SUSTRONICS-projektissa anturit ja diagnostiikka-analyysit osoittavat, miten vaihtoehtoiset materiaalit ja elinkaarianalyysit vähentävät päästöjä ja resurssien käyttöä.

Verensokerimittauslaastarin integroima anturi voi alentaa verensokeritasoja noin 65 prosentin hiilijalanjälki laitteen. Älykkäisiin haavalaastareihin tarkoitettujen joustavien elektronisten moduulien tapauksessa erilaisten alustojen ja johtavien musteiden valinta voi sen sijaan vähentää jopa 95 prosentin ympäristövaikutukset verrattuna perinteiseen PET:n ja hopean yhdistelmään. Eurooppalaisessa ohjelmassa saadut tulokset SUSTRONICS Ne osoittavat, kuinka paljon vaikutusta näennäisesti rajallisella päätöksellä, joka tehdään tuotteen ollessa vielä suunnittelijoiden pöydällä, voi olla.

Juuri tämä ennakointi on keskeinen osa komitean työtä. Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZMSen sijaan, että tutkijat olisivat vain puuttuneet jo suunniteltujen laitteiden kierrätykseen, he sovelsivatelinkaarianalyysieli elinkaariarviointi (LCA) tutkimus- ja kehitysvaiheessa. Raaka-aineet, valmistus, käyttö ja elinkaaren loppu arvioidaan siis ennen kuin tiettyjen teknologisten valintojen muuttaminen vaikeutuu tai muuttuu kalliiksi.

Lähestymistapa ratkaisee elektroniikkateollisuuden kasvavan ongelman: yhä useammat ja kehittyneemmät laitteet vaativat energiaa, materiaaleja ja usein myös kriittisiä raaka-aineita, kun taas siirtyminen kiertotalouteen edellyttää korjattavuuden, uudelleenkäytön ja talteenoton huomioon ottamista. SUSTRONICS on ratkaissut tämän ongelman kokoamalla yhteen 45 tutkimus- ja teollisuuskumppania yhdessätoista Euroopan maassa, koordinoimalla Philips Nederland BV, ja sen sovelluksia ovat muun muassa terveydenhuollon elektroniikka, diagnostiikka ja autoteollisuus.

LCA-analyysi tunnistaa ympäristövaikutusten alkuperän

Tehokas ympäristövaikutusten arviointi ei rajoitu pelkästään laitteen kokonaispäästöarvon määrittämiseen. Jotta siitä olisi hyötyä suunnittelijoille, sen on tunnistettava ympäristön kuumat kohdat, eli komponentit, materiaalit tai prosessit, jotka ovat vastuussa erityisen suuresta osasta elinkaaren aikaista vaikutusta. Juuri näissä kohdissa suunnittelumuutoksella voi olla suurin vaikutus.

Fraunhofer IZM -ryhmä johti analyysejä seuraavasti: David sanchez tutki demonstraattoreita ottaen huomioon indikaattorit, kuten Ilmaston lämpenemispotentiaali, kriittisten materiaalien käyttö ja myrkyllisyys. Glukoosin mittauslaastareissa havaittiin, että elektrodit He keskittyivät lähes kokonaan havaittuihin ympäristövaikutuksiin. Tämä on tärkeää, koska se muuttaa insinööreille esitettyä kysymystä: koko laitetta ei välttämättä tarvitse suunnitella uudelleen, jos pääongelma voidaan ratkaista käsittelemällä hyvin tunnistettua komponenttia.

LCA-analyysien avulla saadut tiedot siirrettiin sitten kehityskumppaneille. Materiaaleja, valmistusprosesseja ja tuotearkkitehtuuria voitiin muokata ennen siirtymistä seuraavaan vaiheeseen. Onalabs, yksi ohjelman osallistujista, integroi mittausalueeseen optisen anturin, mikä projektissa tehtyjen arviointien mukaan vähensi noin 65 prosenttia kokonaishiilidioksidijalanjäljestä.

Menetelmä tuo siis eräänlaisen ympäristöpalautteen normaaliin elämänkiertoon. ricerca ja sviluppoEkosuunnittelua ei käsitellä lopullisena testinä, vaan suunnitteluparametrina suorituskyvyn, luotettavuuden, kustannusten ja valmistettavuuden rinnalla. Mahdollinen hyöty on erityisen ilmeinen lääketieteellisessä elektroniikassa, jossa tuotteen muokkaaminen pitkälle edenneessä vaiheessa voi olla monimutkaista, erityisesti validointi- ja luotettavuusvaatimusten vuoksi.

