Hal Penting yang Harus Dilakukan:
- Evolusi Produksi Massal: Transisi dari lubang tembus ke pemasangan di permukaan teknologi telah secara signifikan mengurangi ukuran dan biaya elektronik, memungkinkan produksi massal dan distribusi global.
- Masalah Lingkungan dan Etika: Industri elektronik menghadapi tantangan terkait limbah elektronik, kerusakan lingkungan akibat ekstraksi bahan mentah, dan masalah etika di lokasi produksi.
- Potensi Manufaktur Lokal: Teknologi baru seperti pencetakan 3D dapat mendesentralisasikan manufaktur, mengurangi dampak lingkungan, dan mendorong perekonomian lokal.
- Pemberdaya Teknologi: Kemajuan dalam pencetakan 3D, elektronik cetak, permesinan CNC, dan pengukiran laser adalah kunci untuk mewujudkan visi pabrik mikro dan praktik manufaktur berkelanjutan.
Model standar produksi massal dan skala operasi telah memungkinkan barang elektronik menjadi sangat murah dan tersedia secara luas, namun seiring dengan semakin populernya teknologi manufaktur baru seperti 3D, akankah manufaktur menjadi lebih terdesentralisasi? Tantangan apa yang dihadapi industri elektronik terkait manufaktur dan distribusi? Bisakah manufaktur lokal menjadi populer, dan teknologi apa yang dapat memberdayakan masa depan tersebut?
Tantangan Modern yang Dihadapi Elektronik
Sejak diperkenalkannya industri elektronik, telah diketahui bahwa agar barang elektronik terjangkau dan mudah diakses, itu perlu menjadi sekecil mungkin dan diproduksi dalam skala besar. Komponen pertama, karena lubang tembus, memerlukan ribuan pekerja ahli di lini produksi untuk memasukkan komponen melalui PCB, menyolder kaki, dan membuang kabel komponen berlebih, dan metode produksi ini membuat produksi skala massal menjadi sulit.
Ketika teknologi pemasangan di permukaan muncul, ukuran PCB dengan cepat menyusut, yang tidak hanya membuatnya lebih murah untuk diproduksi, tetapi juga memungkinkan desain yang lebih kompleks. Namun pengenalan pick and placelah yang benar-benar memungkinkan perangkat elektronik menjadi jauh lebih mudah diakses.
Yang terakhir, sifat pick and place dan pemasangan di permukaan yang berskala besar dikombinasikan dengan standarisasi industri dan penggunaan komponen umum telah menghasilkan industri yang dapat berkembang dengan cepat, meningkatkan skala dengan cepat, dan menjangkau pasar di seluruh dunia. Sebagai gambaran, seluruh gulungan kapasitor dan resistor yang berisi ribuan komponen dapat dibeli dengan harga dolar, banyak mikrokontroler sekarang berada dalam kisaran sen, dan meluasnya penggunaan SoC memungkinkan desain menjadi sangat rumit namun tetap berukuran sangat kecil.
Pedang Bermata Dua untuk Produksi Massal di Bidang Elektronika
Namun terlepas dari semua keuntungan yang diberikan oleh produksi massal elektronik, ada sejumlah masalah yang terus mengganggu industri ini. Sifat manufaktur elektronik yang berskala besar dan harga komponen yang sangat rendah telah mendorong masyarakat untuk membuang barang-barang elektronik, sehingga perangkat-perangkat yang dapat digunakan dengan sempurna dibuang ke tempat pembuangan sampah.
Produksi limbah elektronik global ini tidak hanya boros secara ekonomi namun juga berkontribusi terhadap kerusakan lingkungan yang serius. Meskipun komponen modern jarang mengandung senyawa berbahaya (seperti timbal dan kadmium), terdapat sejumlah besar limbah elektronik dari masa lalu dan masa kini yang mengandung senyawa tersebut, dan jika limbah ini dibuang secara tidak benar (baik melalui penguburan atau pembakaran di TPA), limbah tersebut akan menjadi berbahaya. senyawa dilepaskan ke lingkungan, yang dapat mencemari udara dan sumber air tanah.
Konsumsi barang elektronik dalam skala besar juga menimbulkan tantangan terkait dengan produksi CO2 dan kerusakan lingkungan akibat penambangan bahan mentah. Sederhananya, agar barang elektronik tetap murah, produk tersebut harus diproduksi dalam jumlah jutaan, dan hal ini memerlukan sejumlah besar bahan untuk diperoleh, ditambang, dan diproses.
