การเพิ่มขึ้นของโรงงานขนาดเล็ก: นี่คืออนาคตของการผลิตเทคโนโลยีหรือไม่

สิ่งสำคัญที่ควรรู้:

• วิวัฒนาการการผลิตจำนวนมาก: การเปลี่ยนจากรูทะลุไปเป็นการติดตั้งบนพื้นผิว เทคโนโลยี ได้ลดขนาดและต้นทุนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงอย่างมาก ช่วยให้สามารถผลิตได้จำนวนมากและจำหน่ายทั่วโลก
• ข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและจริยธรรม: อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เผชิญกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับขยะอิเล็กทรอนิกส์ ความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมจากการสกัดวัตถุดิบ และปัญหาด้านจริยธรรมในโรงงานผลิต
• ศักยภาพการผลิตเฉพาะที่: เทคโนโลยีเกิดใหม่ เช่น การพิมพ์ 3 มิติสามารถกระจายอำนาจการผลิต ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และส่งเสริมเศรษฐกิจท้องถิ่น
• ผู้ขับเคลื่อนเทคโนโลยี: ความก้าวหน้าในการพิมพ์ 3 มิติ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่พิมพ์ การตัดเฉือน CNC และการแกะสลักด้วยเลเซอร์เป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุวิสัยทัศน์ของโรงงานขนาดเล็กและแนวทางปฏิบัติด้านการผลิตที่ยั่งยืน

รูปแบบมาตรฐานของการผลิตจำนวนมากและขนาดการดำเนินงานทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีราคาถูกอย่างไม่น่าเชื่อและมีจำหน่ายกันอย่างแพร่หลาย แต่เมื่อเทคโนโลยีการผลิตใหม่ๆ เช่น 3D ได้รับความนิยม การผลิตจะมีการกระจายอำนาจมากขึ้นหรือไม่ อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลังเผชิญกับความท้าทายอะไรบ้างในด้านการผลิตและการจัดจำหน่าย? การผลิตในท้องถิ่นอาจได้รับความนิยม และเทคโนโลยีใดบ้างที่จะเสริมศักยภาพในอนาคตดังกล่าว

ความท้าทายสมัยใหม่ที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต้องเผชิญ

นับตั้งแต่มีการนำอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เข้ามา เป็นที่ยอมรับกันดีว่าเพื่อให้อิเล็กทรอนิกส์มีราคาไม่แพงและเข้าถึงได้ มันจะต้องกลายเป็น ให้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และผลิตตามขนาด. ส่วนประกอบแรกแบบเจาะทะลุนั้น ต้องใช้พนักงานสายการผลิตที่เชี่ยวชาญหลายพันคนป้อนส่วนประกอบผ่าน PCB ประสานขา และนำส่วนประกอบส่วนเกินออก และวิธีการผลิตนี้ทำให้การผลิตจำนวนมากทำได้ยาก 

เมื่อเทคโนโลยีการยึดพื้นผิวเข้ามา ขนาดของ PCB จะหดตัวลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้ราคาถูกลงในการผลิตเท่านั้น แต่ยังอนุญาตให้มีการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นอีกด้วย แต่มันเป็นการแนะนำการเลือกและสถานที่ที่ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้าถึงได้ง่ายขึ้นมาก

ในที่สุด ธรรมชาติขนาดใหญ่ของการหยิบและวางและชิ้นส่วนยึดบนพื้นผิวรวมกับมาตรฐานอุตสาหกรรมและการใช้ส่วนประกอบทั่วไปส่งผลให้อุตสาหกรรมสามารถขยายอย่างรวดเร็ว ปรับขนาดได้อย่างรวดเร็ว และเข้าถึงตลาดทั่วโลก สำหรับมุมมอง ตัวเก็บประจุและตัวต้านทานทั้งม้วนที่มีส่วนประกอบหลายพันชิ้นสามารถซื้อได้ในราคาดอลลาร์ ขณะนี้ไมโครคอนโทรลเลอร์จำนวนมากอยู่ในช่วงเซ็นต์ และการใช้ SoC อย่างแพร่หลายทำให้การออกแบบมีความซับซ้อนอย่างมากในขณะที่ยังมีขนาดเล็กมาก

