الأشياء الرئيسية للكو:
- تطور الإنتاج الضخم: الانتقال من الفتحة إلى التركيب السطحي التكنلوجيا وقد خفضت بشكل كبير حجم وتكلفة الإلكترونيات، مما أتاح الإنتاج الضخم والتوزيع العالمي.
- المخاوف البيئية والأخلاقية: تواجه صناعة الإلكترونيات تحديات تتعلق بالمخلفات الإلكترونية، والأضرار البيئية الناجمة عن استخراج المواد الخام، والقضايا الأخلاقية في مواقع التصنيع.
- إمكانات التصنيع المحلية: يمكن للتقنيات الناشئة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد أن تؤدي إلى تحقيق اللامركزية في التصنيع، مما يقلل التأثير البيئي ويعزز الاقتصادات المحلية.
- عوامل التمكين التكنولوجية: يعد التقدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد والإلكترونيات المطبوعة والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي والنقش بالليزر أمرًا أساسيًا لتحقيق رؤية المصانع الصغيرة وممارسات التصنيع المستدامة.
لقد سمح النموذج القياسي للإنتاج الضخم وحجم التشغيل للإلكترونيات بأن تصبح رخيصة بشكل لا يصدق ومتاحة على نطاق واسع، ولكن مع اكتساب تقنيات التصنيع الجديدة مثل التكنولوجيا ثلاثية الأبعاد شعبية كبيرة، فهل يصبح التصنيع أكثر لا مركزية؟ ما هي التحديات التي تواجه صناعة الإلكترونيات فيما يتعلق بالتصنيع والتوزيع؟ فهل يمكن للتصنيع المحلي أن يصبح شائعا، وما هي التكنولوجيات التي من شأنها تمكين مثل هذا المستقبل؟
التحديات الحديثة التي تواجهها الإلكترونيات
منذ ظهور صناعة الإلكترونيات، أصبح من الثابت أنه لكي تكون الإلكترونيات ميسورة التكلفة ويمكن الوصول إليها، يجب أن تصبح صغيرة قدر الإمكان ويتم تصنيعها على نطاق واسع. كانت المكونات الأولى، من خلال الفتحة، تتطلب الآلاف من عمال خط الإنتاج الخبراء لتغذية المكونات من خلال مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ولحام الأرجل، وإزالة أسلاك المكونات الزائدة، وقد جعلت طريقة الإنتاج هذه التصنيع على نطاق واسع أمرًا صعبًا.
عندما ظهرت تقنية التركيب السطحي، تقلص حجم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بسرعة، الأمر الذي لم يجعلها أرخص في الإنتاج فحسب، بل سمح أيضًا بتصميمات أكثر تعقيدًا. ولكن كان إدخال مبدأ الاختيار والمكان هو الذي سمح حقًا بأن يصبح الوصول إلى الإلكترونيات أكثر سهولة.
أخيرًا، أدت الطبيعة الواسعة النطاق لأجزاء الانتقاء والمكان والتركيب السطحي جنبًا إلى جنب مع التوحيد القياسي الصناعي واستخدام المكونات المشتركة إلى صناعة يمكنها التوسع بسرعة والتوسع والوصول بسرعة إلى الأسواق في جميع أنحاء الكوكب بأكمله. من أجل المنظور، يمكن شراء بكرات كاملة من المكثفات والمقاومات التي تحتوي على آلاف المكونات مقابل الدولارات، والعديد من وحدات التحكم الدقيقة الآن في نطاق المائة، كما أن الاستخدام الواسع النطاق لـ SoCs يسمح للتصميمات بأن تكون معقدة للغاية مع بقائها صغيرة الحجم للغاية.
