Biegen, Verdrehen und Verbinden: Der Aufstieg der flexiblen Verbinder

Das Design und die Herstellung von Steckverbindern, die in heutigen elektronischen Geräten verwendet werden, erleben einen Innovationsschub, angetrieben durch die ständige Nachfrage nach immer kleineren, effizienteren und intelligenteren Geräten. Ein aktueller Trend, der unserer Aufmerksamkeit würdig ist, ist die Entwicklung und Verwendung von flexiblen Steckverbindern und dehnbaren Steckverbindern. Diese Steckverbinder haben die Fähigkeit, sich zu biegen, zu verdrehen und zu dehnen, während sie weiterhin ordnungsgemäß funktionieren, was neue Anwendungen im Gesundheitswesen, bei Wearables und flexibler Elektronik möglich macht. Indem Ingenieure diese einzigartigen Steckverbinder in ihren eigenen Entwürfen nutzen, haben sie hier einen wichtigen Baustein für die Entwicklung bahnbrechender Produkte der nächsten Generation.

3 Schlüsseltechnologien hinter flexiblen und dehnbaren Steckverbindern

Flexible und dehnbare Steckverbinder wurden so konzipiert, dass sie die elektrische Konnektivität auch bei Verformung aufrechterhalten. Sie erreichen dies durch den Einsatz fortschrittlicher Materialien und innovativer Fertigungstechniken. Im Gegensatz zu traditionellen starren Steckverbindern, die brechen oder ihre Funktionalität verlieren können, wenn sie gebogen oder gedehnt werden, verwenden die hier besprochenen Steckverbinder flexible Substrate und leitfähige Materialien, um sicherzustellen, dass der Steckverbinder auch unter dynamisch wechselnden Umgebungsbedingungen haltbar und funktionsfähig bleibt.

Leitfähige Tinte: Leitfähige Tinten sind wichtig für diejenigen, die flexible und dehnbare Verbinder entwickeln und herstellen. Diese interessanten Tinten enthalten Metall-Nanopartikel – wie Silber oder Kupfer –, die eine hervorragende Leitfähigkeit bieten, und diese ungewöhnlichen Tinten können auf verschiedene Substrate gedruckt werden. Fortschritte in diesem Bereich fördern die Entwicklung von leitfähigen Tinten aus nachhaltigen Materialien. Zum Beispiel zeigt diese kürzlich auf nature.com veröffentlichte Forschung, das Versprechen von biologisch abbaubarer Polymilchsäure-Emulsionstinte auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren und Silber, die für gedruckte Drucksensoren verwendet wird. Diese zukunftsweisende Tinte ist in Meeresumgebungen biologisch abbaubar, was die Ansammlung von toxischem Material im Ökosystem im Laufe der Zeit minimiert.

Einzigartige flexible Substrate und Drucktechniken: Flexible Substrate sind eine Schlüsselkomponente für die Erstellung von flexiblen oder dehnbaren Verbindern. Basismaterialien wie Polyimid, Silikon und thermoplastisches Polyurethan (TPU) bieten die Flexibilität und Haltbarkeit, die Praktiker suchen. Die Alchemie des Prozesses kommt zur Vollendung, wenn fortschrittliche Tintenstrahl- und 3D-Druckmaschinen mit einem extrem hohen Grad an Präzision leitfähige Tinten auf eines dieser flexiblen Substrate auftragen.

Zum Beispiel hat das Unternehmen Nano Dimension, ein Marktführer im Bereich der additiven Fertigung, innovative Methoden für den Druck mehrschichtiger flexibler Schaltungen entwickelt. Ihr DragonFly IV ist ein additiv gefertigtes Elektroniksystem (AME), das in der Lage ist, leitfähige und dielektrische Materialien präzise zu deponieren. Dies ermöglicht die Erstellung von komplexen, flexiblen Verbindern und anderen Komponenten.

Mikrofluidische Kanäle: Mikrofluidische Kanäle sind winzige, mit Flüssigkeit gefüllte Wege, die die Fähigkeit haben, Elektrizität zu leiten. Sie bieten einen anderen Ansatz zur Erstellung von flexiblen oder dehnbaren Verbindern. Diese Kanäle können in flexible Substrate integriert werden, um hochgradig anpassbare Schaltkreise zu bilden. In Anwendungsfällen, in denen Komplexität und extreme Agilität von größter Bedeutung sind – zum Beispiel bei tragbaren Gesundheitsmonitoren – ist diese Technologie äußerst wertvoll.

Anwendungen für flexible und dehnbare Verbinder

Wearables: Flexible und dehnbare Verbinder verändern die Art und Weise, wie Wearables entworfen werden, sowie die Funktionalität, die sie bieten können. Indem sie es Sensoren ermöglichen, voll funktionsfähig zu bleiben und genaue sowie zuverlässige Daten zu liefern – selbst wenn ein Benutzer körperlich aktiv ist – werden neue Produktformfaktoren und Fähigkeiten möglich. Durch die Nutzung dieser Verbinder können Designer Wearable-Produkte erstellen, die eine größere Funktionalität bieten und gleichzeitig einen angenehm komfortablen Sitz gewährleisten.

