דברים עיקריים ל-Kow:
- אבולוציה של ייצור המוני: המעבר מחור דרך לתלייה על פני השטח טֶכנוֹלוֹגִיָה הפחיתה באופן משמעותי את גודלה ועלות האלקטרוניקה, ומאפשרת ייצור המוני והפצה גלובלית.
- דאגות סביבתיות ואתיות: תעשיית האלקטרוניקה מתמודדת עם אתגרים הקשורים לפסולת אלקטרונית, נזקים סביבתיים ממיצוי חומרי גלם וסוגיות אתיות במקומות ייצור.
- פוטנציאל ייצור מקומי: טכנולוגיות מתפתחות כמו הדפסת תלת מימד עשויות לבזר את הייצור, להפחית את ההשפעה הסביבתית ולטפח כלכלות מקומיות.
- מאפשרים טכנולוגיים: התקדמות בהדפסת תלת מימד, אלקטרוניקה מודפסת, עיבוד שבבי CNC וחריטה בלייזר הם המפתח למימוש החזון של מיקרו-מפעלים ושיטות ייצור בר-קיימא.
המודל הסטנדרטי של ייצור המוני והיקף הפעולה אפשר לאלקטרוניקה להפוך לזולה להפליא וזמינה באופן נרחב, אך ככל שטכנולוגיות ייצור חדשות כמו תלת מימד צוברות פופולריות, האם הייצור יהפוך למבוזר יותר? אילו אתגרים מתמודדת תעשיית האלקטרוניקה בכל הקשור לייצור והפצה? האם ייצור מקומי יכול להפוך לפופולרי, ואילו טכנולוגיות יעצימו עתיד כזה?
האתגרים המודרניים העומדים בפני האלקטרוניקה
מאז כניסתה של תעשיית האלקטרוניקה, הוכח היטב שכדי שהאלקטרוניקה תהיה זולה ונגישה, זה צריך להיות קטן ככל האפשר ומיוצר בקנה מידה. הרכיבים הראשונים, בהיותם דרך חור, דרשו מאלפי עובדי קו ייצור מומחים להזין רכיבים דרך PCB, להלחים את הרגליים ולהסיר עודפי רכיבים, ושיטת ייצור זו הקשתה על ייצור בקנה מידה המוני.
כשהגיעה טכנולוגיית הרכבה על פני השטח, הגודל של לוחות ה-PCB הצטמצם במהירות, מה שלא רק הפך אותם לזולים יותר לייצור, אלא איפשר עיצובים מורכבים יותר. אבל הצגת הבחירה והמקום היא שבאמת אפשרה לאלקטרוניקה להיות הרבה יותר נגישה.
לבסוף, האופי בקנה מידה גדול של חלקי איסוף ומקום והרכבה על פני השטח בשילוב עם סטנדרטיזציה תעשייתית ושימוש ברכיבים נפוצים הביאו לתעשייה שיכולה להתרחב במהירות, להגדיל במהירות ולהגיע לשווקים ברחבי כדור הארץ כולו. לפרספקטיבה, ניתן לקנות סלילים שלמים של קבלים ונגדים המכילים אלפי רכיבים בדולרים, מיקרו-בקרים רבים נמצאים כעת בטווח הסנט, והשימוש הנרחב ב-SoCs מאפשר לעיצובים להיות מורכבים מאוד תוך שהם נשארים קטנים במיוחד בגודלם.
החרב הפיפיות של ייצור המוני באלקטרוניקה
אבל על אף כל היתרונות שייצור המוני באלקטרוניקה סיפק, ישנן מספר בעיות שממשיכות להטריד את התעשייה. האופי בקנה מידה גדול של ייצור אלקטרוניקה והעלות הנמוכה והמגונה של רכיבים עודדו חברה לזרוק, וכתוצאה מכך התקנים שמישים לחלוטין מוצאים את דרכם למזבלות.
הייצור העולמי הזה של פסולת אלקטרונית זה לא רק בזבוז כלכלי אך גם תורם לנזק סביבתי חמור. למרות רכיבים מודרניים המכילים רק לעתים רחוקות תרכובות מזיקות (כגון עופרת וקדמיום), יש כמות עצומה של פסולת אלקטרונית מהעבר וההווה שעושה זאת, וכאשר פסולת זו מסולקת בצורה לא נכונה (בין אם באמצעות הטמנה או שריפה), אלה תרכובות משתחררות לסביבה, שעלולות לזהם את האוויר ואת מקורות מי התהום.
הצריכה בקנה מידה גדול של אלקטרוניקה גם מציגה אתגרים בכל הנוגע לייצור CO2 ולנזק סביבתי באמצעות כריית חומרי גלם. במילים פשוטות, כדי שהאלקטרוניקה תישאר זולה, הם צריכים להיות מיוצרים במיליונים, וזה מצריך מקורות, כרייה ועיבוד של כמויות גדולות של חומרים.