Pohjat ja musteet muuttavat laastarien tasapainoa

Tapaus, jossa älykkäät haavalaastarit Tämä osoittaa entistä selkeämmin, miten materiaali voi määrittää joustavan elektronisen moduulin tilantarpeen. Näiden laitteiden on yhdistettävä tunnistustoiminnot ja elektroniset komponentit ohuisiin, kevyisiin ja kehon muotoon mukautuviin alustoihin. Niiden pieni fyysinen koko ei välttämättä tarkoita yhtä pientä vaikutusta: johtavilla materiaaleilla ja valmistusprosesseilla voi olla merkittävä vaikutus kokonaisbudjettiin.

SUSTRONICSin sisällä tehdyissä arvioinneissa verrattiin vakiokokoonpanoa seuraavien perusteella: PET ja hopea eri yhdistelmillä. Käyttämällä vaihtoehtoisia alustoja, johtavia musteita, kuten hiiltä hopean sijaan, ja kierrätysmateriaaleja, joustavien elektronisten moduulien vaikutusta voidaan vähentää analysoiduissa olosuhteissa, jopa 95 prosenttia.

”Käyttämällä erilaisia ​​johtavia alustoja ja musteita, kuten Thinstaria ja hiiltä hopean sijaan, ja kierrätysmateriaaleja, tuotteen joustavien elektronisten moduulien ympäristövaikutuksia voidaan vähentää jopa 95 prosenttia verrattuna PET:n ja hopean tavanomaiseen yhdistelmään.”

hän selitti David Sanchez Fernández ja Fraunhofer IZM.

Tämä data ei tarkoita, että jokainen elektroninen laite voi automaattisesti saavuttaa tämän vähennystason. Tulos koskee vertailtuja kokoonpanoja ja riippuu arvioinnissa käytetyistä materiaaleista, arkkitehtuurista ja rajoituksista. Se kuitenkin osoittaa, miksi elinkaarianalyysista voi tulla päätöksentekotyökalu: se mahdollistaa teknisten vaihtoehtojen vertailun ennen tuotantoa ja estää iskunkestävän komponentin valinnan sisällyttämisen tuotteeseen suunnitteluinertian vuoksi.

Periaate ulottuu kestävyys elektroniikkaa laajemmassa merkityksessä. SUSTRONICS on työskennellyt materiaalien parissa, jotka kuluttavat vähemmän resursseja, Painettu elektroniikka, energiatehokkaampia tuotantoprosesseja sekä uudelleenkäyttö-, korjaus- ja kierrätysstrategioita. Teknisenä tavoitteena on ottaa samanaikaisesti huomioon tuotanto ja elinkaaren loppu, estäen yhdessä vaiheessa saavutetun parannuksen vaikutuksen siirtymisen toiseen.

Kestävä kehitys tulee elektroniikkasuunnitteluun

Asia saa teollisen ulottuvuuden, koska eurooppalaisen elektroniikkateollisuuden on samanaikaisesti vastattava suorituskykytarpeisiin, raaka-aineiden saatavuuteen ja ympäristövaikutusten vähentämiseen.Euroopan unioni Se on asettanut tavoitteeksi ilmastoneutraaliuden vuoteen 2050 mennessä osana vihreän kehityksen ohjelmaa, ja kiertotalous edellyttää myös toimia tavaroiden ja komponenttien suunnittelussa, valmistuksessa, käytössä ja talteenotossa.

SUSTRONICS pyrkii tuomaan tämän logiikan elektroniikkatekniikkaan yhdistämällä ekosuunnittelu, uudet materiaalit, valmistus ja määrälliset arvioinnitTämä on tärkeä askel, koska osa laitteen tulevasta vaikutuksesta määräytyy jo kauan ennen kuin se saapuu tehtaalle: metallin, alustan, liitäntätekniikan tai arkkitehtuurin valinta on harvoin resurssineutraalia.

Lääketieteellisten demonstraattoreiden läsnäolo mahdollistaa myös lähestymistavan testaamisen alalla, jossa iskunvaimennus ei voi vaarantaa laitteen ensisijaista toimintoa. Diagnostisen laastarin tai haavanvalvontajärjestelmän on jatkuvasti toimittava odotetulla tavalla. Tästä syystä projektiin sisällytettiin myös ympäristöanalyysejä. luotettavuustesti, toinen Fraunhofer IZM:n asiantuntemusalue.

