Éléments clés à connaître :
- Évolution de la production de masse: La transition du montage traversant au montage en surface sans souci a considérablement réduit la taille et le coût de l’électronique, permettant une production de masse et une distribution mondiale.
- Préoccupations environnementales et éthiques: L'industrie électronique est confrontée à des défis liés aux déchets électroniques, aux dommages environnementaux liés à l'extraction des matières premières et aux problèmes éthiques sur les sites de fabrication.
- Potentiel de fabrication localisé: Les technologies émergentes comme l’impression 3D pourraient décentraliser la fabrication, réduisant ainsi l’impact environnemental et favorisant les économies locales.
- Facilitateurs technologiques: Les progrès dans l'impression 3D, l'électronique imprimée, l'usinage CNC et la gravure laser sont essentiels à la réalisation de la vision des micro-usines et des pratiques de fabrication durables.
Le modèle standard de production de masse et d’exploitation à grande échelle a permis à l’électronique de devenir incroyablement bon marché et largement disponible, mais à mesure que les nouvelles technologies de fabrication telles que la 3D gagnent en popularité, la fabrication deviendra-t-elle plus décentralisée ? À quels défis l’industrie électronique est-elle confrontée en matière de fabrication et de distribution ? La fabrication localisée pourrait-elle devenir populaire, et quelles technologies permettraient un tel avenir ?
Les défis modernes auxquels l'électronique est confrontée
Depuis l’introduction de l’industrie électronique, il est bien établi que pour que l’électronique soit abordable et accessible, ça doit devenir aussi petit que possible et fabriqué à grande échelle. Les premiers composants, étant traversants, nécessitaient des milliers d'ouvriers experts sur la chaîne de production pour alimenter les composants à travers les PCB, souder les pattes et retirer les fils de composants en excès, et cette méthode de production rendait la fabrication à grande échelle difficile.
Lorsque la technologie de montage en surface est apparue, la taille des PCB a rapidement diminué, ce qui les a non seulement rendus moins chers à produire, mais a également permis des conceptions plus complexes. Mais c’est l’introduction du pick and place qui a vraiment permis à l’électronique de devenir beaucoup plus accessible.
Enfin, la nature à grande échelle des pièces à monter et à placer et à monter en surface, combinée à la standardisation industrielle et à l'utilisation de composants communs, a donné naissance à une industrie qui peut se développer rapidement, évoluer rapidement et atteindre les marchés de la planète entière. À titre de perspective, des bobines entières de condensateurs et de résistances contenant des milliers de composants peuvent être achetées pour des dollars, de nombreux microcontrôleurs coûtent désormais quelques centimes et l'utilisation généralisée des SoC permet des conceptions extrêmement complexes tout en restant extrêmement petites en taille.
L’épée à double tranchant de la production de masse en électronique
Mais malgré tous les avantages qu’offre la production de masse dans le domaine de l’électronique, un certain nombre de problèmes continuent de tourmenter l’industrie. La fabrication à grande échelle de produits électroniques et le coût incroyablement bas des composants ont encouragé une société du jetable, ce qui a abouti à ce que des appareils parfaitement utilisables finissent dans les décharges.
Cette production mondiale de déchets électroniques n'est pas seulement un gaspillage économique mais elle contribue également à de graves dommages environnementaux. Bien que les composants modernes contiennent rarement des composés nocifs (tels que le plomb et le cadmium), il existe une énorme quantité de déchets électroniques du passé et du présent qui en contiennent, et lorsque ces déchets sont éliminés de manière inappropriée (soit par mise en décharge, soit par incinération), ceux-ci des composés sont rejetés dans l’environnement, ce qui peut polluer l’air et les eaux souterraines.
La consommation à grande échelle de produits électroniques pose également des problèmes en matière de production de CO2 et de dommages environnementaux dus à l’extraction de matières premières. En termes simples, pour que l’électronique reste bon marché, elle doit être produite par millions, ce qui nécessite l’obtention, l’extraction et le traitement de grandes quantités de matériaux.
