Cosas clave que hay que saber:
- Evolución de la producción en masa: La transición del montaje en orificio pasante al montaje en superficie la tecnología ha reducido significativamente el tamaño y el costo de la electrónica, permitiendo la producción en masa y la distribución global.
- Preocupaciones ambientales y éticas: La industria electrónica enfrenta desafíos relacionados con los desechos electrónicos, el daño ambiental causado por la extracción de materias primas y cuestiones éticas en los lugares de fabricación.
- Potencial de fabricación localizado: Las tecnologías emergentes como la impresión 3D podrían descentralizar la fabricación, reducir el impacto ambiental y fomentar las economías locales.
- Habilitadores Tecnológicos: Los avances en la impresión 3D, la electrónica impresa, el mecanizado CNC y el grabado láser son clave para hacer realidad la visión de las microfábricas y las prácticas de fabricación sostenibles.
El modelo estándar de producción en masa y escala de operación ha permitido que la electrónica se vuelva increíblemente barata y esté ampliamente disponible, pero a medida que las nuevas tecnologías de fabricación como el 3D ganen popularidad, ¿se volverá más descentralizada la fabricación? ¿Qué desafíos enfrenta la industria electrónica con respecto a la fabricación y distribución? ¿Podría volverse popular la fabricación localizada y qué tecnologías potenciarían ese futuro?
Los desafíos modernos que enfrenta la electrónica
Desde la introducción de la industria electrónica, ha quedado bien establecido que para que la electrónica sea asequible y accesible, necesita convertirse lo más pequeño posible y fabricado a escala. Los primeros componentes, que eran de orificio pasante, requirieron miles de trabajadores expertos en la línea de producción para alimentar los componentes a través de PCB, soldar las patas y eliminar el exceso de cables de los componentes, y este método de producción dificultó la fabricación a gran escala.
Cuando apareció la tecnología de montaje en superficie, el tamaño de los PCB se redujo rápidamente, lo que no sólo hizo que su producción fuera más barata, sino que permitió diseños más complejos. Pero fue la introducción del pick and place lo que realmente permitió que la electrónica se volviera mucho más accesible.
Finalmente, la naturaleza a gran escala de las piezas pick and place y de montaje en superficie combinada con la estandarización industrial y el uso de componentes comunes ha dado como resultado una industria que puede expandirse, escalar rápidamente y llegar a mercados en todo el planeta. En perspectiva, se pueden comprar bobinas enteras de condensadores y resistencias que contienen miles de componentes por dólares, muchos microcontroladores están ahora en el rango de centavos y el uso generalizado de SoC está permitiendo que los diseños sean inmensamente complejos sin dejar de ser de tamaño extremadamente pequeño.
La espada de doble filo de la producción en masa en electrónica
Pero a pesar de todas las ventajas que ha proporcionado la producción en masa de productos electrónicos, hay una serie de problemas que siguen afectando a la industria. La naturaleza a gran escala de la fabricación de productos electrónicos y el costo obscenamente bajo de los componentes han fomentado una sociedad del descarte, lo que ha resultado en que dispositivos perfectamente utilizables terminen en los vertederos.
Esta producción global de desechos electrónicos no sólo es un desperdicio económico pero también está contribuyendo a graves daños medioambientales. A pesar de que los componentes modernos rara vez contienen compuestos nocivos (como plomo y cadmio), hay una enorme cantidad de desechos electrónicos del pasado y del presente que sí los contienen, y cuando estos desechos se eliminan de manera inadecuada (ya sea mediante entierro en vertederos o incineración), estos Se liberan compuestos al medio ambiente que pueden contaminar el aire y las fuentes de agua subterránea.
El consumo a gran escala de productos electrónicos también presenta desafíos en cuanto a la producción de CO2 y el daño ambiental debido a la extracción de materias primas. En pocas palabras, para que los productos electrónicos sigan siendo baratos, deben producirse por millones, y esto requiere obtener, extraer y procesar grandes cantidades de materiales.
Teniendo en cuenta que muchas de estas minas se encuentran en países en desarrollo, a menudo hay poco cuidado con el medio ambiente, lo que a menudo conduce a daños duraderos en las áreas locales. Como estos minerales a menudo se procesan en el lugar donde se extraen, el uso de procesos perjudiciales para el medio ambiente daña aún más tanto el medio ambiente local como el clima en general.
Cerrando la brecha: del impacto ambiental a los desafíos del reciclaje
Un La posible solución es reciclar productos electrónicos., pero es mucho más fácil decirlo que hacerlo. Para empezar, tratar de desechar circuitos para obtener piezas puede resultar difícil si están construidos a partir de piezas SMD debido a su tamaño extremadamente pequeño y al hecho de que las piezas SMD nuevas son extremadamente baratas (lo que hace que la recuperación de componentes no sea económica). En segundo lugar, como los circuitos suelen requerir cierto grado de fiabilidad, el hecho de que los componentes usados no puedan ofrecer las mismas garantías que las piezas nuevas significa que simplemente no son adecuados para nuevos diseños.
Es posible extraer metales preciosos de los PCB, pero como implica el uso de compuestos extremadamente corrosivos, los que se reciclan Los PCB deben tener la máxima precaución. Estos procesos también requieren una gran cantidad de trabajo manual, separando componentes del tablero, aislando piezas con metales preciosos y los numerosos pasos químicos involucrados. Por tanto, la extracción de metales preciosos sólo es económica cuando se hace a escala.
De los obstáculos del reciclaje a las preocupaciones de seguridad: navegando por el complejo panorama
Otro desafío que enfrenta la electrónica moderna es que, como muchos dispositivos a menudo se fabrican en el Lejano Oriente, la seguridad y la privacidad en dichos dispositivos puede ser difícil de garantizar. Por ejemplo, los fabricantes chinos producen millones de dispositivos IoT para hogares inteligentes al año, y el bajo costo de estos dispositivos los hace muy deseables, especialmente en las actuales crisis del costo de vida.
