Perkara Utama kepada Kow:
- Evolusi Pengeluaran Besar-besaran: Peralihan dari lubang melalui ke lekapan permukaan teknologi telah mengurangkan saiz dan kos elektronik dengan ketara, membolehkan pengeluaran besar-besaran dan pengedaran global.
- Kebimbangan Alam Sekitar dan Etika: Industri elektronik menghadapi cabaran berkaitan e-sisa, kerosakan alam sekitar daripada pengekstrakan bahan mentah, dan isu etika di lokasi pembuatan.
- Potensi Pengilangan Setempat: Teknologi baru muncul seperti percetakan 3D boleh memusnahkan pembuatan, mengurangkan kesan alam sekitar dan memupuk ekonomi tempatan.
- Pemboleh Teknologi: Kemajuan dalam percetakan 3D, elektronik bercetak, pemesinan CNC, dan ukiran laser adalah kunci untuk merealisasikan visi kilang mikro dan amalan pembuatan mampan.
Model standard pengeluaran besar-besaran dan skala operasi telah membolehkan elektronik menjadi sangat murah dan tersedia secara meluas, tetapi apabila teknologi pembuatan baharu seperti 3D semakin popular, adakah pembuatan akan menjadi lebih terpencar? Apakah cabaran yang dihadapi oleh industri elektronik berkenaan dengan pembuatan dan pengedaran? Bolehkah pembuatan setempat menjadi popular, dan apakah teknologi yang akan memperkasakan masa depan sedemikian?
Cabaran Moden Yang Dihadapi Oleh Elektronik
Sejak pengenalan industri elektronik, telah diketahui dengan jelas bahawa agar elektronik mampu milik dan boleh diakses, ia perlu menjadi sekecil mungkin dan dihasilkan pada skala. Komponen pertama, yang melalui lubang, memerlukan beribu-ribu pekerja barisan pengeluaran pakar untuk menyuap komponen melalui PCB, menyolder kaki, dan mengeluarkan petunjuk komponen yang berlebihan, dan kaedah pengeluaran ini menyukarkan pembuatan berskala besar.
Apabila teknologi pelekap permukaan datang, saiz PCB mengecut dengan cepat, yang bukan sahaja menjadikannya lebih murah untuk dihasilkan, tetapi membenarkan reka bentuk yang lebih kompleks. Tetapi ia adalah pengenalan pilihan dan tempat yang benar-benar membolehkan elektronik menjadi jauh lebih mudah diakses.
Akhir sekali, sifat berskala besar bagi bahagian pilih dan tempat serta pelekap permukaan digabungkan dengan penyeragaman industri dan penggunaan komponen biasa telah menghasilkan industri yang boleh berkembang dengan pantas, berskala cepat dan menjangkau pasaran di seluruh planet. Untuk perspektif, keseluruhan gulungan kapasitor dan perintang yang mengandungi beribu-ribu komponen boleh dibeli dengan harga dolar, banyak mikropengawal kini berada dalam julat sen, dan penggunaan SoC yang meluas membolehkan reka bentuk menjadi sangat kompleks sambil mengekalkan saiz yang sangat kecil.
Pedang Bermata Dua Pengeluaran Besar-besaran dalam Elektronik
Tetapi untuk semua kelebihan yang telah disediakan oleh pengeluaran besar-besaran dalam elektronik, terdapat beberapa isu yang terus melanda industri. Sifat pembuatan elektronik berskala besar dan kos komponen yang sangat rendah telah menggalakkan masyarakat yang membuang sampah, mengakibatkan peranti yang boleh digunakan dengan sempurna memasuki tapak pelupusan sampah.
Pengeluaran global e-waste ini bukan sahaja membazir dari segi ekonomi tetapi juga menyumbang kepada kerosakan alam sekitar yang serius. Walaupun komponen moden jarang mengandungi sebatian berbahaya (seperti plumbum dan kadmium), terdapat sejumlah besar e-sisa dari dahulu dan sekarang yang mengandungi sebatian berbahaya, dan apabila sisa ini dilupuskan secara tidak wajar (sama ada melalui pengebumian atau pembakaran tapak pelupusan), ini sebatian dilepaskan ke alam sekitar, yang boleh mencemarkan udara dan sumber air bawah tanah.
Penggunaan elektronik berskala besar juga memperkenalkan cabaran berkaitan pengeluaran CO2 dan kerosakan alam sekitar melalui perlombongan bahan mentah. Ringkasnya, agar elektronik kekal murah, ia perlu dihasilkan dalam jumlah berjuta-juta, dan ini memerlukan sejumlah besar bahan untuk diperoleh, dilombong dan diproses.
