Elektronika drukowana to technologia umożliwiająca wytwarzanie prostych układów elektronicznych z wykorzystaniem procesów znanych z poligrafii, takich jak sitodruk, fleksografia czy inkjet. Dzięki możliwości produkcji wielkoseryjnej, a co za tym idzie niskiemu kosztowi jednostkowemu, oraz integracji elektroniki bezpośrednio z – często elastycznym – podłożem, znajduje ona zastosowanie w produktach codziennego użytku. W artykule przedstawiono podstawowe założenia elektroniki drukowanej, jej uwarunkowania rynkowe i miejsce w koncepcji Przemysłu 4.0, a także znaczenie rozwoju kompozytów przewodzących. Szczególną uwagę poświęcono branży opakowań, gdzie kluczowe są krótki cykl życia produktu i „wystarczająca” funkcjonalność układów elektronicznych. Tekst uzupełniono przykładami zastosowań z obszaru inteligentnych etykiet, medycyny oraz monitoringu środowiska. Artykuł stanowi wprowadzenie do kolejnych publikacji poświęconych materiałom oraz zagadnieniom montażu i integracji elektroniki drukowanej. 

Czym jest elektronika drukowana 

Żyjemy w świecie, w którym coraz więcej przedmiotów codziennego użytku zyskuje funkcje „inteligentne”. Od odzieży i opakowań, przez sprzęt sportowy i medyczny, po elementy infrastruktury – wszystko to staje się źródłem danych. U podstaw tej zmiany leżą nowe technologie związane z rozwojem czujników oraz komunikacją bezprzewodową. Zmianę tę opisuje się jako Przemysł 4.0 lub Internet Rzeczy (ang. Internet of Things lub IoT). Rozwój czujników, które pełnią rolę naszych „oczu i uszu”, rejestrując zarówno parametry dostępne, jak i niedostępne dla ludzkich zmysłów, jest na ogromną skalę. Chcemy monitorować coraz więcej i coraz taniej, a same czujniki i komponenty elektroniczne muszą być dostępne powszechnie. 

W tym miejscu pojawia się elektronika drukowana (ang. Printed Electronics). Technologia, która zamiast klasycznych, sztywnych płytek PCB i skomplikowanych procesów montażowych wykorzystuje metody znane z poligrafii: druk sitowy, fleksograficzny, atramentowy czy rotograwiurowy. Dzięki temu możliwa staje się szybka i relatywnie tania produkcja wielkoseryjna, także na elastycznych podłożach – papierze, tekstyliach czy foliach, również biodegradowalnych. Co istotne, elektronika drukowana osiąga największy potencjał właśnie wtedy, gdy mowa o produkcji wielkoskalowej. A skalowanie jest naturalnym środowiskiem dla firm drukarskich, które coraz częściej – również wobec spadku zapotrzebowania na druk gazet i książek – zmuszone są poszukiwać nowych ścieżek rozwoju. Rosnące zainteresowanie tą technologią znajduje odzwierciedlenie w danych rynkowych. Według Allied Market Research, wartość globalnego rynku elektroniki drukowanej w 2022 r. wyniosła 9,4 mld dolarów, a według prognoz do 2032 r. osiągnie poziom 55,7 mld dolarów, rosnąc w tempie 20,1% w latach 2023–2032 [1].  

Za rozwojem elektroniki drukowanej stoi nie tylko popyt, ale również postęp materiałowy. Kluczową rolę odgrywają nanomateriały, szczególnie metaliczne i węglowe, które umożliwiły uzyskanie przewodzących, elastycznych struktur drukowanych w niskich temperaturach. Dzięki nim elektronika przestała być zarezerwowana wyłącznie dla sztywnych, kruchych podłoży. Istotne są również nowe polimery czy ich kompozycje – zarówno te opracowane i zoptymalizowane pod kątem parametrów mechanicznych, jak i te mające obniżony negatywny wpływ na środowisko.  