Sin embargo, es probable que estos dispositivos tienen acceso por puerta trasera, o tener hardware/software oculto para realizar ataques remotos (algo en lo que se sabe que está involucrado el Partido Comunista Chino). Además, los datos recopilados por estos dispositivos probablemente se almacenen en servidores chinos, a los que el gobierno chino sin duda tiene acceso (algo que el gobierno chino introdujo por ley).
Para resumir todo esto, la industria electrónica se ha beneficiado enormemente de las técnicas de producción a gran escala, pero al hacerlo, el medio ambiente sigue luchando, los dispositivos electrónicos no son fáciles de reciclar y grandes cantidades de fabricación se realizan en lugares lejanos que pueden no tener los mejores derechos laborales, malas prácticas de fabricación y violar los derechos del consumidor.
¿Podría ser la fabricación localizada la solución?
Al observar cómo funcionan las fuerzas del mercado y los procesos industriales, puede resultar difícil imaginar otra topología de fabricación distinta a la que actualmente domina el mundo; producción a gran escala en grandes instalaciones. Sin embargo, la aparición de nuevas tecnologías como la impresión 3D pronto puede cambiar todo esto. esencialmente hacer de la fabricación un proceso descentralizado.
La idea detrás de la fabricación miniaturizada local es que, en lugar de producir todos los productos en una fábrica y luego enviarlos a todo el mundo, los dispositivos se fabrican donde sea necesario, utilizando tecnologías que pueden producir fácilmente piezas a escala individual (en lugar de a gran escala). . Un sitio así también sería ideal para el reciclaje de desechos electrónicos, donde los dispositivos pueden intercambiarse, recuperarse y convertirse de manera sostenible en materias primas que pueden usarse en otros productos.
Visualizando un futuro sostenible: el papel de la fabricación y el reciclaje localizados
Por ejemplo, las carcasas de teléfonos antiguas fabricadas con plástico reciclado podrían triturarse y convertirse en filamentos que luego podrían usarse para fabricar carcasas nuevas. Lo mismo se puede hacer con los teléfonos inteligentes, mediante los cuales se pueden extraer los componentes clave (procesador, memoria y pantalla) y reciclar adecuadamente el resto del dispositivo.
Por supuesto, una microfábrica de este tipo requeriría un cambio fundamental en la forma en que los ingenieros desarrollan productos. En lugar de depender de diseños complejos y únicos, los dispositivos tendrían que construirse a partir de piezas de uso común que puedan ensamblarse fácilmente. En el caso de los smartphones, los dispositivos del futuro tendrían que utilizar un conector único que funcionara para todos los tamaños de pantalla (similar a un micro HDMI) y una arquitectura común en la placa base.
Estas microfábricas también ayudarían a empoderar a las zonas locales, especialmente aquellas que son remotas. En lugar de tener que enviar dispositivos desde miles de kilómetros de distancia, sería posible crear un producto desde cero. Como los materiales reciclados se mantendrían locales en la microfábrica, el impacto ambiental del consumo sería mínimo, al mismo tiempo que se proporcionarían los servicios exactos que necesitan los locales.
¿Qué tecnologías podrían potenciar ese futuro?
Con el estado actual de la tecnología, la idea de una microfábrica es más un sueño que una realidad, pero eso no quiere decir que el concepto esté lejos de hacerse realidad.
La tecnología más destacada para potenciar ese futuro es la impresión 3D, y esto se debe a su capacidad de producir cualquier forma sin necesidad de moldes ni maquinaria pesada compleja. Como la impresión 3D se puede utilizar con una amplia gama de materiales reciclados, es ideal para su uso en un centro de reciclaje local, triturando materiales viejos y convirtiéndolos en gránulos y/o filamentos.
Además, porque Las impresoras 3D pueden imprimir varios materiales simultáneamente, se pueden utilizar para crear diseños complejos, con componentes impresos directamente en las partes internas de una carcasa (como una antena).
Avances en impresión 3D y electrónica impresa: pioneros en el futuro de las microfábricas
Otra tecnología importante que beneficiará a las microfábricas es la electrónica impresa. Similar a las impresoras 3D, La electrónica impresa son circuitos que se pueden hacer. íntegramente a partir de tecnologías de impresión tradicionales (como impresoras de inyección de tinta). A diferencia de las impresoras 3D, la electrónica impresa puede tener detalles extremadamente pequeños, lo que la hace ideal para imprimir componentes pasivos en diseños complejos. Sin embargo, se está trabajando para producir semiconductores utilizando el mismo proceso, lo que significa que podría ser posible crear circuitos funcionales, todo ello a partir de tintas imprimibles.
Los CNC son otro método de producción que ayudará a realizar microfábricas y, si bien estas máquinas existen desde hace décadas, sólo recientemente se han vuelto extremadamente asequibles. En lugar de pagar miles de dólares por una sola unidad, será posible tener muchas máquinas más pequeñas que puedan trabajar en proyectos individuales simultáneamente.
Incluso Los grabados láser son cada vez más baratos., que en sí mismos son extremadamente útiles para la fabricación. Sin embargo, a diferencia de los CNC que utilizan fresas mecánicas, las cortadoras láser son mucho más fáciles de automatizar, pueden producir piezas mucho más rápido y son perfectas para tiradas de producción de pequeña y mediana escala.
Si bien estas no son todas las tecnologías que ayudarán a potenciar las microfábricas, demuestran que la fabricación a pequeña escala es perfectamente posible y bien podría convertirse en una topología deseada por los futuros ingenieros.