Memandangkan banyak lombong ini terdapat di negara membangun, selalunya terdapat sedikit penjagaan terhadap alam sekitar, yang sering membawa kepada kerosakan berpanjangan di kawasan tempatan. Oleh kerana mineral ini selalunya akan diproses di tempat ia dilombong, penggunaan proses yang merosakkan alam sekitar seterusnya merosakkan kedua-dua persekitaran tempatan dan iklim secara amnya.
Merapatkan Jurang: Daripada Kesan Alam Sekitar kepada Cabaran Kitar Semula
satu penyelesaian yang berpotensi ialah mengitar semula elektronik, tetapi ini jauh lebih mudah diucapkan daripada dilakukan. Sebagai permulaan, cuba untuk membuang litar untuk bahagian boleh menjadi sukar jika ia dibina daripada bahagian SMD kerana saiznya yang sangat kecil dan hakikat bahawa bahagian SMD baharu adalah sangat murah (dengan itu menjadikan penyelamatan komponen tidak ekonomik). Kedua, kerana litar sering memerlukan tahap kebolehpercayaan, hakikat bahawa komponen terpakai tidak dapat memberikan jaminan yang sama seperti bahagian baharu bermakna ia tidak sesuai untuk reka bentuk baharu.
Mengekstrak logam berharga daripada PCB adalah mungkin, tetapi kerana ia melibatkan penggunaan sebatian yang sangat menghakis, kitar semula PCB perlu berhati-hati. Proses sedemikian juga memerlukan sejumlah besar buruh manual, mengasingkan komponen dari papan, mengasingkan bahagian dengan logam berharga, dan pelbagai langkah kimia yang terlibat. Oleh itu, pengekstrakan logam berharga hanya menjimatkan apabila dilakukan pada skala.
Daripada Kitar Semula Halangan kepada Kebimbangan Keselamatan: Menavigasi Landskap Kompleks
Cabaran lain yang dihadapi dengan elektronik moden ialah kerana banyak peranti sering dibuat di Timur Jauh, keselamatan dan privasi dalam peranti sedemikian sukar untuk dijamin. Sebagai contoh, berjuta-juta peranti IoT rumah pintar dihasilkan oleh pengeluar China setahun, dan sifat kos rendah peranti ini menjadikannya sangat diingini, terutamanya dalam krisis kos sara hidup semasa.
Walau bagaimanapun, berkemungkinan begitu peranti ini sama ada membawa akses pintu belakang, atau mempunyai perkakasan/perisian tersembunyi untuk melakukan serangan jarak jauh (sesuatu yang diketahui terlibat dalam Parti Komunis China). Tambahan pula, data yang dikumpul oleh peranti ini mungkin disimpan pada pelayan China, yang kerajaan China sudah pasti mempunyai akses kepada (sesuatu yang diperkenalkan oleh kerajaan China melalui undang-undang).
Untuk meringkaskan semua ini, industri elektronik telah mendapat manfaat secara besar-besaran daripada teknik pengeluaran berskala besar, tetapi dengan berbuat demikian, persekitaran terus bergelut, peranti elektronik tidak mudah untuk dikitar semula, dan sejumlah besar pembuatan dilakukan di tempat yang jauh yang mungkin tidak mempunyai hak kerja terbaik, amalan pembuatan yang buruk dan melanggar hak pengguna.
Bolehkah pembuatan setempat menjadi penyelesaiannya?
Apabila melihat bagaimana kuasa pasaran dan proses perindustrian berfungsi, sukar untuk membayangkan mana-mana topologi pembuatan lain daripada topologi yang kini menguasai dunia; pengeluaran besar-besaran di kemudahan besar. Walau bagaimanapun, kemunculan teknologi baharu seperti percetakan 3D mungkin akan mengubah semua ini tidak lama lagi, dasarnya menjadikan pembuatan sebagai proses terdesentralisasi.
Idea di sebalik pembuatan kecil tempatan adalah bahawa bukannya semua produk dihasilkan di kilang dan kemudian dihantar ke seluruh dunia, peranti dibuat di mana diperlukan, menggunakan teknologi yang boleh menghasilkan bahagian dengan mudah pada skala individu (berbanding dengan skala besar) . Tapak sebegini juga sesuai untuk kitar semula e-waste, di mana peranti boleh didagangkan, diselamatkan dan diubah menjadi bahan mentah secara mampan yang boleh digunakan dalam produk lain.
