Kow의 핵심 사항:
- 대량 생산의 진화: 스루홀에서 표면 실장으로의 전환 technology 전자제품의 크기와 비용을 대폭 줄여 대량생산과 글로벌 유통이 가능해졌습니다.
- 환경 및 윤리적 우려: 전자 산업은 전자 폐기물, 원자재 추출로 인한 환경 피해, 제조 현장의 윤리적 문제와 관련된 과제에 직면해 있습니다.
- 국산화된 제조 가능성: 3D 프린팅과 같은 신기술은 제조를 분산시켜 환경에 미치는 영향을 줄이고 지역 경제를 육성할 수 있습니다.
- 기술적 조력자: 3D 프린팅, 인쇄 전자, CNC 가공, 레이저 조각의 발전은 마이크로팩토리의 비전과 지속 가능한 제조 방식을 실현하는 데 핵심입니다.
대량 생산 및 운영 규모의 표준 모델을 통해 전자 제품은 믿을 수 없을 정도로 저렴해지고 널리 보급될 수 있게 되었습니다. 하지만 3D와 같은 새로운 제조 기술이 인기를 얻으면서 제조가 더욱 분산화될까요? 제조 및 유통과 관련하여 전자 산업이 직면하고 있는 과제는 무엇입니까? 현지화된 제조가 대중화될 수 있으며, 그러한 미래를 가능하게 하는 기술은 무엇입니까?
전자제품이 직면한 현대적 과제
전자 산업이 도입된 이래로 전자 제품을 저렴하고 접근 가능하게 하려면, 그것은 될 필요가 가능한 한 작고 규모에 맞게 제조됨. 스루홀인 첫 번째 부품은 PCB를 통해 부품을 공급하고, 다리를 납땜하고, 여분의 부품 리드를 제거하는 데 수천 명의 전문 생산 라인 작업자가 필요했으며, 이러한 생산 방법으로 인해 대량 생산이 어려워졌습니다.
표면 실장 기술이 등장하면서 PCB 크기가 급격히 줄어들어 생산 비용이 저렴해졌을 뿐만 아니라 더 복잡한 설계가 가능해졌습니다. 그러나 전자 제품을 훨씬 더 쉽게 접근할 수 있게 된 것은 픽 앤 플레이스(Pick and Place)의 도입이었습니다.
마지막으로, 산업 표준화 및 공통 구성 요소의 사용과 결합된 픽 앤 플레이스 및 표면 실장 부품의 대규모 특성으로 인해 전 세계 시장에 빠르게 확장하고 확장하고 도달할 수 있는 산업이 탄생했습니다. 관점에서 보면 수천 개의 구성 요소가 포함된 커패시터 및 저항기의 전체 릴을 달러로 구입할 수 있고 많은 마이크로 컨트롤러가 현재 센트 범위에 있으며 SoC의 광범위한 사용으로 인해 크기는 매우 작지만 설계는 엄청나게 복잡해집니다.
전자제품 대량생산의 양날의 검
그러나 전자제품의 대량 생산이 제공하는 모든 이점에도 불구하고 업계를 계속 괴롭히는 여러 가지 문제가 있습니다. 전자제품 제조의 대규모 특성과 터무니없이 저렴한 부품 비용으로 인해 일회용 사회가 조장되었고, 그 결과 완벽하게 사용할 수 있는 장치가 매립지로 유입되었습니다.
전자 폐기물의 전 세계적 생산 경제적으로 낭비일 뿐만 아니라 하지만 심각한 환경 피해에도 기여하고 있습니다. 유해한 화합물(예: 납 및 카드뮴)을 거의 포함하지 않는 현대 구성 요소에도 불구하고 과거와 현재의 전자 폐기물의 양은 엄청나며, 이 폐기물을 부적절하게 처리(매립 또는 소각을 통해)하면 이러한 문제가 발생합니다. 화합물이 환경으로 방출되어 공기와 지하수원을 오염시킬 수 있습니다.
전자제품의 대규모 소비는 원자재 채굴을 통한 CO2 생산 및 환경 훼손과 관련된 문제를 야기하고 있습니다. 간단히 말해서, 전자제품을 저렴하게 유지하려면 수백만 개로 생산해야 하며, 이를 위해서는 많은 양의 재료를 조달하고, 채굴하고, 가공해야 합니다.