ดาบสองคมแห่งการผลิตจำนวนมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

แต่สำหรับข้อดีทั้งหมดที่การผลิตจำนวนมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มอบให้ มีปัญหาหลายประการที่ยังคงสร้างปัญหาให้กับอุตสาหกรรม ธรรมชาติของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในวงกว้างและต้นทุนส่วนประกอบที่ต่ำอย่างหยาบคายได้กระตุ้นให้เกิดสังคมที่ทิ้งขยะ ส่งผลให้อุปกรณ์ที่ใช้งานได้อย่างสมบูรณ์แบบต้องถูกฝังกลบ

การผลิตขยะอิเล็กทรอนิกส์ทั่วโลกนี้ ไม่เพียงแต่สิ้นเปลืองทางเศรษฐกิจเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรงอีกด้วย แม้ว่าส่วนประกอบสมัยใหม่จะไม่ค่อยมีสารประกอบที่เป็นอันตราย (เช่น ตะกั่วและแคดเมียม) แต่ก็มีขยะอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมหาศาลจากอดีตและปัจจุบันที่เป็นเช่นนั้น และเมื่อมีการกำจัดขยะเหล่านี้อย่างไม่เหมาะสม (ไม่ว่าจะผ่านการฝังกลบหรือการเผาขยะ) สิ่งเหล่านี้ สารประกอบต่างๆ จะถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม ซึ่งอาจก่อให้เกิดมลพิษในอากาศและแหล่งน้ำใต้ดินได้

การใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปริมาณมากยังก่อให้เกิดความท้าทายเกี่ยวกับการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมผ่านการทำเหมืองวัตถุดิบ พูดง่ายๆ ก็คือเพื่อให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีราคาถูก จะต้องมีการผลิตเป็นล้านชิ้น และต้องใช้วัสดุจำนวนมากในการจัดหา ขุด และแปรรูป  

เมื่อพิจารณาว่าเหมืองเหล่านี้หลายแห่งพบในประเทศกำลังพัฒนา จึงมักไม่ค่อยมีการดูแลสิ่งแวดล้อม ซึ่งมักจะนำไปสู่ความเสียหายระยะยาวต่อพื้นที่ในท้องถิ่น เนื่องจากแร่ธาตุเหล่านี้มักจะได้รับการประมวลผลในบริเวณที่มีการขุด การใช้กระบวนการที่สร้างความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมจึงสร้างความเสียหายต่อทั้งสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นและสภาพอากาศโดยทั่วไป 

การเชื่อมช่องว่าง: จากผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมไปจนถึงความท้าทายในการรีไซเคิล

หนึ่ง แนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้คือการรีไซเคิลอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แต่นี่พูดง่ายกว่าทำมาก ในการเริ่มต้น การพยายามทำลายวงจรสำหรับชิ้นส่วนอาจเป็นเรื่องยากหากสร้างจากชิ้นส่วน SMD เนื่องจากมีขนาดเล็กมากและความจริงที่ว่าชิ้นส่วน SMD ใหม่มีราคาถูกมาก (จึงทำให้การกอบกู้ส่วนประกอบไม่ประหยัด) ประการที่สอง เนื่องจากวงจรมักต้องการระดับความน่าเชื่อถือ ความจริงที่ว่าส่วนประกอบที่ใช้แล้วไม่สามารถรับประกันได้เหมือนกันว่าชิ้นส่วนใหม่อาจหมายความว่าชิ้นส่วนเหล่านั้นไม่เหมาะกับการออกแบบใหม่ 

การสกัดโลหะมีค่าจาก PCB เป็นไปได้ แต่เนื่องจากต้องใช้สารประกอบที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง การรีไซเคิลเหล่านั้นจึงเป็นไปได้ PCB จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังสูงสุด. กระบวนการดังกล่าวยังต้องใช้แรงงานคนจำนวนมาก โดยแยกส่วนประกอบออกจากกระดาน แยกชิ้นส่วนด้วยโลหะมีค่า และขั้นตอนทางเคมีมากมายที่เกี่ยวข้อง ดังนั้นการสกัดโลหะมีค่าจึงประหยัดได้เมื่อทำในปริมาณมากเท่านั้น