Laut Grand View Research betrug der globale Markt für Wearable-Technologie im Jahr 2022 61,3 Milliarden US-Dollar und soll von 2023 bis 2030 mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 14,6 % wachsen. Angesichts des Potenzials für bahnbrechende Fortschritte könnte diese Prognose zu konservativ sein.

Gesundheitswesen und Medizinische Geräte:Im Gesundheitswesen sind flexible Verbinder ein entscheidender Faktor für die laufende Entwicklung fortschrittlicher medizinischer Geräte, die weniger invasiv und für Patienten komfortabler sind. Zum Beispiel könnendehnbare EKG-Monitore auf der Haut getragen werden, um die Herzaktivität kontinuierlich zu überwachen, ohne das Unbehagen, das viele Patienten bei der Verwendung traditioneller starrer Elektroden erleben. Für eine umfassende Untersuchung des Themas sieheFlexible Elektronik und Anwendungen im Gesundheitswesen im Journal Frontiers in Nanotechnology.

Flexible Elektronik und Displays:Flexible Verbinder ermöglichen die Integration von elektronischen Komponenten in flexible Bildschirme und ermöglichen so faszinierende neue Formfaktoren für eine Reihe von Geräten, einschließlich Smartphones, Tablets, Laptops, Fernsehern und tragbaren Displays. BranchenriesenSamsung undLG sind an der Spitze dieser attraktiven Technologie und entwickeln flexible OLED-Bildschirme, die gefaltet oder gerollt werden können, ohne die interne Schaltung zu beschädigen.

Weiche Robotik: Die weiche Robotik ist ein aufkommendes Feld, das sich mit der Entwicklung von Roboterkomponenten beschäftigt, die aus hochflexiblen Materialien gefertigt sind. Oft wird versucht, die Flexibilität und die physischen Eigenschaften sowie Fähigkeiten von Menschen oder Tieren nachzubilden. Flexible und dehnbare Verbinder sind entscheidende Faktoren für die Entwicklung neuer Systeme in der weichen Robotik. Sie ermöglichen die Integration von elektronischen Komponenten, Sensoren und Aktuatoren in die verformbaren Strukturen weicher Roboter, ohne deren Flexibilität oder Funktionalität zu beeinträchtigen.

Herausforderungen bei der Einführung

Haltbarkeit und Zuverlässigkeit: Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung flexibler und dehnbarer Verbinder ist sicherzustellen, dass sie auch bei wiederholtem Gebrauch und selbst unter ‘Missbrauch’ haltbar und zuverlässig bleiben. Um diese Herausforderung anzugehen, erforschen Hersteller weiterhin eine Welt neuer möglicher Materialien und eine Reihe von ausgeklügelten Schutzbeschichtungen, die es der nächsten Generation flexibler und dehnbarer Verbinder ermöglichen sollen, trotz wiederholter mechanischer Belastungen zuverlässig zu funktionieren. Darüber hinaus wird die Entwicklung fortschrittlicher Herstellungsverfahren – wie selektives Lasersintern und Glühen – fortgesetzt, mit dem Ziel, die Haftung und Leitfähigkeit gedruckter Schaltungen zu verbessern und letztendlich die Haltbarkeit zu erhöhen.

Fertigung und Skalierbarkeit: Die Skalierung der Produktion von flexiblen und dehnbaren Verbindern, um der potenziellen Nachfrage gerecht zu werden, stellt seit einiger Zeit eine erhebliche Herausforderung dar, und diese Herausforderung besteht auch heute noch. Die präzisen Fertigungsprozesse, die erforderlich sind, bleiben hartnäckig sowohl kostspielig als auch zeitaufwändig. Dennoch helfen potenziell bedeutende Fortschritte in den Drucktechnologien und der Materialwissenschaft, ihre Spuren bei der Verbesserung der Entwicklungs- und Fertigungsprozesse zu hinterlassen. Beispielsweise werden Roll-to-Roll-Drucktechniken, die für die Produktion von flexiblen Solarmodulen entwickelt wurden, angepasst, um die Produktion von flexiblen elektronischen Komponenten effizienter zu gestalten.

Die Aussichten für flexible und dehnbare Verbinder sind vielversprechend. Laufende Fortschritte werden voraussichtlich weitere Durchbrüche vorantreiben. Aufkommende Anwendungen in Bereichen von intelligenten Textilien bis hin zu biokompatiblen Geräten und fortschrittlicher Robotik werden wahrscheinlich immens profitieren.

Die verborgenen Helden der digitalen Welt: Manchmal besitzen die grundlegendsten Komponenten große Macht. Als professioneller Designer oder Ingenieur können Sie diese Macht nutzen, indem Sie die hier diskutierten Innovationen in der Verbindungstechnologie als Werkzeuge zum Überbrücken von Lücken, zum Verkleinern von Entfernungen und zum Ermöglichen nahtloser Kommunikation in Ihren Entwürfen einsetzen.