Zakres zastosowań elektroniki drukowanej jest szeroki: od prostych czujników i elementów grzejnych, przez anteny RFID i NFC, po układy monitorujące wykorzystywane w sporcie, telemedycynie czy logistyce. Coraz częściej pojawiają się również rozwiązania jednorazowe lub do użytku krótkotrwałego, drukowane na papierze lub biodegradowalnych foliach, które z definicji nie wymagają wieloletniej trwałości, lecz niskiego kosztu, funkcjonalności i zgodności z zasadami gospodarki obiegu zamkniętego. 

Z punktu widzenia współczesnej, „sztywnej” elektroniki wyzwaniem pozostaje jednak nie tylko funkcjonalność, ale także efektywność energetyczna i wpływ na środowisko. Klasyczna elektronika zmaga się z problemami odprowadzania ciepła, zasilania oraz rosnącej złożoności systemów. Elektronika drukowana nie konkuruje z nią w tych obszarach – zamiast tego oferuje inne podejście: niskomocowe układy funkcjonalne, uproszczone i elastyczne, a nawet rozciągliwe konstrukcje i możliwość integracji elektroniki bezpośrednio z produktem. To właśnie ta cecha sprawia, że technologia ta jest szczególnie interesująca dla sektorów takich jak branża opakowaniowa. 

Dodatkowym aspektem są regulacje i presja związana z ochroną środowiska. Dyrektywa RoHS, eliminacja ołowiu z elektroniki, ograniczanie metali ciężkich oraz dążenie do redukcji ilości odpadów sprawiają, że nawet proste układy elektroniczne muszą być projektowane z myślą o ich końcu życia. W praktyce oznacza to konieczność stosowania materiałów biodegradowalnych lub łatwych do recyklingu, niskoenergetycznych procesów produkcyjnych oraz konstrukcji umożliwiających demontaż. W pracach badawczych coraz częściej wykorzystuje się biodegradowalne podłoża, nietoksyczne pasty przewodzące i kleje oparte na materiałach pochodzenia biologicznego [2-4]. Największym wyzwaniem pozostaje jednak pogodzenie tych rozwiązań z wymaganiami technicznymi: odpowiednią przewodnością, trwałością oraz możliwością skalowania procesów. Należy pamiętać, że żadne rozwiązanie – nawet najbardziej ekologiczne – nie znajdzie zastosowania przemysłowego, jeśli będzie droższe lub wyraźnie gorsze od obecnie stosowanych technologii. 

Dlatego rozwój elektroniki drukowanej wymaga dziś pogodzenia wydajności, zrównoważonego rozwoju i wpływu na środowisko. Obejmuje to zarówno projektowanie układów o ograniczonym zużyciu materiałów, jak i poszukiwanie hybrydowych rozwiązań, łączących na przykład metaliczne fazy funkcjonalne z biodegradowalnymi osnowami polimerowymi. To właśnie w tym obszarze – materiałów i procesów – rozstrzyga się, czy elektronika drukowana stanie się realnym elementem masowej produkcji, także w sektorze opakowań.  

Elektronika drukowana a branża opakowań 

Branża opakowań rządzi się inną logiką niż klasyczna elektronika. Kluczowe znaczenie mają tu bardzo niski koszt jednostkowy, możliwość produkcji w ogromnych wolumenach oraz krótki cykl życia produktu. Opakowanie nie jest projektowane na lata – ma spełnić swoją funkcję przez dni, tygodnie lub miesiące, po czym znika z obiegu. W takim kontekście stosowanie tradycyjnych rozwiązań elektronicznych jest nie tylko kosztowne, również środowiskowo, ale często technologicznie nieuzasadnione. 

Elektronika drukowana naturalnie wpisuje się w te wymagania. Dzięki wykorzystaniu znanych z poligrafii procesów drukarskich możliwe jest wytwarzanie układów elektronicznych w wielomilionowych nakładach, na tych samych liniach produkcyjnych, które dziś służą do druku książek, opakowań i etykiet. Koszt pojedynczego układu pozostaje niski, rzędu kilku-kilkunastu groszy za sztukę, a integracja funkcji elektronicznych nie wymaga radykalnej zmiany istniejącej infrastruktury produkcyjnej. 