سيف ذو حدين للإنتاج الضخم في مجال الإلكترونيات
ولكن على الرغم من كل المزايا التي قدمها الإنتاج الضخم للإلكترونيات، هناك عدد من المشكلات التي لا تزال تعاني منها هذه الصناعة. لقد شجعت الطبيعة الواسعة النطاق لتصنيع الإلكترونيات والتكلفة المنخفضة للغاية للمكونات على مجتمع مهمل، مما أدى إلى ظهور أجهزة قابلة للاستخدام تمامًا في مدافن النفايات.
هذا الإنتاج العالمي من النفايات الإلكترونية ليس مجرد إسراف اقتصادي ولكنها تساهم أيضًا في إحداث أضرار بيئية خطيرة. على الرغم من أن المكونات الحديثة نادرًا ما تحتوي على مركبات ضارة (مثل الرصاص والكادميوم)، إلا أن هناك كمية هائلة من النفايات الإلكترونية من الماضي والحاضر تفعل ذلك، وعندما يتم التخلص من هذه النفايات بشكل غير صحيح (إما عن طريق الدفن أو الحرق)، فإن هذه يتم إطلاق المركبات في البيئة، والتي يمكن أن تلوث الهواء ومصادر المياه الجوفية.
ويطرح استهلاك الإلكترونيات على نطاق واسع أيضًا تحديات فيما يتعلق بإنتاج ثاني أكسيد الكربون والأضرار البيئية من خلال تعدين المواد الخام. ببساطة، لكي تظل الإلكترونيات رخيصة الثمن، لا بد من إنتاجها بالملايين، وهذا يتطلب الحصول على كميات كبيرة من المواد واستخراجها ومعالجتها.
وبالنظر إلى أن العديد من هذه المناجم موجودة في الدول النامية، فغالبًا ما يكون هناك القليل من الاهتمام بالبيئة، مما يؤدي غالبًا إلى أضرار طويلة الأمد للمناطق المحلية. وبما أن هذه المعادن ستتم معالجتها في كثير من الأحيان حيث يتم استخراجها، فإن استخدام العمليات الضارة بالبيئة يؤدي إلى مزيد من الضرر لكل من البيئة المحلية والمناخ بشكل عام.
سد الفجوة: من التأثير البيئي إلى تحديات إعادة التدوير
واحد الحل المحتمل هو إعادة تدوير الإلكترونيات، ولكن قول هذا أسهل بكثير من فعله. للبدء، قد تكون محاولة التخلص من الدوائر للأجزاء أمرًا صعبًا إذا تم بناؤها من أجزاء SMD نظرًا لصغر حجمها للغاية وحقيقة أن أجزاء SMD الجديدة رخيصة للغاية (مما يجعل إنقاذ المكونات غير اقتصادي). ثانيًا، نظرًا لأن الدوائر غالبًا ما تتطلب درجة من الموثوقية، فإن حقيقة أن المكونات المستخدمة لا يمكنها توفير نفس الضمانات التي يمكن أن توفرها الأجزاء الجديدة تعني أنها ببساطة غير مناسبة للتصميمات الجديدة.
من الممكن استخراج المعادن الثمينة من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ولكن بما أن ذلك ينطوي على استخدام مركبات شديدة التآكل، يتم إعادة تدويرها تحتاج مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى توخي أقصى درجات الحذر. تتطلب مثل هذه العمليات أيضًا قدرًا كبيرًا من العمل اليدوي، وفصل المكونات عن اللوحة، وعزل الأجزاء بالمعادن الثمينة، والخطوات الكيميائية العديدة المتضمنة. وبالتالي، فإن استخراج المعادن الثمينة يكون اقتصاديًا فقط عندما يتم على نطاق واسع.
من عقبات إعادة التدوير إلى المخاوف الأمنية: التنقل في المشهد المعقد
التحدي الآخر الذي تواجهه الأجهزة الإلكترونية الحديثة هو أنه نظرًا لأن العديد من الأجهزة غالبًا ما يتم تصنيعها في الشرق الأقصى، فقد يكون من الصعب ضمان الأمان والخصوصية في مثل هذه الأجهزة. على سبيل المثال، يتم إنتاج الملايين من أجهزة إنترنت الأشياء المنزلية الذكية من قبل الشركات المصنعة الصينية سنويًا، والطبيعة المنخفضة التكلفة لهذه الأجهزة تجعلها مرغوبة للغاية، خاصة في أزمات تكلفة المعيشة الحالية.