בהתחשב בכך שרבים מהמכרות הללו נמצאים במדינות מתפתחות, לעתים קרובות יש מעט טיפול בסביבה, מה שמוביל לעתים קרובות לנזק ממושך לאזורים המקומיים. מאחר שמינרלים אלו יעובדו לעתים קרובות במקום בו הם נכרים, השימוש בתהליכים מזיקים לסביבה פוגע עוד יותר הן בסביבה המקומית והן באקלים בכלל.
גישור על הפער: מהשפעה סביבתית לאתגרי מיחזור
אחת הפתרון הפוטנציאלי הוא מיחזור אלקטרוניקה, אבל זה הרבה יותר קל לומר מאשר לעשות. כדי להתחיל, ניסיון לבטל מעגלים עבור חלקים יכול להיות קשה אם הם בנויים מחלקי SMD בשל גודלם הקטן ביותר והעובדה שחלקי SMD חדשים זולים במיוחד (ובכך הופכים את הצלת הרכיבים ללא חסכונית). שנית, מכיוון שמעגלים דורשים לעתים קרובות מידה של אמינות, העובדה שרכיבים משומשים אינם יכולים לספק את אותן הבטחות שחלקים חדשים יכולים פירושה שהם פשוט לא מתאימים לעיצובים חדשים.
הפקת מתכות יקרות מ-PCB אפשרית, אך מכיוון שהיא כרוכה בשימוש בתרכובות קורוזיביות במיוחד, אלו המחזרות PCBs צריכים לנקוט בזהירות מרבית. תהליכים כאלה דורשים גם כמות גדולה של עבודת כפיים, הפרדת רכיבים מהלוח, בידוד חלקים עם מתכות יקרות, והשלבים הכימיים הרבים הכרוכים בכך. לפיכך, מיצוי מתכות יקרות הוא חסכוני רק כאשר נעשה בקנה מידה.
ממכשולי מיחזור לדאגות אבטחה: ניווט בנוף המורכב
אתגר נוסף שעומד בפני האלקטרוניקה המודרנית הוא שמכיוון שהרבה מכשירים מיוצרים במזרח הרחוק, קשה להבטיח אבטחה ופרטיות במכשירים כאלה. לדוגמה, מיליוני מכשירי IoT ביתיים חכמים מיוצרים על ידי יצרנים סיניים בשנה, והאופי הנמוך של מכשירים אלה הופך אותם לנחשקים ביותר, במיוחד במשברי יוקר המחיה הנוכחיים.
עם זאת, סביר להניח כי התקנים אלה נושאים גישה בדלת אחורית, או שיש להסתיר חומרה/תוכנה לביצוע התקפות מרחוק (משהו שהמפלגה הקומוניסטית הסינית ידועה כמעורבת בו). יתר על כן, הנתונים שנאספו על ידי מכשירים אלה מאוחסנים ככל הנראה בשרתים סיניים, שלממשלת סין יש ללא ספק גישה אליהם (דבר שממשלת סין הציגה בחוק).
לסיכום כל זה, תעשיית האלקטרוניקה נהנתה מאוד מטכניקות ייצור בקנה מידה גדול, אך בכך הסביבה ממשיכה להיאבק, מכשירים אלקטרוניים אינם קלים למחזור, וכמויות גדולות של ייצור נעשות במקומות רחוקים שעלולים אין להם את זכויות העבודה הטובות ביותר, שיטות ייצור לקויות והפרת זכויות הצרכן.
האם ייצור מקומי יכול להיות הפתרון?
כאשר בוחנים כיצד פועלים כוחות השוק והתהליכים התעשייתיים, יכול להיות קשה לדמיין טופולוגיית ייצור אחרת מזו ששולטת כיום בעולם; ייצור בקנה מידה המוני במתקנים גדולים. עם זאת, הופעתן של טכנולוגיות חדשות כמו הדפסת תלת מימד עשויה לשנות בקרוב את כל זה, למעשה הפיכת ייצור לתהליך מבוזר.
הרעיון מאחורי ייצור ממוזער מקומי הוא שבמקום לייצר את כל המוצרים במפעל ולאחר מכן לשלוח לכל העולם, מכשירים מיוצרים היכן שצריך, תוך שימוש בטכנולוגיות שיכולות לייצר בקלות חלקים בקנה מידה בודד (בניגוד לקנה מידה גדול) . אתר כזה יהיה אידיאלי גם למיחזור פסולת אלקטרונית, שבו ניתן לסחור במכשירים, להציל אותם ולהפוך אותם באופן בר-קיימא לחומרי גלם שיכולים להמשיך ולשמש במוצרים אחרים.
