Incorporare funzionalità elettroniche: IDTechEx si chiede se ne valga la pena

L'integrazione di più funzionalità in un'unica entità promette dispositivi più semplici ed efficienti senza compromettere le capacità. Gli smartphone ne sono un ottimo esempio, con mappe, agende, telefoni, fotocamere, console di gioco e altro ancora integrati in un unico dispositivo compatto. Tuttavia, lo smartphone stesso è probabilmente un capolavoro di packaging, contenente molti componenti diversi di diversi fornitori montati su un telaio.

 

E se invece di assemblare numerosi componenti secondari e garantire la connettività elettrica, la funzionalità fosse integrata nell'oggetto stesso? Questa è la promessa dell'"elettronica 3D", in cui i confini tra progettazione meccanica ed elettrica svaniscono e i componenti hanno la funzionalità elettronica incorporata al loro interno. Questo approccio può essere applicato a diverse scale di lunghezza, con funzionalità elettroniche sotto forma di inchiostri conduttivi e componenti applicati sulla superficie degli oggetti 3D, definiti "parzialmente additivi", o incorporati internamente (definiti "completamente additivi", simili alla stampa 3D con elettronica inclusa).

 

 

L'elettronica in-mold (IME) è un terzo approccio alla produzione di elettronica incorporata, generalmente sotto forma di superfici intelligenti con illuminazione integrata e sensori tattili capacitivi. Con l'IME, gli inchiostri conduttivi vengono stampati e i componenti vengono montati, a scelta, su una superficie piana che viene successivamente termoformata e racchiusa tramite stampaggio a iniezione.

 

 

L'incorporazione di funzionalità elettroniche all'interno di un pezzo chiuso tramite l'elettronica completamente additiva o IME offre un'interessante proposta di valore: meno parti, meno connessioni, catene di fornitura più semplici, assemblaggio minimo, peso inferiore e maggiore sostenibilità. La possibilità di accedere a questi vantaggi con metodi di produzione consolidati, come la serigrafia, la termoformatura e lo stampaggio a iniezione, fa sì che l'IME abbia riscosso un grande interesse da parte degli OEM di diversi settori e dei fornitori di materiali. Ma c'è un lato negativo nell'incorporare funzionalità elettroniche? Dopotutto, l'incollaggio funzionale della lamina, un approccio concorrente all'IME con una minore integrazione che consente anche di realizzare interfacce retroilluminate sensibili al tatto, ha ottenuto una notevole diffusione commerciale e oggi viene utilizzato in diversi veicoli.

 

La sfida principale per i metodi di elettronica integrata come l'IME è che il prodotto dei singoli rendimenti determina il rendimento complessivo della produzione. Di conseguenza, la resa di ogni singolo processo, compresi quelli puramente decorativi, deve essere estremamente elevata: se si verifica un problema in una qualsiasi fase del processo, l'intero pezzo deve essere scartato. A IDTechEx è stato riferito che i maggiori problemi di resa per le superfici funzionali sono associati alla produzione di un esterno decorativo nero lucido piuttosto che all'elettronica stessa.

 

La seconda sfida associata all'integrazione delle funzionalità elettroniche è la riconfigurazione delle catene di fornitura. Se i componenti separati sono assemblati, ogni parte e quindi ogni fornitore possono essere cambiati indipendentemente. Se invece tutti i componenti sono integrati in un unico pezzo attraverso l'IME o l'elettronica completamente additiva, è necessario garantire la compatibilità reciproca, riducendo la facilità di cambiare fornitore e aumentando potenzialmente i prezzi dei componenti.

 

 

Per determinare quando l'integrazione delle funzionalità offerte da IME è più interessante, occorre considerare due parametri: il grado di integrazione e il volume di produzione. Raggiungere gli alti rendimenti richiesti e riconfigurare la catena di fornitura impone alti costi iniziali, ma può ridurre i costi variabili, poiché si utilizza meno materiale e si richiede meno assemblaggio. Inoltre, una maggiore integrazione, come l'inserimento di circuiti integrati (IC) all'interno di parti IME per fornire capacità di lavorazione, riduce ulteriormente i costi dei materiali e dell'assemblaggio.

 

 

Per questo motivo, IDTechEx suggerisce che l'elettronica incorporata, sia essa IME o completamente additiva, avrà una proposta di valore più elevata con l'aumento del volume di produzione e dell'integrazione delle funzionalità.

 

 

I rapporti di IDTechEx "Elettronica 3D/Elettronica additiva 2022-2032" e "Elettronica In-Mold 2023-2033" forniscono una visione completa di queste metodologie di produzione emergenti. Basandosi su interviste con le aziende e visite a conferenze, entrambi i rapporti valutano i processi tecnici, i requisiti dei materiali e le applicazioni concorrenti. Ogni rapporto include previsioni di mercato decennali segmentate per tecnologia e settore applicativo, espresse sia in termini di fatturato che di superficie/volume.