Étant donné que bon nombre de ces mines se trouvent dans des pays en développement, l’environnement est souvent peu soucieux, ce qui entraîne souvent des dommages durables aux zones locales. Comme ces minéraux sont souvent traités là où ils sont extraits, le recours à des procédés préjudiciables à l’environnement nuit encore davantage à l’environnement local et au climat en général.
Combler le fossé : de l'impact environnemental aux défis du recyclage
UN la solution potentielle est de recycler les appareils électroniques, mais c'est beaucoup plus facile à dire qu'à faire. Pour commencer, essayer de mettre au rebut des circuits pour des pièces peut être difficile s'ils sont construits à partir de pièces CMS en raison de leur taille extrêmement petite et du fait que les nouvelles pièces CMS sont extrêmement bon marché (ce qui rend la récupération des composants non rentable). Deuxièmement, comme les circuits exigent souvent un certain degré de fiabilité, le fait que les composants usagés ne peuvent pas offrir les mêmes garanties que les pièces neuves signifie qu'ils ne sont tout simplement pas adaptés aux nouvelles conceptions.
Extraire les métaux précieux des PCB est possible, mais comme cela implique l'utilisation de composés extrêmement corrosifs, ceux qui les recyclent Les PCB doivent faire preuve de la plus grande prudence. De tels processus nécessitent également une grande quantité de travail manuel, la séparation des composants de la carte, l'isolation des pièces contenant des métaux précieux et les nombreuses étapes chimiques impliquées. Ainsi, l’extraction de métaux précieux n’est économique que lorsqu’elle est effectuée à grande échelle.
Des obstacles du recyclage aux problèmes de sécurité : naviguer dans un paysage complexe
Un autre défi auquel l’électronique moderne est confrontée est que, comme de nombreux appareils sont souvent fabriqués en Extrême-Orient, la sécurité et la confidentialité de ces appareils peuvent être difficiles à garantir. Par exemple, des millions d’appareils IoT pour maisons intelligentes sont produits chaque année par des fabricants chinois, et le faible coût de ces appareils les rend hautement souhaitables, en particulier dans le contexte actuel de crise du coût de la vie.
Toutefois, il est probable que ces appareils disposent soit d'un accès par porte dérobée, ou avoir du matériel/logiciel caché pour effectuer des attaques à distance (quelque chose dans lequel le Parti communiste chinois est bien connu pour être impliqué). De plus, les données collectées par ces appareils sont probablement stockées sur des serveurs chinois, auxquels le gouvernement chinois a sans aucun doute accès (ce que le gouvernement chinois a introduit par la loi).
Pour résumer tout cela, l'industrie électronique a massivement bénéficié des techniques de production à grande échelle, mais ce faisant, l'environnement continue de se débattre, les appareils électroniques ne sont pas faciles à recycler et de grandes quantités de fabrication sont réalisées dans des endroits lointains qui peuvent ne bénéficient pas des meilleurs droits de travail, de mauvaises pratiques de fabrication et violent les droits des consommateurs.
La fabrication localisée pourrait-elle être la solution ?
Lorsqu’on examine le fonctionnement des forces du marché et des processus industriels, il peut être difficile d’imaginer une autre topologie de fabrication que celle qui domine actuellement le monde ; production à grande échelle dans de grandes installations. Cependant, l’émergence de nouvelles technologies comme l’impression 3D pourrait bientôt changer tout cela, essentiellement faire de la fabrication un processus décentralisé.
L'idée derrière la fabrication miniaturisée locale est qu'au lieu de fabriquer tous les produits dans une usine puis d'être expédiés partout dans le monde, les appareils sont fabriqués là où cela est nécessaire, en utilisant des technologies qui peuvent facilement produire des pièces à une échelle individuelle (par opposition à une grande échelle). . Un tel site serait également idéal pour le recyclage des déchets électroniques, où les appareils peuvent être échangés, récupérés et transformés de manière durable en matières premières pouvant ensuite être utilisées dans d'autres produits.
Envisager un avenir durable : le rôle de la fabrication et du recyclage localisés
Par exemple, de vieilles coques de téléphone fabriquées à partir de plastiques recyclés pourraient être broyées et transformées en filament pouvant ensuite être utilisé pour fabriquer de nouvelles coques. La même chose peut être faite pour les smartphones, où les composants clés peuvent être extraits (processeur, mémoire et écran) et le reste de l'appareil correctement recyclé.