ومع ذلك، من المحتمل أن تحمل هذه الأجهزة إمكانية الوصول من الباب الخلفي، أو لديك أجهزة/برامج مخفية لتنفيذ هجمات عن بعد (وهو أمر من المعروف أن الحزب الشيوعي الصيني متورط فيه). علاوة على ذلك، من المحتمل أن يتم تخزين البيانات التي تم جمعها بواسطة هذه الأجهزة على خوادم صينية، والتي لا شك أن الحكومة الصينية لديها إمكانية الوصول إليها (وهو أمر قدمته الحكومة الصينية بموجب القانون).
لتلخيص كل هذا، استفادت صناعة الإلكترونيات بشكل كبير من تقنيات الإنتاج واسعة النطاق، ولكن من خلال القيام بذلك، لا تزال البيئة تعاني، وليس من السهل إعادة تدوير الأجهزة الإلكترونية، ويتم إجراء كميات كبيرة من التصنيع في أماكن بعيدة قد لا تتمتع بأفضل حقوق العمل، وممارسات التصنيع السيئة، وانتهاك حقوق المستهلك.
فهل يكون التصنيع المحلي هو الحل؟
عند النظر إلى كيفية عمل قوى السوق والعمليات الصناعية، قد يكون من الصعب تخيل أي طوبولوجيا تصنيع أخرى غير تلك التي تهيمن على العالم حاليًا؛ الإنتاج على نطاق واسع في المرافق الكبيرة. ومع ذلك، فإن ظهور تقنيات جديدة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد قد يغير كل هذا قريبًا، أساسيا جعل التصنيع عملية لا مركزية.
الفكرة وراء التصنيع المصغر المحلي هي أنه بدلاً من إنتاج جميع المنتجات في المصنع ثم شحنها إلى جميع أنحاء العالم، يتم تصنيع الأجهزة عند الحاجة، باستخدام التقنيات التي يمكنها بسهولة إنتاج أجزاء على نطاق فردي (بدلاً من نطاق واسع). . وسيكون مثل هذا الموقع أيضًا مثاليًا لإعادة تدوير النفايات الإلكترونية، حيث يمكن الاتجار بالأجهزة وإنقاذها وتحويلها بشكل مستدام إلى مواد خام يمكن استخدامها في منتجات أخرى.
تصور مستقبل مستدام: دور التصنيع المحلي وإعادة التدوير
على سبيل المثال، يمكن طحن حافظات الهواتف القديمة المصنوعة من البلاستيك المعاد تدويره وتحويلها إلى خيوط يمكن استخدامها بعد ذلك لصنع حافظات جديدة. ويمكن فعل الشيء نفسه بالنسبة للهواتف الذكية، حيث يمكن استخراج المكونات الرئيسية (المعالج والذاكرة والشاشة)، وإعادة تدوير باقي الجهاز بشكل صحيح.
وبطبيعة الحال، فإن مثل هذا المصنع الصغير يتطلب تغييرا جوهريا في كيفية تطوير المهندسين للمنتجات. فبدلاً من الاعتماد على تصميمات معقدة وفريدة من نوعها، يجب تصنيع الأجهزة من أجزاء شائعة الاستخدام يمكن تركيبها معًا بسهولة. في حالة الهواتف الذكية، سيتعين على الأجهزة المستقبلية استخدام موصل فردي يعمل لجميع أحجام الشاشات (على غرار micro HDMI) وبنية مشتركة في اللوحة الأم.