이러한 광산 중 다수가 개발도상국에서 발견된다는 점을 고려하면 환경에 대한 관심이 부족하여 지역에 장기적인 피해를 입히는 경우가 많습니다. 이러한 광물은 채굴되는 곳에서 처리되는 경우가 많기 때문에 환경에 유해한 공정을 사용하면 지역 환경과 전반적인 기후가 더욱 손상됩니다.
격차 해소: 환경 영향부터 재활용 문제까지
한 잠재적인 해결책은 전자제품을 재활용하는 것입니다, 그러나 이것은 말보다 훨씬 쉽습니다. 우선, SMD 부품으로 제작한 경우 부품용 회로를 폐기하는 것이 어려울 수 있습니다. 그 이유는 크기가 매우 작고 새로운 SMD 부품이 매우 저렴하기 때문입니다(따라서 부품 회수가 비경제적입니다). 둘째, 회로에는 어느 정도의 신뢰성이 요구되는 경우가 많기 때문에 중고 부품이 새 부품과 동일한 보증을 제공할 수 없다는 사실은 해당 부품이 새로운 설계에 적합하지 않다는 것을 의미합니다.
PCB에서 귀금속을 추출하는 것은 가능하지만 부식성이 매우 강한 화합물을 사용하므로 재활용이 어렵습니다. PCB는 최대한의 주의를 기울여야 합니다.. 이러한 공정에는 보드에서 부품 분리, 귀금속이 포함된 부품 분리, 수많은 화학적 단계 등 많은 양의 수작업이 필요합니다. 따라서 귀금속 추출은 대규모로 수행될 때만 경제적입니다.
재활용 문제부터 보안 문제까지: 복잡한 환경 탐색
현대 전자 제품이 직면한 또 다른 과제는 많은 장치가 극동 지역에서 생산되는 경우가 많기 때문에 그러한 장치의 보안과 개인 정보 보호를 보장하기 어렵다는 것입니다. 예를 들어, 중국 제조업체는 매년 수백만 개의 스마트 홈 IoT 장치를 생산하며 이러한 장치의 저렴한 특성으로 인해 특히 현재의 생활비 위기 상황에서 매우 바람직합니다.
그러나, 그것은 가능성이있다 이 장치는 백도어 액세스 기능을 제공합니다., 또는 원격 공격을 수행하기 위한 숨겨진 하드웨어/소프트웨어를 가지고 있습니다(중국 공산당이 관여한 것으로 잘 알려져 있습니다). 더욱이, 이러한 장치로 수집된 데이터는 중국 서버에 저장될 가능성이 높으며, 중국 정부는 의심할 여지없이 이에 접근할 수 있습니다(중국 정부가 법으로 도입한 것).
이를 요약하면, 전자산업은 대규모 생산기술로 막대한 이익을 얻었으나 그로 인해 환경은 계속 악화되고, 전자기기는 재활용이 쉽지 않으며, 대량의 제조가 먼 곳에서 이루어지기 때문에 최고의 작품 권리가 없고, 제조 관행이 열악하며, 소비자 권리를 침해합니다.
국산화된 제조가 해결책이 될 수 있을까?
시장의 힘과 산업 프로세스가 어떻게 작동하는지 살펴보면 현재 세계를 지배하고 있는 제조 토폴로지 이외의 다른 제조 토폴로지는 상상하기 어려울 수 있습니다. 대규모 시설에서 대량 생산. 그러나 3D 프린팅과 같은 신기술의 등장으로 인해 이러한 모든 것이 곧 바뀔 수도 있습니다. 본질적으로 제조를 분산화된 프로세스로 만들기.
지역 소형화 제조의 아이디어는 모든 제품을 공장에서 생산하여 전 세계로 배송하는 대신 필요한 곳에서 장치를 만들어 개별 규모(대규모가 아닌)로 부품을 쉽게 생산할 수 있는 기술을 활용하는 것입니다. . 이러한 현장은 전자 폐기물 재활용에도 이상적입니다. 여기서 장치를 거래하고 회수하고 지속 가능한 방법으로 다른 제품에 사용할 수 있는 원자재로 전환할 수 있습니다.