Mengingat banyak dari tambang-tambang tersebut ditemukan di negara-negara berkembang, seringkali kurangnya kepedulian terhadap lingkungan, sehingga sering menyebabkan kerusakan jangka panjang pada daerah setempat. Karena mineral-mineral ini sering kali diproses di tempat penambangannya, penggunaan proses yang merusak lingkungan akan semakin merusak lingkungan setempat dan iklim secara umum.
Menjembatani Kesenjangan: Dari Dampak Lingkungan hingga Tantangan Daur Ulang
Satu solusi potensial adalah mendaur ulang barang elektronik, tapi ini jauh lebih mudah diucapkan daripada dilakukan. Untuk memulai, mencoba membuang sirkuit untuk suku cadang bisa jadi sulit jika dibuat dari suku cadang SMD karena ukurannya yang sangat kecil dan fakta bahwa suku cadang SMD baru sangat murah (sehingga membuat penyelamatan komponen menjadi tidak ekonomis). Kedua, karena sirkuit sering kali memerlukan tingkat keandalan tertentu, fakta bahwa komponen bekas tidak dapat memberikan jaminan yang sama seperti komponen baru berarti bahwa komponen tersebut tidak cocok untuk desain baru.
Mengekstraksi logam mulia dari PCB dapat dilakukan, tetapi karena melibatkan penggunaan senyawa yang sangat korosif, maka logam tersebut dapat didaur ulang PCB harus sangat berhati-hati. Proses tersebut juga memerlukan banyak tenaga kerja manual, pemisahan komponen dari papan, isolasi bagian dengan logam mulia, dan berbagai langkah kimia yang terlibat. Oleh karena itu, ekstraksi logam mulia hanya akan ekonomis jika dilakukan dalam skala besar.
Dari Rintangan Daur Ulang hingga Masalah Keamanan: Menavigasi Lanskap Kompleks
Tantangan lain yang dihadapi oleh perangkat elektronik modern adalah karena banyaknya perangkat yang dibuat di Timur Jauh, keamanan dan privasi pada perangkat tersebut sulit dijamin. Misalnya, jutaan perangkat IoT rumah pintar diproduksi oleh pabrikan Tiongkok setiap tahunnya, dan sifat perangkat ini yang berbiaya rendah menjadikannya sangat diminati, terutama dalam krisis biaya hidup saat ini.
Namun, kemungkinan itu perangkat ini membawa akses pintu belakang, atau memiliki perangkat keras/perangkat lunak tersembunyi untuk melakukan serangan jarak jauh (sesuatu yang diketahui melibatkan Partai Komunis Tiongkok). Selain itu, data yang dikumpulkan oleh perangkat ini kemungkinan besar disimpan di server Tiongkok, yang tentunya dapat diakses oleh pemerintah Tiongkok (sesuatu yang ditetapkan oleh pemerintah Tiongkok berdasarkan undang-undang).
Ringkasnya, industri elektronik telah memperoleh manfaat besar dari teknik produksi skala besar, namun hal ini mengakibatkan lingkungan terus mengalami kesulitan, perangkat elektronik tidak mudah untuk didaur ulang, dan sejumlah besar produksi dilakukan di tempat yang jauh. tidak memiliki hak karya terbaik, praktik manufaktur yang buruk, dan melanggar hak konsumen.
Bisakah manufaktur lokal menjadi solusinya?
Saat melihat cara kerja kekuatan pasar dan proses industri, sulit membayangkan topologi manufaktur lain selain topologi yang saat ini mendominasi dunia; produksi skala besar di fasilitas besar. Namun, kemunculan teknologi baru seperti pencetakan 3D mungkin akan segera mengubah semua ini, dasarnya membuat manufaktur menjadi proses yang terdesentralisasi.
Gagasan di balik manufaktur miniatur lokal adalah bahwa alih-alih seluruh produk diproduksi di pabrik dan kemudian dikirim ke seluruh dunia, perangkat dibuat sesuai kebutuhan, memanfaatkan teknologi yang dapat dengan mudah memproduksi suku cadang dalam skala individual (bukan dalam skala besar) . Lokasi seperti ini juga ideal untuk daur ulang limbah elektronik, di mana perangkat dapat diperdagangkan, diselamatkan, dan secara berkelanjutan diubah menjadi bahan mentah yang dapat digunakan dalam produk lain.