חזות עתיד בר קיימא: תפקידו של ייצור ומיחזור מקומי
לדוגמה, ניתן לטחון כיסויי טלפון ישנים מפלסטיק ממוחזר ולהפוך אותו לנימה שניתן להשתמש בהם לייצור מארזים חדשים. ניתן לעשות את אותו הדבר עבור סמארטפונים, לפיהם ניתן לחלץ רכיבים מרכזיים (מעבד, זיכרון ומסך), ולמחזר את שאר המכשיר כהלכה.
כמובן, מפעל כזה ידרוש שינוי מהותי באופן שבו מהנדסים מפתחים מוצרים. במקום להסתמך על עיצובים מורכבים וייחודיים, התקנים יצטרכו להיבנות מחלקים נפוצים שניתן להרכיב בקלות. במקרה של סמארטפונים, מכשירים עתידיים יצטרכו להשתמש במחבר יחיד שיעבוד עבור כל גדלי המסך (בדומה למיקרו HDMI) ובארכיטקטורה משותפת בלוח האם.
מיקרו-מפעלים כאלה יסייעו גם להעצים אזורים מקומיים, במיוחד אלה המרוחקים. במקום צורך לשלוח מכשירים ממרחק אלפי קילומטרים, יכול להיות שניתן לבנות מוצר מאפס. מכיוון שחומרים ממוחזרים יישמרו מקומיים למפעל המיקרו, ההשפעה הסביבתית מהצריכה תהיה מינימלית, כל זאת תוך מתן השירותים המדויקים הדרושים למקומיים.
אילו טכנולוגיות יכולות להעצים עתיד כזה?
עם מצב הטכנולוגיה הנוכחי, הרעיון של מפעל מיקרו הוא יותר חלום מאשר מציאות, אבל זה לא אומר שהקונספט רחוק מלהתממש.
הטכנולוגיה הבולטת ביותר להעצמת עתיד שכזה היא הדפסת תלת מימד, וזאת בשל יכולתה לייצר כל צורה ללא צורך בתבניות או במכונות כבדות מורכבות. מכיוון שניתן להשתמש בהדפסת תלת מימד עם מגוון רחב של חומרים ממוחזרים, היא אידיאלית לשימוש במרכז מיחזור מקומי, לטחינת חומרים ישנים והפיכתם לכדורים ו/או חוטים.
יתר על כן, כי מדפסות תלת מימד יכולות להדפיס מספר חומרים בו זמנית, ניתן להשתמש בהם ליצירת עיצובים מורכבים, עם רכיבים מודפסים ישירות בחלקים הפנימיים של המארז (כגון אנטנה).
התקדמות בהדפסת תלת מימד ואלקטרוניקה מודפסת: חלוצי העתיד של מפעלי מיקרו
טכנולוגיה מרכזית נוספת שתועיל למפעלי המיקרו היא אלקטרוניקה מודפסת. בדומה למדפסות תלת מימד, אלקטרוניקה מודפסת הם מעגלים שניתן ליצור כולו מטכנולוגיות הדפסה מסורתיות (כגון מדפסות הזרקת דיו). בניגוד למדפסות תלת מימד, אלקטרוניקה מודפסת יכולה להיות בעלת פרטים קטנים במיוחד, מה שהופך אותה לאידיאלית להדפסת רכיבים פסיביים על עיצובים מורכבים. עם זאת, נעשית עבודה לייצור מוליכים למחצה תוך שימוש באותו תהליך, כלומר זה יכול להפוך לאפשרי ליצור מעגלים פונקציונליים, כולם מדיו להדפסה.
CNCs הם שיטת ייצור נוספת שתעזור לממש מפעלי מיקרו, ולמרות שהמכונות הללו קיימות עשרות שנים, רק לאחרונה הן הפכו לזולות ביותר. במקום לשלם אלפי דולרים עבור יחידה בודדת, יתאפשר להחזיק הרבה מכונות קטנות יותר שיכולות לעבוד על פרויקטים בודדים בו זמנית.
אֲפִילוּ חריטות לייזר הופכות זולות יותר, שבעצמם שימושיים במיוחד לייצור. עם זאת, בניגוד ל-CNCs המשתמשים בכרסום מכאני, חותכי לייזר הם הרבה יותר קלים לאוטומציה, יכולים לייצר חלקים הרבה יותר מהר, ומושלמים עבור ריצות ייצור בקנה מידה קטן עד בינוני.
אמנם אלו לא כל הטכנולוגיות שיעזרו להעצים מפעלי מיקרו, אך הם מוכיחים שייצור בקנה מידה קטן אפשרי לחלוטין ויכול מאוד להפוך לטופולוגיה רצויה עבור מהנדסים עתידיים.