コウにとって重要なこと:
- 量産化の進化: スルーホールから表面実装への移行 テクノロジー エレクトロニクスのサイズとコストが大幅に削減され、大量生産と世界的な流通が可能になりました。
- 環境と倫理への懸念：エレクトロニクス業界は、電子機器廃棄物、原材料採取による環境破壊、製造現場の倫理問題などに関連した課題に直面しています。
- ローカライズされた製造の可能性：3Dプリンティングのような新興テクノロジーは製造を分散化し、環境への影響を軽減し、地域経済を育成する可能性があります。
- テクノロジーの実現要因: 3D プリンティング、プリンテッド エレクトロニクス、CNC 加工、レーザー彫刻の進歩は、マイクロファクトリーのビジョンと持続可能な製造実践を実現するための鍵となります。
大量生産と運用規模の標準モデルにより、エレクトロニクスは信じられないほど安価で広く入手できるようになりましたが、3D などの新しい製造技術の人気が高まるにつれて、製造はさらに分散化されるのでしょうか?エレクトロニクス業界は製造と流通に関してどのような課題に直面していますか?現地での製造が普及する可能性はありますか?そのような未来を可能にするテクノロジーは何でしょうか?
エレクトロニクスが直面する現代の課題
エレクトロニクス産業の登場以来、エレクトロニクスを手頃な価格で入手しやすくするには、 なる必要がある できるだけ小さく、大規模に製造される。最初のコンポーネントはスルーホールであり、PCB にコンポーネントを送り込み、脚をはんだ付けし、余分なコンポーネントのリードを除去するために何千人もの専門の生産ライン作業員が必要であり、この製造方法では大量生産が困難でした。
表面実装技術が登場すると、PCB のサイズが急速に縮小し、製造コストが安くなっただけでなく、より複雑な設計が可能になりました。しかし、エレクトロニクスを実際にはるかに利用しやすくしたのは、ピック アンド プレイスの導入でした。
最後に、ピック アンド プレースおよび表面実装部品の大規模な性質と、業界標準化および共通コンポーネントの使用が組み合わさった結果、急速に拡大し、急速に規模を拡大し、地球全体の市場に到達できる業界が誕生しました。見通しとしては、数千の部品を含むコンデンサーと抵抗器のリール全体が数ドルで購入でき、多くのマイクロコントローラーは現在セントの範囲にあり、SoC の普及により、サイズを極めて小さく保ちながら非常に複雑な設計が可能になっています。
エレクトロニクスにおける大量生産の諸刃の剣
しかし、エレクトロニクス分野の大量生産がもたらしたあらゆる利点にもかかわらず、業界を悩ませ続けている問題が数多くあります。エレクトロニクス製造の大規模な性質と部品の異常な低コストにより使い捨て社会が促進され、その結果、完全に使用可能なデバイスが埋め立て地に捨てられています。
電子機器廃棄物の世界的な生産量 経済的に無駄なだけではない しかし同時に深刻な環境破壊にも貢献しています。現代のコンポーネントには有害な化合物 (鉛やカドミウムなど) がほとんど含まれていないにもかかわらず、過去および現在の電子廃棄物には有害な化合物が含まれており、この廃棄物が不適切に処分されると (埋立埋め立てまたは焼却によって)、化合物は環境中に放出され、大気や地下水源を汚染する可能性があります。
電子機器の大量消費は、原材料の採掘による CO2 生成や環境破壊に関する課題ももたらしています。簡単に言うと、電子機器を安価に保つためには、何百万もの電子機器を生産する必要があり、そのためには大量の材料を調達、採掘、加工する必要があります。
これらの鉱山の多くが発展途上国で発見されていることを考慮すると、環境への配慮がほとんど行われていないことが多く、地域に長期にわたる被害をもたらすことがよくあります。これらの鉱物は採掘された場所で加工されることが多いため、環境に有害なプロセスを使用すると、地域の環境と気候全般にさらにダメージを与えます。
ギャップを埋める: 環境への影響からリサイクルの課題まで
1 潜在的な解決策は電子機器をリサイクルすることです, しかし、これは言うは易く行うは難しです。まず、SMD 部品から作られている部品の回路を廃棄することは、そのサイズが非常に小さいことと、新しい SMD 部品が非常に安価であるため (したがって部品の回収が非経済的になる)、困難になる可能性があります。第 2 に、回路にはある程度の信頼性が必要な場合が多いため、使用済みのコンポーネントでは新品の部品と同じ保証が提供できないということは、単に新しい設計には適していないことを意味します。
PCB から貴金属を抽出することは可能ですが、非常に腐食性の高い化合物の使用が含まれるため、それらのリサイクルは困難です。 PCB には細心の注意が必要です。このようなプロセスでは、基板からコンポーネントを分離したり、部品を貴金属で隔離したり、多くの化学的ステップを必要としたりするなど、多大な手作業も必要となります。したがって、貴金属の抽出は大規模に行われた場合にのみ経済的になります。
リサイクルのハードルからセキュリティ上の懸念まで: 複雑な状況を乗り越える
現代の電子機器が直面するもう 1 つの課題は、多くのデバイスが極東で製造されていることが多いため、そのようなデバイスのセキュリティとプライバシーを保証するのが難しいことです。たとえば、年間数百万台のスマート ホーム IoT デバイスが中国のメーカーによって生産されており、これらのデバイスは低コストであるため、特に現在の生活費危機においては非常に望ましいものとなっています。
しかしながら、 の可能性が高い これらのデバイスはバックドア アクセスを実行します。、またはリモート攻撃を実行するためのハードウェア/ソフトウェアを隠し持っています（これには中国共産党が関与していることがよく知られています）。さらに、これらのデバイスによって収集されたデータは中国のサーバーに保存されている可能性が高く、間違いなく中国政府がアクセスできるようになっています（中国政府が法律で導入したものです）。
これらすべてを要約すると、エレクトロニクス業界は大規模生産技術から多大な恩恵を受けてきましたが、その一方で、環境は引き続き苦戦しており、電子機器のリサイクルは容易ではなく、大量の製造は遠隔地で行われているため、最良の作品の権利を持たず、不適切な製造慣行があり、消費者の権利を侵害しています。
現地生産が解決策となるでしょうか?