지속 가능한 미래 구상: 현지화된 제조 및 재활용의 역할
예를 들어, 재활용 플라스틱으로 만든 오래된 전화 케이스를 갈아서 필라멘트로 만든 다음 새 케이스를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 스마트폰에서도 동일한 작업을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 주요 구성 요소(프로세서, 메모리, 화면)를 추출하고 나머지 장치를 적절하게 재활용할 수 있습니다.
물론 이러한 마이크로팩토리에서는 엔지니어가 제품을 개발하는 방식에 근본적인 변화가 필요합니다. 복잡하고 독특한 디자인에 의존하는 대신, 쉽게 결합할 수 있는 일반적으로 사용되는 부품으로 장치를 구성해야 합니다. 스마트폰의 경우 미래의 장치는 모든 화면 크기(마이크로 HDMI와 유사)에서 작동하는 단일 커넥터와 마더보드의 공통 아키텍처를 사용해야 합니다.
이러한 마이크로팩토리는 지역, 특히 멀리 떨어진 지역에 권한을 부여하는 데에도 도움이 됩니다. 수천 마일 떨어진 곳에서 장치를 배송할 필요 없이 처음부터 제품을 제작하는 것이 가능할 수도 있습니다. 재활용 재료는 소규모 공장에 보관되므로 소비로 인한 환경 영향은 최소화되는 동시에 현지인에게 필요한 정확한 서비스를 제공합니다.
어떤 기술이 그러한 미래에 힘을 실어줄 수 있을까요?
현재의 기술 수준에서 마이크로팩토리에 대한 아이디어는 현실이라기보다 꿈에 가깝습니다. 하지만 그렇다고 그 개념이 실현되기가 멀었다는 뜻은 아닙니다.
이러한 미래를 가능하게 하는 가장 대표적인 기술은 3D 프린팅인데, 이는 금형이나 복잡한 중장비 없이도 어떤 형상이든 제작할 수 있는 능력이 있기 때문입니다. 3D 프린팅은 다양한 재활용 재료와 함께 사용할 수 있으므로 지역 재활용 센터에서 오래된 재료를 분쇄하여 펠릿 및/또는 필라멘트로 바꾸는 데 이상적입니다.
더욱이, 때문에 3D 프린터는 여러 재료를 동시에 인쇄할 수 있습니다, 케이스 내부 부품(예: 안테나)에 구성 요소가 직접 인쇄되어 복잡한 디자인을 만드는 데 사용할 수 있습니다.
3D 프린팅 및 인쇄 전자 장치의 발전: 마이크로팩토리의 미래 개척
마이크로팩토리에 도움이 될 또 다른 주요 기술은 인쇄 전자 장치입니다. 3D 프린터와 마찬가지로, 인쇄전자는 만들 수 있는 회로이다. 완전히 전통적인 인쇄 기술에서 나온 것입니다. (잉크젯 프린터 등). 3D 프린터와 달리 인쇄 전자 장치는 매우 작은 세부 사항을 가질 수 있으므로 복잡한 디자인의 수동 부품을 인쇄하는 데 이상적입니다. 그러나 동일한 공정을 사용하여 반도체를 생산하는 작업이 진행되고 있습니다. 이는 모두 인쇄 가능한 잉크로 기능 회로를 만드는 것이 가능해짐을 의미합니다.
CNC는 마이크로팩토리를 실현하는 데 도움이 되는 또 다른 생산 방법이며, 이러한 기계는 수십 년 동안 존재해 왔지만 최근에야 매우 저렴해졌습니다. 단일 장치에 수천 달러를 지불하는 대신 개별 프로젝트에서 동시에 작업할 수 있는 더 작은 기계를 여러 개 보유하는 것이 가능해질 것입니다.
조차 레이저 각인 가격이 점점 저렴해지고 있어요, 이는 제조에 매우 유용합니다. 그러나 기계식 밀링 비트를 사용하는 CNC와 달리 레이저 절단기는 자동화하기가 훨씬 쉽고, 부품을 훨씬 더 빠르게 생산할 수 있으며, 중소 규모 생산에 적합합니다.
이것이 마이크로팩토리에 힘을 실어주는 데 도움이 되는 모든 기술은 아니지만 소규모 제조가 완벽하게 가능하며 미래 엔지니어가 원하는 토폴로지가 될 수 있음을 보여줍니다.