Istotne jest również to, że w opakowaniach nie oczekuje się elektroniki wysokiej mocy ani wydajności. Wystarczające są proste funkcje: identyfikacja, sygnalizacja, rejestracja zdarzeń czy reakcja na zmiany otoczenia. I właśnie taką, „wystarczająco dobrą” funkcjonalność może zaoferować elektronika drukowana. Funkcjonalność dopasowaną do cyklu życia opakowania, a nie do wymogów znanych z elektroniki konsumenckiej. Dzięki temu możliwe staje się projektowanie inteligentnych opakowań, które dostarczają realnej wartości użytkowej bez nadmiernego wzrostu kosztów i złożoności. W praktyce oznacza to, że kluczowym czynnikiem decydującym o powodzeniu elektroniki drukowanej w opakowaniach jest dobór odpowiednich materiałów przewodzących, podłoży i procesów, które pozwalają pogodzić niski koszt, masową produkcję i wymagania środowiskowe.  

Przykładowe zastosowania elektroniki drukowanej 

Jednym z najbardziej naturalnych obszarów zastosowania elektroniki drukowanej są inteligentne etykiety i znaczniki funkcjonalne integrowane bezpośrednio z opakowaniem. W przeciwieństwie do klasycznej elektroniki, drukowane anteny RFID lub NFC, ścieżki przewodzące oraz proste elementy sensoryczne mogą być nanoszone bezpośrednio na papier, karton lub folie opakowaniowe w procesach kompatybilnych z przemysłowym drukiem. Takie rozwiązania umożliwiać mogą identyfikację produktu, wykrywanie naruszenia opakowania czy śledzenie łańcucha dostaw poprzez prostą komunikację z użytkownikiem za pomocą smartfona. Coraz częściej rozwijane są również etykiety z czujnikami reagującymi na zmiany środowiskowe – temperaturę, wilgotność lub skład atmosfery wewnątrz opakowania – co pozwala na ocenę stanu produktu bez jego otwierania. [5,6] 

Jednym z polskich przykładów zastosowania elektroniki drukowanej, nagrodzonym m. in. w prestiżowym międzynarodowym konkursie James Dyson Award 2022, jest projekt SmartHEAL – efekt prac doktorantów prof. Małgorzaty Jakubowskiej: Tomasza Raczyńskiego, Dominika Baranieckiego oraz Piotra Waltera, członków Działu Elektroniki Drukowanej, Tekstroniki i Montażu z Politechniki Warszawskiej. Opracowali oni opatrunek umożliwiający ocenę stanu rany bez konieczności jego zdejmowania. W strukturze opatrunku zintegrowano drukowane elektrody elektrochemiczne oraz antenę RFID. Analiza parametrów chemicznych wysięku z rany pozwala na pośrednią ocenę procesu gojenia, a dane mogą być odczytywane bezprzewodowo przez personel medyczny lub pacjenta. Kluczowe znaczenie ma tu możliwość produkcji cienkich, elastycznych i jednorazowych elementów pomiarowych w niskiej cenie jednostkowej – cecha charakterystyczna dla elektroniki drukowanej. [7] 

Drugim przykładem jest rozwijany w Polsce przez konsorcjum pod kierownictwem prof. Małgorzaty Jakubowskiej z Politechniki Warszawskiej system WaterSense [8], wyróżniony nagrodą James Dyson Award 2025, przeznaczony do ciągłego monitorowania jakości wód śródlądowych. W projekcie zastosowano jednorazowe, drukowane czujniki elektrochemiczne, które są wymieniane co 24 godziny, co pozwala uniknąć problemu degradacji sensorów przez narastający biofilm. Każda autonomiczna boja pomiarowa zawiera zestaw kilkuset takich czujników, dzięki czemu konserwacja urządzenia wymagana jest dopiero po kilku miesiącach pracy. Dane pomiarowe są przesyłane w sposób ciągły do systemu analitycznego, gdzie podlegają wizualizacji oraz analizie predykcyjnej, umożliwiającej prognozowanie zmian jakości wody z wyprzedzeniem czasowym. Niski koszt jednostkowy i możliwość masowej produkcji drukowanych sensorów sprawiają, że model „zużyj i wymień” staje się technicznie i ekonomicznie uzasadniony. Dane z prototypowych boi można śledzić na żywo na stronie www.watermap.pl.  