市場の力と産業プロセスがどのように機能するかを考えると、現在世界を支配している製造トポロジー以外の製造トポロジーを想像するのは困難です。大規模な設備での大量生産。しかし、3D プリンティングなどの新技術の出現により、これらすべてがすぐに変わる可能性があります。 本質的に 製造プロセスを分散化する.
ローカル小型製造の背後にある考え方は、すべての製品を工場で生産して世界中に出荷するのではなく、(大規模ではなく) 個別スケールで部品を簡単に製造できるテクノロジーを利用して、必要な場所でデバイスを製造するというものです。 。このようなサイトは、デバイスを下取り、回収し、他の製品に使用できる原材料に持続的に変換できる電子廃棄物のリサイクルにも理想的です。
持続可能な未来を描く: 現地生産とリサイクルの役割
たとえば、リサイクルプラスチックから作られた古い電話ケースを粉砕してフィラメントに変え、それを使って新しいケースを作ることができます。スマートフォンでも同様のことが可能で、主要なコンポーネント (プロセッサ、メモリ、画面) を抽出し、デバイスの残りの部分を適切にリサイクルできます。
もちろん、そのようなマイクロファクトリーでは、エンジニアの製品開発方法の根本的な変更が必要になります。複雑で独自の設計に依存する代わりに、デバイスは、簡単に組み合わせることができる一般的に使用される部品から構築される必要があります。スマートフォンの場合、将来のデバイスでは、すべての画面サイズに対応する単一のコネクタ (マイクロ HDMI と同様) とマザーボードの共通アーキテクチャを使用する必要があります。
このようなマイクロファクトリーは、地元地域、特に遠隔地に力を与えるのにも役立つだろう。何千マイルも離れた場所からデバイスを発送する代わりに、製品を最初から構築することが可能になる可能性があります。リサイクルされた材料は地元のマイクロファクトリーに保管されるため、地元住民が必要とする正確なサービスを提供しながら、消費による環境への影響は最小限に抑えられます。
そのような未来を可能にするテクノロジーは何でしょうか?
現在の技術水準では、マイクロファクトリーのアイデアは現実というよりも夢のようなものですが、それはそのコンセプトが実現から程遠いということではありません。
このような未来を実現する最も有力なテクノロジーは 3D プリンティングです。これは、金型や複雑な重機を必要とせずにあらゆる形状を製造できる能力によるものです。 3D プリントは幅広いリサイクル材料に使用できるため、地元のリサイクル センターで古い材料を粉砕してペレットやフィラメントに変えるのに最適です。
また、 なぜなら 3D プリンターは複数の素材を同時に印刷できます、コンポーネントをケースの内部部品 (アンテナなど) に直接印刷することで、複雑なデザインを作成するために使用できます。
3D プリンティングとプリンテッド エレクトロニクスの進歩: マイクロファクトリーの未来を開拓する
マイクロファクトリーに利益をもたらすもう 3 つの主要なテクノロジーは、プリンテッド エレクトロニクスです。 XNUMXDプリンターと同じように、 プリンテッドエレクトロニクスは作ることができる回路です 従来の印刷技術のみを使用 （インクジェットプリンタなど） 3D プリンターとは異なり、プリンテッド エレクトロニクスは非常に細かいディテールを表現できるため、複雑な設計の受動コンポーネントを印刷するのに最適です。しかし、同じプロセスを使用して半導体を製造する研究が行われており、これはすべて印刷可能なインクから機能回路を作成することが可能になる可能性があることを意味します。
CNC はマイクロファクトリーの実現に役立つもう 1 つの生産方法であり、これらの機械は何十年も前から存在していますが、非常に手頃な価格になったのは最近のことです。単一のユニットに何千ドルも支払う代わりに、個々のプロジェクトを同時に実行できる多数の小型マシンを用意することが可能になります。
さらに レーザー彫刻は安くなっている、それ自体が製造に非常に役立ちます。ただし、機械式フライスビットを使用する CNC とは異なり、レーザー カッターは自動化がはるかに簡単で、はるかに迅速に部品を製造できるため、小規模から中規模の生産に最適です。
これらはマイクロファクトリーの強化に役立つテクノロジーのすべてではありませんが、小規模製造が完全に可能であり、将来のエンジニアにとって望ましいトポロジーになる可能性があることを示しています。