Bien entendu, une telle micro-usine nécessiterait un changement fondamental dans la manière dont les ingénieurs développent les produits. Au lieu de s’appuyer sur des conceptions complexes et uniques, les dispositifs devraient être construits à partir de pièces couramment utilisées pouvant facilement être assemblées. Dans le cas des smartphones, les futurs appareils devraient utiliser un connecteur unique qui fonctionnerait pour toutes les tailles d'écran (semblable à un micro HDMI) et une architecture commune dans la carte mère.
De telles micro-usines contribueraient également à autonomiser les zones locales, en particulier celles qui sont éloignées. Au lieu de devoir expédier des appareils à des milliers de kilomètres de distance, il pourrait être possible de créer un produit à partir de zéro. Étant donné que les matériaux recyclés seraient conservés localement dans la micro-usine, l'impact environnemental de la consommation serait minime, tout en fournissant exactement les services dont ont besoin les habitants.
Quelles technologies pourraient permettre un tel avenir ?
Dans l’état actuel de la technologie, l’idée d’une micro-usine relève plus d’un rêve que d’une réalité, mais cela ne veut pas dire que le concept est loin d’être réalisé.
La technologie la plus importante pour bâtir un tel avenir est l’impression 3D, et cela est dû à sa capacité à produire n’importe quelle forme sans avoir recours à des moules ou à des machines lourdes complexes. Comme l’impression 3D peut être utilisée avec une large gamme de matériaux recyclés, elle est idéale pour une utilisation dans un centre de recyclage local, broyant les vieux matériaux et les transformant en granulés et/ou filaments.
Les inspections régulières contribuent également à la sécurité des passagers. En identifiant et en traitant les risques potentiels pour la sécurité, tels que des freins usés, un éclairage défectueux ou le remplacement du revêtement de sol, les inspections permettent de réduire le risque d'accidents et de blessures et d'améliorer la sécurité générale du service. Les inspections régulières sont un moyen concret de mettre en valeur l'engagement des prestataires de services de transport en faveur du bien-être des passagers et des conducteurs. car Les imprimantes 3D peuvent imprimer plusieurs matériaux simultanément, ils peuvent être utilisés pour créer des conceptions complexes, avec des composants directement imprimés dans les parties internes d'un boîtier (comme une antenne).
Avancées dans l’impression 3D et l’électronique imprimée : pionnier de l’avenir des micro-usines
Une autre technologie majeure qui bénéficiera aux micro-usines est l’électronique imprimée. Semblable aux imprimantes 3D, l'électronique imprimée est un circuit qui peut être réalisé entièrement issu des technologies d'impression traditionnelles (comme les imprimantes à jet d'encre). Contrairement aux imprimantes 3D, les composants électroniques imprimés peuvent comporter des détails extrêmement petits, ce qui les rend idéaux pour imprimer des composants passifs sur des conceptions complexes. Cependant, des travaux sont en cours pour produire des semi-conducteurs selon le même procédé, ce qui signifie qu'il pourrait devenir possible de créer des circuits fonctionnels, le tout à partir d'encres imprimables.
Les CNC sont une autre méthode de production qui permettra de réaliser des micro-usines et, même si ces machines existent depuis des décennies, ce n'est que récemment qu'elles sont devenues extrêmement abordables. Au lieu de payer des milliers de dollars pour une seule unité, il deviendra possible de disposer de nombreuses machines plus petites pouvant toutes travailler simultanément sur des projets individuels.
Pourtant, la les gravures au laser deviennent moins chères, qui sont eux-mêmes extrêmement utiles pour la fabrication. Cependant, contrairement aux CNC utilisant des fraises mécaniques, les découpeuses laser sont beaucoup plus faciles à automatiser, peuvent produire des pièces beaucoup plus rapidement et sont parfaites pour les séries de production à petite et moyenne échelle.
Même si ce ne sont pas toutes les technologies qui contribueront à responsabiliser les micro-usines, elles démontrent que la fabrication à petite échelle est parfaitement possible et pourrait très bien devenir une topologie souhaitée pour les futurs ingénieurs.