Warto zauważyć, że oba polskie rozwiązania – mimo że dotyczą medycyny i monitoringu środowiska – opierają się na tej samej logice, która jest charakterystyczna dla branży opakowań: akceptacji ograniczonej trwałości, jednorazowości oraz masowej produkcji przy bardzo niskim koszcie jednostkowym. Potwierdzają, że elektronika drukowana nie próbuje w tych zastosowaniach konkurować z klasyczną elektroniką pod względem mocy czy precyzji, lecz oferuje funkcjonalność dodatkową, możliwą do integracji z produktem, który z definicji ma krótki cykl życia. To właśnie ta cecha sprawia, że technologia ta coraz częściej postrzegana jest jako realna opcja także dla inteligentnych opakowań, etykiet i rozwiązań jednorazowych. 

Podsumowanie 

Elektronika drukowana stanowi dziś zbiór technologii zahaczających o bardzo wiele dziedzin życia, a o możliwości wdrożenia decydują przede wszystkim materiały i procesy wytwórcze. Sama koncepcja funkcjonalna nie jest wystarczająca – kluczowe znaczenie mają właściwości kompozytów przewodzących, ich kompatybilność z podłożami stosowanymi w przemyśle oraz możliwość prowadzenia produkcji w dużej skali, przy jednoczesnym spełnieniu wymagań środowiskowych oraz wymagań użytkownika. Tym zagadnieniom poświęcony będzie kolejny artykuł, koncentrujący się na drukowanych materiałach przewodzących, w tym rozwiązaniach biodegradowalnych i przeznaczonych do recyklingu. 

Niezależnie od doboru materiałów, istotnym etapem pozostaje integracja elektroniki drukowanej z gotowym produktem. Montaż komponentów, łączenie drukowanych struktur z elementami klasycznej elektroniki oraz zapewnienie powtarzalności procesów na elastycznych i nietypowych podłożach nadal stanowią jedno z głównych wyzwań technologicznych. Trzeci artykuł cyklu będzie poświęcony praktycznym aspektom montażu i integracji elektroniki drukowanej, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowań przemysłowych, w tym w branży opakowań. 

 Literatura:

1. Allied Market Research: Printed Electronics Market – Global Opportunity Analysis and Industry Forecast, Allied Market Research, Portland 2022. 
2. Zdanikowski B., Szałapak J., Kądziela A., Cigula T., Vukoje M., Lepak-Kuc S., Jakubowska M., Żołek-Tryznowska Z.: Development of environmentally friendly flexible electronics based on ethyl cellulose – silver microflakes composite; Materials & Design (2025; 260): 114981. 
3. Szałapak J., Zdanikowski B., Kądziela A., Lepak-Kuc S., Dybowska-Sarapuk Ł., Janczak D., Raczyński T., Jakubowska M.: Carbon-Based Composites with Biodegradable Matrix for Flexible Paper Electronics; „Polymers” 16/2024. 
4. Jaiswal A.K., Kumar V., Jansson E., Huttunen O.-H., Yamamoto A., Vikman M., Khakalo A., Hiltunen J., Behfar M.: Biodegradable Cellulose Nanocomposite Substrate for Recyclable Flexible Printed Electronics; „Advanced Electronic Materials” (2023; 9/4): 2201094 
5. Niciński K., Hamerliński J.: Elektronika drukowana w opakowaniach, plastech.pl, 2023. 
6. Redakcja Rynek Papierniczy: Znaczniki RFID w produkcji opakowań i etykiet – poznaj technologię, którą pokochają Twoi klienci, rynekpapierniczy.pl, 2024. 
7. Dyson J.: James Dyson Award 2022 – Global Winners, Dyson Ltd., Malmesbury 2022. 
8. wodnesprawy.pl/en/watersense-wins-the-james-dyson-award/ 

dr inż. Jerzy Szałapak – adiunkt w Zakładzie Technologii Poligraficznych na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Warszawskiej, członek Działu Elektroniki Drukowanej, Tekstroniki i Montażu w CEZAMAT PW. Specjalizuje się w elektronice drukowanej, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień montażu oraz elektroniki zrównoważonej.