Das klingende Fotobuch der TU Chemnitz
Ein Buch, dessen Seiten dünn wie Papier sind, in denen aber gleichzeitig Lautsprecher integriert sind? In der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Arved Hübler des Instituts für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz wurde diese faszinierende Technologie entwickelt. Hierbei werden Lautsprecher mit klassischen Druckverfahren direkt auf flexible Substrate wie Folien und Papier gedruckt, sodass ein hochinnovatives Lautsprecherpapier (Tone Paper, kurz: „T-Paper“) entsteht. Die Lautsprecher sind dabei aus zwei Schichten eines leitfähigen organischen Polymers, welche als Elektroden fungieren, sowie einer dazwischen befindlichen piezoelektrischen Schicht als aktives Element aufgebaut. Wird nun eine elektrische Spannung an die Elektroden gelegt, wird diese in der gedruckten piezoelektrischen Schicht in mechanische Schwingungen umgewandelt, sodass das Papier oder die Folie schwingt. Durch diese Luftverdrängung wird der Sound erzeugt, welcher laut und deutlich zu hören ist. Die Seiten des Lautsprecherpapiers können anschließend farbig bedruckt und zu einem Buch gebunden werden, welches die Forscher als „T-Book“ bezeichnen. Datenspeicher, Elektronik und Energieversorgung befinden sich unsichtbar versteckt im bereits recht dünnen Bucheinband, der einem Hardcover ähnlich ist.
Mittlerweile unterscheidet sich das „T-Book“ nicht mehr von einem normalen Buch. „Dazu musste die Buchbindung und die Kontaktierung der Seiten mit der Elektronik völlig neu konzipiert werden, um am Ende ein traditionelles Buch aus Papier – jedoch mit sprechenden Seiten – zu erhalten“, berichtet Dr. Georg Schmidt, Projektleiter der Chemnitzer Gruppe. Für das Lautsprecherpapier sind vielfältige Anwendungsmöglichkeiten denkbar, wie beispielsweise Fotobücher, interaktive Bücher und Verpackungen, gerichtete Soundanwendungen oder es könnte auch als Kommunikationsmittel für sehbehinderte Menschen eingesetzt werden.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt „Rollengedrucktes Lautsprecherpapier – Tone Paper („T-Paper“)“ im Rahmen der Fördermaßnahme "Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung - VIP+" in den kommenden drei Jahren mit rund 1,4 Millionen Euro. Derzeit erfolgt die Herstellung des gedruckten Lautsprecherpapiers in einer halbautomatischen Einzelbogenfertigung, sodass das Verfahren eine geringe Effizienz aufweist und so mit hohen Kosten verbunden ist. Im Vorhaben soll nun ein kontinuierliches Herstellungsverfahren in Form einer Rollenfertigung realisiert werden, sodass eine Produktivitätssteigerung und eine Verminderung des Ausschusses resultiert. Dadurch könnten die Herstellkosten der „T-Books“ derart minimiert werden, sodass diese auch für den Massenmarkt interessant werden. Der Übergang von der Einzelbogenherstellung zum Rollendruck stellt eine große Herausforderung dar, die vor allem in der Abstimmung der einzelnen Druck- und Trocknungsprozesse zu sehen ist. So werden insgesamt sechs leitfähige oder elektrisch isolierende Schichten nacheinander auf die Substrate gedruckt. Die Schichten weisen hierbei unterschiedliche Bearbeitungs- und Trocknungszeiten auf, sodass der Bahnlauf der Substratrolle exakt angepasst werden muss, um die Reproduzierbarkeit des Verfahrens gewährleisten zu können.
Um das Vorhabenziel zu erreichen wird das Projektteam zunächst die Anlagentechnik für die Rollenfertigung des Lautsprecherpapiers aufbauen. Anschließend werden Druckversuche, Versuche zum Heißlaminieren und Untersuchungen zum automatischen Polarisieren der Lautsprecher durchgeführt. Der Herstellungsprozess wird dann unter Validierung der Parameter von gedrucktem Lautsprecherpapier überprüft. Letztendlich werden für eine industrienahe Validierung auch mehrere Demonstratoren für unterschiedliche Anwendungsszenarien hergestellt und bezüglich ihrer Funktionalität charakterisiert.