Guida completa ai tag RFID
Prima parte: produzione di un tag RFID personalizzato
Con questo articolo, Trace ID intende fornire una guida completa alle etichette RFID in un articolo online conciso e illuminante. La nostra intenzione è quella di far sì che chiunque abbia bisogno di informazioni complete sui tag RFID le trovi in un unico articolo accessibile dal web. Riteniamo che sia utile per tutti e, al fine di mantenere il documento aggiornato e accurato, ci auguriamo che i lettori che desiderano fornirci un feedback sul contenuto non esitino a contattare Trace ID compilando il nostro modulo di contatto.
Tecnologia RFID
RFID è l’acronimo di Radio Frequency Identification (identificazione a radiofrequenza) ed è il nome dato a un sistema per la raccolta, la memorizzazione e l’aggiornamento dei dati tramite onde radio. Lo scopo fondamentale di un sistema RFID è la tracciabilità individuale di oggetti, persone e animali, fornendo loro un numero di serie univoco memorizzato sull’etichetta RFID con cui sono contrassegnati.
Le origini della tecnologia RFID risalgono agli anni ’20, ma è stata sviluppata per l’uso civile nell’industria e nel commercio, con una diffusione mondiale, solo un paio di decenni fa. Un’interessante storia della nascita della tecnologia RFID è riportata nel nostro articolo Come è nata la tecnologia RFID.
Cos’è un sistema RFID e a cosa serve
Il sistema RFID è la combinazione di diversi elementi interagenti che memorizzano, riproducono e aggiornano le informazioni. Questi elementi sono:
- Un’etichetta RFID.
- Un lettore RFID.
- Un dispositivo per la memorizzazione e la gestione dei dati.
Mentre questi elementi rientrano nella categoria dell’hardware, i sistemi RFID funzionano grazie ad applicazioni software specifiche, protocolli di comunicazione dati e standard, tutti creati per rendere possibile la gestione dei dati in modo globale. Abbiamo parlato diffusamente di questi protocolli e standard in questo precedente articolo collegato che potrebbe essere di vostro interesse.
Nozioni di base sui tag RFID
Di seguito ci concentreremo sulle etichette RFID in sé e più avanti sottolineeremo le differenze con le etichette RFID finali.
Cos’è un’etichetta RFID
Un’etichetta RFID è un elemento composto da:
- Un’antenna.
- Un trasduttore radio.
- Un chip collegato all’antenna da una resina che lo incapsula.
- Un substrato di supporto per tutti questi elementi.
- Infine, una sostanza adesiva per poter attaccare l’etichetta ovunque sia necessario.
Un tag RFID finale può avere altri componenti che variano a seconda delle esigenze specifiche del cliente che lo utilizza, da una copertura in schiuma, o protezione incapsulante, all’essere inserito tra carta o tessuto di ogni tipo, ad avere varie forme e dimensioni, oltre ad essere stampato.
Frequenze delle etichette RFID
La frequenza RFID si riferisce alla dimensione delle onde radio utilizzate per comunicare tra i componenti del sistema RFID. Più un’onda è grande, minore è il numero di ripetizioni che un’onda completa può fare in un secondo. 1Hz equivale a un’onda in un secondo, 1KHz equivale a mille onde al secondo e 1MHz equivale a un milione di onde al secondo.
Il tipo di frequenza determina alcuni comportamenti dell’intero sistema RFID, ad esempio, più bassa è la frequenza, più lenta è la velocità di lettura dei dati, ma ha maggiori capacità di lettura in prossimità di metalli o liquidi. D’altra parte, più alta è la frequenza, maggiore è la velocità di lettura dei dati e più ampi sono i campi di lettura, ma purtroppo è più sensibile alle interferenze causate dai metalli o dai liquidi presenti nell’ambiente.
La bassa frequenza (LF RFID) va da 125 KHz a 134 KHz e offre un raggio di lettura di 10 cm.
L’alta frequenza (HF RFID) opera generalmente a 13,56 MHz e ha un raggio di lettura compreso tra 10 cm e 1 metro.
Infine, l’RFID ad altissima frequenza (UHF) opera a 433 MHz e ha un intervallo di lettura compreso tra 860 MHz e 960 MHz.
Il raggio di lettura dei sistemi UHF può raggiungere i 12 metri e ha una velocità di trasferimento dei dati superiore a quella dei sistemi LF o HF, ma è il più sensibile alle interferenze e non può leggere attraverso il metallo o l’acqua.
Formati delle etichette RFID personalizzate
Come già detto, i formati delle etichette RFID finali possono variare notevolmente perché dipendono dalle esigenze specifiche di ciascuna implementazione RFID. Tuttavia, possiamo elencare i formati più comuni nel settore RFID.
- Sandwich: l’inlay RFID èinserito tra due laminati. Questi laminati contengono l’inlay e di solito sono stampati con informazioni leggibili dall’uomo.
- Incapsulamento: l’incapsulamento è spesso utilizzato per proteggere l’inlay dai liquidi.
- Schiuma: la schiuma fornisce lo spessore necessario per separare l’inlay, ad esempio, dai metalli. Questo perché la radiofrequenza è particolarmente influenzata dalla presenza di metalli.
Anche le dimensioni possono variare notevolmente, da etichette molto piccole di non più di 10 mm a etichette grandi di decine di centimetri. Lo stesso vale per le sagome delle etichette, che possono essere molto diverse a seconda del progetto del cliente.
Materiali che compongono un’etichetta RFID
I materiali sono diversi e vanno dalla carta e dai tessuti alla plastica. D’altra parte, i metalli dovrebbero essere evitati perché potrebbero influenzare negativamente il funzionamento della radiofrequenza. Gli unici metalli sono quelli che si trovano nella composizione dell’antenna e del chip.