Membayangkan Masa Depan Mampan: Peranan Pembuatan Setempat dan Kitar Semula
Contohnya, sarung telefon lama yang diperbuat daripada plastik kitar semula boleh dikisar dan bertukar menjadi filamen yang kemudiannya boleh digunakan untuk membuat sarung baharu. Perkara yang sama boleh dilakukan untuk telefon pintar, di mana komponen utama boleh diekstrak (pemproses, memori dan skrin), dan peranti lain dikitar semula dengan betul.
Sudah tentu, kilang mikro seperti itu memerlukan perubahan asas dalam cara jurutera membangunkan produk. Daripada bergantung pada reka bentuk yang kompleks dan unik, peranti perlu dibina daripada bahagian yang biasa digunakan yang boleh dipasang bersama dengan mudah. Dalam kes telefon pintar, peranti masa depan perlu menggunakan penyambung tunggal yang akan berfungsi untuk semua saiz skrin (serupa dengan mikro HDMI) dan seni bina biasa dalam papan induk.
Kilang mikro tersebut juga akan membantu memperkasakan kawasan tempatan, terutamanya yang terpencil. Daripada perlu menghantar peranti dari beribu-ribu batu jauhnya, produk boleh dibina dari awal. Memandangkan bahan kitar semula akan disimpan setempat di kilang mikro, kesan alam sekitar daripada penggunaan akan menjadi minimum, sambil menyediakan perkhidmatan yang tepat yang diperlukan oleh penduduk tempatan.
Apakah teknologi yang boleh memperkasakan masa depan sedemikian?
Dengan keadaan teknologi semasa, idea kilang mikro adalah lebih kepada mimpi daripada realiti, tetapi itu tidak bermakna konsep itu jauh daripada direalisasikan.
Teknologi yang paling menonjol untuk memperkasakan masa depan sedemikian ialah percetakan 3D, dan ini disebabkan keupayaannya untuk menghasilkan sebarang bentuk tanpa memerlukan acuan atau jentera berat yang kompleks. Oleh kerana percetakan 3D boleh digunakan dengan pelbagai jenis bahan kitar semula, ia sesuai untuk digunakan di pusat kitar semula tempatan, mengisar bahan lama dan mengubahnya menjadi pelet dan/atau filamen.
Tambahan pula, kerana Pencetak 3D boleh mencetak berbilang bahan secara serentak, ia boleh digunakan untuk mencipta reka bentuk yang kompleks, dengan komponen dicetak terus ke bahagian dalam sarung (seperti antena).
Kemajuan dalam Percetakan 3D dan Elektronik Bercetak: Merintis Masa Depan Kilang Mikro
Satu lagi teknologi utama yang akan memberi manfaat kepada kilang mikro ialah elektronik bercetak. Sama seperti pencetak 3D, elektronik bercetak ialah litar yang boleh dibuat sepenuhnya daripada teknologi percetakan tradisional (seperti pencetak inkjet). Tidak seperti pencetak 3D, elektronik bercetak boleh mempunyai butiran yang sangat kecil, yang menjadikannya sesuai untuk mencetak komponen pasif pada reka bentuk yang kompleks. Walau bagaimanapun, kerja sedang dilakukan untuk menghasilkan semikonduktor menggunakan proses yang sama, bermakna ia boleh menjadi mungkin untuk mencipta litar berfungsi, semuanya daripada dakwat boleh cetak.
CNC adalah satu lagi kaedah pengeluaran yang akan membantu merealisasikan kilang mikro, dan walaupun mesin ini telah wujud selama beberapa dekad, baru-baru ini mereka telah menjadi sangat berpatutan. Daripada membayar beribu-ribu dolar untuk satu unit, ia akan menjadi mungkin untuk mempunyai banyak mesin yang lebih kecil yang semuanya boleh berfungsi pada projek individu secara serentak.
Malah ukiran laser menjadi lebih murah, yang sangat berguna untuk pembuatan. Walau bagaimanapun, tidak seperti CNC yang menggunakan bit pengilangan mekanikal, pemotong laser jauh lebih mudah untuk mengautomasikan, boleh menghasilkan bahagian yang jauh lebih cepat, dan sesuai untuk pengeluaran skala kecil hingga sederhana.
Walaupun ini bukan semua teknologi yang akan membantu memperkasakan kilang mikro, mereka menunjukkan bahawa pembuatan berskala kecil sangat mungkin dan boleh menjadi topologi yang diingini untuk jurutera masa depan.