Kestävyyden ja kestävän kehityksen välinen suhde on erityisen tärkeä. Materiaali, jolla on pienempi alkujalanjälki, ei välttämättä ole paras vaihtoehto, jos se heikentää luotettavuutta niin paljon, että se lisää vaihtotarpeita ja jätettä. Elinkaarilähestymistapa palvelee juuri sitä, että vältetään yhteen vaiheeseen rajoittuvia arviointeja, vaan otetaan sen sijaan huomioon kaikki suunnitteluvalintoihin liittyvät seuraukset.

”Tarjoamalla merkityksellistä tietoa elinkaariarviointia varten Fraunhofer IZM edistää elektronisten tuotteiden ympäristöystävällistä suunnittelua jo tutkimus- ja kehitysvaiheessa.”

hän lopulta tiivisti, David Sanchez.

Demonstroijista teollisuudessa käytettäväksi menetelmäksi

SUSTRONICS tapahtui 1. kesäkuuta 2023 – 31. toukokuuta 2026Kokeellisen toiminnan päätteeksi huomio siirtyy nyt kehitettyjen menetelmien soveltamiseen yksittäisten demonstraattoreiden lisäksi. Kokemuksen teollinen arvo riippuu mahdollisuudesta sisällyttää elinkaarianalyysi, materiaalivalinta ja kiertotalouskriteerit uusien elektroniikkatuotteiden kehittämisessä käytettyihin vakiomenettelyihin.

Konsortioon kuuluu laaja joukko sidosryhmiä: elektroniikkavalmistajia, lääkealan yrityksiä, yliopistoja, tutkimuskeskuksia ja materiaaliasiantuntijoita. Osallistujia ovat: Philips, TNO, Signify, Infineon Technologies Austria, Medizinische Universität Graz, VTT, Tampereen yliopisto, Canatu, UPM Raflatac, CEA, Faurecia, RISE, Göteborgin yliopisto, Essity, CSEM, Hampurin teknillinen yliopisto ja Fraunhofer IZM. Tämä koostumus mahdollistaa menetelmän vertailun erilaisten tuotantotarpeiden ja sovellusten kanssa sen sijaan, että se rajoitettaisiin yhteen teknologiaan.

Ohjelmaa tuettiin ohjelman puitteissa. Chips-yhteisyritys, avustussopimuksen kanssa 101112109 ja lisärahoitusta Euroopan mailta. Työ sai myös 1,71 miljoonaa euroa Saksan Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt ja Sveitsin koulutus-, tutkimus- ja innovaatioministeriö, SARJASeuraavien järjestöjen osallistuminen Sveitsi laajentaa ohjelman soveltamisalaa EU:n jäsenvaltioiden ulkopuolelle.

Hankkeen jättämä avoin kysymys ei siis koske pelkästään eri materiaalista tehdyn laastarin teknistä mahdollisuutta. Demonstraattorit osoittavat, että ympäristövaikutukset voidaan mitata riittävän ajoissa, jotta ne voivat vaikuttaa suunnittelupäätökseenTämä muuttaa elinkaarianalyysin raportointitoiminnosta suunnittelutyökaluksi.

Lääketieteellisen elektroniikan osalta ero on huomattava. Vähennykset 65 prosenttia hiilijalanjäljestä yhdessä laitteessa ja jopa 95 prosenttia ympäristövaikutuksista Tiettyjen moduulien tulokset osoittavat antureiden, alustojen ja johtavien materiaalien valinnan mahdollisen vaikutuksen. Nämä eivät ole prosenttiosuuksia, joita voidaan automaattisesti soveltaa kaikkiin tuotteisiin, vaan tapaustutkimuksia, joiden avulla voimme tunnistaa, missä on puututtava asiaan.

Seuraavaksi testataan, missä määrin nämä kriteerit voidaan sisällyttää tavallisiin teollisiin prosesseihin vaarantamatta luotettavuutta, suorituskykyä ja taloudellista kestävyyttä. Jos ympäristöanalyysi suoritetaan aikana, jolloin materiaaleja ja arkkitehtuureja voidaan vielä muokata, suunnittelumuutosten kustannuksiin voidaan puuttua ennen kuin valmistus ja toimitusketjut tiukentavat sääntöjä. Tämä on askel, jonka SUSTRONICS tarjoaa teollisuudelle: mittaa vaikutusta jo tuotteen suunnitteluvaiheessa, ei vasta silloin, kun siitä on jo tullut elektroniikkajätettä.

Tässä on kolme oivallusta, jotka saattavat kiinnostaa sinua:

Uusiutuvista raaka-aineista valmistetut piirit "vihreään" elektroniikkaan
Vatsassa on "vakooja", ja se on patch anturitoiminnoilla
Kestävän tuotepolitiikan aloite: uudet materiaalit ja EU-politiikat