ومن شأن مثل هذه المصانع الصغيرة أن تساعد أيضًا في تمكين المناطق المحلية، وخاصة تلك المناطق النائية. فبدلاً من الحاجة إلى شحن الأجهزة من مسافة آلاف الأميال، قد يكون من الممكن إنشاء منتج من الصفر. وبما أن المواد المعاد تدويرها سيتم الاحتفاظ بها محليًا في المصنع الصغير، فإن التأثير البيئي الناتج عن الاستهلاك سيكون ضئيلًا، كل ذلك مع توفير الخدمات الدقيقة التي يحتاجها السكان المحليون.
ما هي التقنيات التي يمكن أن تمكن مثل هذا المستقبل؟
مع الوضع الحالي للتكنولوجيا، أصبحت فكرة المصنع الصغير بمثابة حلم أكثر من كونها حقيقة، ولكن هذا لا يعني أن المفهوم بعيد عن التحقق.
وأبرز تكنولوجيا لتمكين مثل هذا المستقبل هي الطباعة ثلاثية الأبعاد، وذلك لقدرتها على إنتاج أي شكل دون الحاجة إلى قوالب أو آلات ثقيلة معقدة. نظرًا لأنه يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد مع مجموعة واسعة من المواد المعاد تدويرها، فهي مثالية للاستخدام في مركز إعادة التدوير المحلي، حيث يتم طحن المواد القديمة وتحويلها إلى كريات و/أو خيوط.
وعلاوة على ذلك، لان يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد طباعة مواد متعددة في وقت واحد، يمكن استخدامها لإنشاء تصميمات معقدة، مع طباعة المكونات مباشرة على الأجزاء الداخلية للعلبة (مثل الهوائي).
التقدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد والإلكترونيات المطبوعة: الريادة في مستقبل المصانع الصغيرة
التكنولوجيا الرئيسية الأخرى التي ستفيد المصانع الصغيرة هي الإلكترونيات المطبوعة. على غرار الطابعات ثلاثية الأبعاد، الإلكترونيات المطبوعة هي دوائر يمكن تصنيعها بالكامل من تقنيات الطباعة التقليدية (مثل الطابعات النافثة للحبر). على عكس الطابعات ثلاثية الأبعاد، يمكن أن تحتوي الإلكترونيات المطبوعة على تفاصيل صغيرة للغاية، مما يجعلها مثالية لطباعة المكونات السلبية على التصميمات المعقدة. ومع ذلك، يجري العمل على إنتاج أشباه الموصلات باستخدام نفس العملية، مما يعني أنه قد يصبح من الممكن إنشاء دوائر وظيفية، كلها من أحبار قابلة للطباعة.
تعد آلات CNC طريقة إنتاج أخرى من شأنها أن تساعد في إنشاء المصانع الصغيرة، وعلى الرغم من أن هذه الآلات موجودة منذ عقود، إلا أنها أصبحت في الآونة الأخيرة في متناول الجميع. فبدلاً من دفع آلاف الدولارات مقابل وحدة واحدة، سيصبح من الممكن الحصول على العديد من الآلات الأصغر التي يمكنها جميعها العمل في مشاريع فردية في وقت واحد.
حتى أصبحت النقش بالليزر أرخص، والتي هي في حد ذاتها مفيدة للغاية للتصنيع. ومع ذلك، على عكس أجهزة CNC التي تستخدم لقم الطحن الميكانيكية، فإن قواطع الليزر أسهل بكثير في التشغيل الآلي، ويمكن أن تنتج أجزاء بشكل أسرع بكثير، وهي مثالية لعمليات الإنتاج الصغيرة والمتوسطة الحجم.
في حين أن هذه ليست كل التقنيات التي ستساعد في تمكين المصانع الصغيرة، إلا أنها تثبت أن التصنيع على نطاق صغير ممكن تمامًا ويمكن أن يصبح طوبولوجيا مرغوبة لمهندسي المستقبل.