativamente el perfil ecológico de esta tecnología.

Respecto al proceso, la digitalización de ciertas técnicas de impresión funcional ofrece una mayor versatilidad y dinamismo en los procesos de trabajo. El paso de los diseños desde la fase conceptual hasta la producción se realiza de manera más ágil y eficiente, permitiendo ajustes en tiempo real sin requerir cambios en herramientas físicas o moldes. Esto promueve la experimentación y la personalización, permitiendo a los fabricantes adaptarse ágilmente a las tendencias del mercado y a las demandas específicas de los clientes

Sin embargo, es en el campo de la innovación de producto donde la impresión funcional destaca verdaderamente, permitiendo aplicaciones disruptivas que antes eran inimaginables. La integración de componentes electrónicos en casi cualquier superficie y forma permite desarrollar productos inteligentes y conectados en una variedad de sectores, incluyendo el aeroespacial, la medicina y la arquitectura.

Nos encontramos en el inicio de una nueva etapa donde la funcionalidad y la forma se combinan, elevando la innovación a un nivel totalmente diferente.

El compromiso de TECNALIA

En TECNALIA creemos firmemente que estas tecnologías tendrán un impacto significativo en el corto y mediano plazo. Por ello, hemos decidido implementar una estrategia de especialización que se apoya en el conocimiento acumulado de la organización y en las sinergias entre nuestros diversos grupos de investigación.

En consecuencia, estamos creando soluciones transversales que abarcan todos los sectores y se centran en las siguientes técnicas de impresión funcional:

• Implementamos funcionalidades directamente en superficies finales, sin importar su geometría o material. Para ello, desarrollamos los procesos necesarios utilizando nuestra base de datos de materiales y un laboratorio avanzado que dispone de las principales tecnologías de impresión, así como un equipamiento único para impresión e hibridación en superficies 3D.

• Incorporación de funcionalidades impresas en materiales compuestos. Hemos desarrollado y patentado un proceso que permite la impresión e hibridación de componentes electrónicos en las capas del material, facilitando su posterior procesamiento con diversas tecnologías de fabricación de composites.

• Fabricación aditiva de dispositivos electrónicos. Estamos investigando las oportunidades de incorporar funcionalidades impresas durante la fabricación aditiva de polímeros. Esto es posible gracias a un equipo singular multicabezal único que permite la impresión simultánea de estructuras poliméricas 3D y la integración de printed electronics.

• Integración de alimentación y comunicaciones inalámbricas. Entendemos que la conectividad es uno de los desafíos a resolver en la impresión funcional. En TECNALIA, optamos por reemplazar, en ciertos casos, los conectores físicos por antenas impresas que permiten la captación y transmisión de energía y datos.

La impresión funcional ha dejado de ser una promesa y se ha establecido como un complemento muy valioso con respecto a la electrónica convencional, ofreciendo múltiples aplicaciones en diversos sectores. Desde la automoción hasta el sector aeroespacial, incluyendo la salud, el packaging y la construcción, la integración de funcionalidades electrónicas impresas está permitiendo a las empresas añadir valor a sus productos. Como resultado, las empresas ven un aumento significativo en su competitividad.

En TECNALIA, apoyamos a las empresas en este recorrido, ofreciendo nuestra extensa experiencia en impresión funcional, así como en otras tecnologías necesarias para cada caso de uso específico.

Sobre el autor: Ibai Santamaría es ingeniero industrial y el el responsable de la plataforma de impresión funcional de TECNALIA

Sobre TECNALIA: El mayor centro de investigación aplicada y desarrollo tecnológico de España, un referente en Europa y miembro de Basque Research and Technology Alliance (BRTA).

Basque Research & Technology Alliance (BRTA) es un consorcio que se anticipa a los retos socioeconómicos futuros globales y de Euskadi y que responde a los mismos mediante la investigación y el desarrollo tecnológico, proyectándose internacionalmente. Los centros de BRTA colaboran en la generación de conocimiento y su transferencia a la sociedad e industria vascas para que sean más innovadoras y competitivas. BRTA es una alianza de 17 centros tecnológicos y centros de investigación cooperativa y cuenta con el apoyo del Gobierno Vasco, SPRI y las Diputaciones Forales de Araba, Bizkaia y Gipuzkoa.