Membayangkan Masa Depan Berkelanjutan: Peran Manufaktur dan Daur Ulang Lokal
Misalnya, casing ponsel lama yang terbuat dari plastik daur ulang dapat digiling dan diubah menjadi filamen yang kemudian dapat digunakan untuk membuat casing baru. Hal yang sama juga dapat dilakukan pada ponsel pintar, dimana komponen utama (prosesor, memori, dan layar) dapat diekstraksi, dan bagian perangkat lainnya dapat didaur ulang dengan baik.
Tentu saja, pabrik mikro seperti itu memerlukan perubahan mendasar dalam cara para insinyur mengembangkan produk. Daripada mengandalkan desain yang rumit dan unik, perangkat harus dibuat dari bagian-bagian yang umum digunakan dan dapat dengan mudah dipasang bersama. Dalam kasus ponsel cerdas, perangkat masa depan harus menggunakan konektor tunggal yang dapat berfungsi untuk semua ukuran layar (mirip dengan mikro HDMI) dan arsitektur umum di motherboard.
Pabrik mikro semacam ini juga akan membantu memberdayakan daerah setempat, terutama daerah terpencil. Daripada harus mengirimkan perangkat dari jarak ribuan mil, produk bisa dibuat dari awal. Karena bahan daur ulang akan disimpan di pabrik mikro, dampak lingkungan dari konsumsi akan minimal, sambil memberikan layanan yang dibutuhkan oleh penduduk setempat.
Teknologi apa yang bisa memberdayakan masa depan seperti itu?
Dengan kondisi teknologi saat ini, gagasan tentang pabrik mikro lebih merupakan mimpi daripada kenyataan, namun bukan berarti konsep tersebut masih jauh dari kenyataan.
Teknologi paling menonjol untuk memberdayakan masa depan tersebut adalah pencetakan 3D, dan hal ini disebabkan oleh kemampuannya untuk menghasilkan bentuk apa pun tanpa memerlukan cetakan atau alat berat yang rumit. Karena pencetakan 3D dapat digunakan dengan berbagai macam bahan daur ulang, pencetakan ini ideal untuk digunakan di pusat daur ulang setempat, menggiling bahan lama dan mengubahnya menjadi pelet dan/atau filamen.
Selain itu, karena Printer 3D dapat mencetak banyak materi secara bersamaan, mereka dapat digunakan untuk membuat desain yang rumit, dengan komponen langsung dicetak ke bagian dalam casing (seperti antena).
Kemajuan dalam Pencetakan 3D dan Elektronik Cetak: Merintis Masa Depan Pabrik Mikro
Teknologi besar lainnya yang akan menguntungkan pabrik mikro adalah barang elektronik cetak. Mirip dengan printer 3D, elektronik tercetak adalah rangkaian yang dapat dibuat sepenuhnya dari teknologi pencetakan tradisional (seperti printer inkjet). Tidak seperti printer 3D, barang elektronik cetak memiliki detail yang sangat kecil, sehingga ideal untuk mencetak komponen pasif pada desain yang rumit. Namun, pekerjaan sedang dilakukan untuk memproduksi semikonduktor menggunakan proses yang sama, yang berarti dimungkinkan untuk membuat sirkuit fungsional, semuanya dari tinta yang dapat dicetak.
CNC adalah metode produksi lain yang akan membantu mewujudkan pabrik mikro, dan meskipun mesin ini telah ada selama beberapa dekade, namun baru belakangan ini harganya menjadi sangat terjangkau. Daripada membayar ribuan dolar untuk satu unit, akan lebih mungkin untuk memiliki banyak mesin kecil yang dapat bekerja pada proyek-proyek individual secara bersamaan.
Bahkan ukiran laser menjadi lebih murah, yang sangat berguna untuk manufaktur. Namun, tidak seperti CNC yang menggunakan bit penggilingan mekanis, pemotong laser jauh lebih mudah untuk diotomatisasi, dapat menghasilkan komponen jauh lebih cepat, dan cocok untuk proses produksi skala kecil hingga menengah.
Meskipun tidak semua teknologi tersebut dapat membantu memberdayakan pabrik mikro, teknologi ini menunjukkan bahwa manufaktur skala kecil sangat mungkin dilakukan dan dapat menjadi topologi yang diinginkan oleh para insinyur di masa depan.