Come sono fatti i tag RFID
Produzione di tag RFID personalizzati
Quando l’ordine del cliente riguarda tag RFID personalizzati e non wet o white wet, dobbiamo comunque produrre prima wet. È sempre necessario produrre prima il wet e poi i tag personalizzati. Anche i materiali del frontale sono molto vari.
Fasi di produzione
Sulla stessa macchina di trasformazione dove abbiamo realizzato gli intarsi a umido, eseguiamo un secondo processo per aggiungere lo strato frontale richiesto dal cliente e per tagliare la forma personalizzata dell’etichetta secondo il disegno del cliente.
Infine, abbiamo le singole etichette attaccate a una bobina di carta siliconata. Nelle foto si possono vedere esempi di intarsio a secco, bagnato, bagnato bianco ed etichette.
Le antenne RFID
Per produrre le etichette RFID, occorre innanzitutto progettare un’antenna in base allo scopo o all’esigenza che si vuole coprire. Il progetto dell’antenna può essere creato con diversi software. In Trace ID, il nostro sviluppatore progetta le antenne RFID con Genesys, un software specializzato all’avanguardia molto completo. Una volta che l’antenna è stata progettata e sono stati eseguiti i relativi test di prestazione, può essere prodotta.
Le antenne commercializzate da Trace ID sono in alluminio, ma altre possono essere realizzate in rame, inchiostro metallico o addirittura in fibra di carbonio composita.
Le antenne in alluminio sono prodotte in bobine di alluminio dello spessore di pochissimi micron, che si trovano su bobine di PET. Applicando un serbatoio che delimita la forma finale dell’antenna sull’alluminio, l’alluminio in eccesso viene rimosso dalla bobina, che rimane fuori dal serbatoio, lasciando solo le antenne di alluminio sul PET. Una volta che i rotoli di antenna sono pronti, possono passare alla fase successiva per la produzione dei tag RFID.
Chip RFID
I chip RFID memorizzano le informazioni emesse tramite onde radio dall’antenna e dal lettore RFID. Il chip viene stimolato quando riceve una richiesta di frequenza radio inviata da un lettore e a sua volta emette via radio le informazioni che contiene.
Questa stimolazione può essere attiva o passiva: un tag RFID è passivo quando non ha una batteria incorporata che produce l’energia necessaria per emettere le informazioni via radio. In altre parole, il circuito si attiva per induzione e l’antenna occupa la maggior parte del tag, in quanto ha la doppia funzione di catturare l’energia che fa funzionare il sistema e di emettere il segnale radio con le informazioni memorizzate sul chip.
Noi di Trace ID dotiamo i nostri tag RFID di chip dei due principali fornitori di chip RFID, IMPINJ e NXP.
Le macchine per l’incollaggio
Il passo successivo è l’inserimento dei chip nelle antenne. Questa operazione viene eseguita in macchine per l’incollaggio. Esistono molte macchine sul mercato per la produzione di tecnologia RFID; noi di Trace ID ci avvaliamo dei principali fornitori del settore. Le macchine per l’incollaggio e le macchine per la conversione (di cui parleremo più avanti), con cui produciamo presso Trace ID, sono state progettate e prodotte da Mühlbauer.
Nella macchina di incollaggio, la bobina dell’antenna viene inserita nella macchina di incollaggio e il chip viene incollato in un punto preciso con resina epossidica. La bobina risultante ha le antenne del chip che sono chiamate “dry inlay”.
L’intarsio a secco
Il dry inlay è l’antenna dotata di chip sulla bobina in PET. Non ha quindi la forma di un tag e l’adesivo, quindi non è ancora un tag RFID.
Macchine per la conversione
La macchina di trasformazione è la macchina in cui la bobina di intarsi secchi viene trasformata in una bobina di intarsi bagnati, il che significa che la bobina non conterrà più solo gli intarsi ma anche gli intarsi fustellati con sostanza adesiva.
Realizzazione di intarsi bagnati
In questa macchina, gli intarsi secchi nello strato di PET sono coperti da uno strato di sostanza adesiva su uno strato di carta siliconata. Successivamente, vengono fustellati in base alle dimensioni dell’etichetta richiesta. Durante la fustellatura, vengono tagliati tutti gli strati tranne quello di carta siliconata. Infine, gli avanzi di tutti gli strati vengono scartati in modo che sulla carta siliconata rimangano solo gli intarsi umidi. Gli intarsi bagnati possono quindi essere staccati dalla carta siliconata e incollati su qualsiasi superficie come etichette.
Produzione di intarsi bianchi bagnati
Il processo di produzione degli intarsi bagnati bianchi è lo stesso degli intarsi bagnati, ma viene aggiunto uno strato di carta come lato anteriore dell’etichetta.
Codifica, stampa e collaudo di etichette RFID
Codifica e stampa
Dopo la produzione, i tag RFID passano alla linea di codifica e, in alcuni casi, anche alla linea di stampa. In Trace ID, codifichiamo i tag con macchine SATO, che possono anche stampare elementi semplici o codici a barre.
Prova di stampa
I tag RFID sono sottoposti a vari controlli di qualità per quanto riguarda le prestazioni, la corretta codifica, ecc. In Trace ID, eseguiamo il controllo di qualità mediante soluzioni di misurazione e test Voyantic.
Ci auguriamo che tutte queste informazioni siano utili a tutti coloro che sono interessati alla tecnologia RFID. Se volete continuare ad approfondire l’argomento, vi consigliamo di dare un’occhiata al resto degli articoli della rivista, e in particolare alla parte successiva di questo argomento: Parte II: Applicazioni dei tag RFID.