จากอุปสรรคในการรีไซเคิลไปจนถึงข้อกังวลด้านความปลอดภัย: การนำทางภูมิทัศน์ที่ซับซ้อน

ความท้าทายอีกประการหนึ่งที่ต้องเผชิญกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคใหม่ก็คือ เนื่องจากอุปกรณ์จำนวนมากมักผลิตในตะวันออกไกล ความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวในอุปกรณ์ดังกล่าวจึงเป็นเรื่องยากที่จะรับประกัน ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตในจีนเป็นผู้ผลิตอุปกรณ์ IoT ในบ้านอัจฉริยะหลายล้านเครื่องต่อปี และลักษณะของอุปกรณ์เหล่านี้ที่มีต้นทุนต่ำทำให้เป็นที่ต้องการอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวิกฤตค่าครองชีพในปัจจุบัน 

อย่างไรก็ตาม มันเป็นไปได้ว่า อุปกรณ์เหล่านี้มีการเข้าถึงแบบลับๆหรือมีฮาร์ดแวร์/ซอฟต์แวร์ที่ซ่อนอยู่เพื่อทำการโจมตีระยะไกล (สิ่งที่พรรคคอมมิวนิสต์จีนทราบดีว่ามีส่วนเกี่ยวข้อง) นอกจากนี้ ข้อมูลที่รวบรวมโดยอุปกรณ์เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะจัดเก็บไว้ในเซิร์ฟเวอร์ของจีน ซึ่งรัฐบาลจีนสามารถเข้าถึงได้อย่างไม่ต้องสงสัย (ซึ่งเป็นสิ่งที่รัฐบาลจีนนำมาใช้ตามกฎหมาย) 

โดยสรุปทั้งหมดนี้ อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ได้รับประโยชน์อย่างมากจากเทคนิคการผลิตขนาดใหญ่ แต่ในการทำเช่นนั้น สภาพแวดล้อมยังคงต้องดิ้นรน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะรีไซเคิล และการผลิตจำนวนมากก็ทำในสถานที่ห่างไกลซึ่งอาจ ไม่มีสิทธิในการทำงานที่ดีที่สุด แนวทางการผลิตที่ไม่ดี และละเมิดสิทธิผู้บริโภค 

การผลิตในท้องถิ่นจะเป็นทางออกได้หรือไม่?

เมื่อพิจารณาว่ากลไกตลาดและกระบวนการทางอุตสาหกรรมทำงานอย่างไร อาจเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงโทโพโลยีการผลิตอื่นๆ นอกเหนือจากโทโพโลยีที่ครองโลกในปัจจุบัน การผลิตจำนวนมากในโรงงานขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การพิมพ์ 3 มิติ อาจจะเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้ในไม่ช้า เป็นหลัก ทำให้การผลิตเป็นกระบวนการกระจายอำนาจ.

แนวคิดเบื้องหลังการผลิตขนาดจิ๋วในท้องถิ่นก็คือ แทนที่จะมีผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ผลิตในโรงงานแล้วจัดส่งไปทั่วโลก อุปกรณ์ต่างๆ จะถูกผลิตขึ้นเมื่อจำเป็น โดยใช้เทคโนโลยีที่สามารถผลิตชิ้นส่วนในแต่ละขนาดได้อย่างง่ายดาย (เมื่อเทียบกับขนาดใหญ่) . สถานที่ดังกล่าวยังเหมาะสำหรับการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ โดยที่อุปกรณ์ต่างๆ สามารถซื้อขาย กู้คืน และเปลี่ยนให้เป็นวัตถุดิบได้อย่างยั่งยืนเพื่อนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์อื่นๆ ได้ 

การมองเห็นอนาคตที่ยั่งยืน: บทบาทของการผลิตและการรีไซเคิลในท้องถิ่น

ตัวอย่างเช่น เคสโทรศัพท์เก่าที่ทำจากพลาสติกรีไซเคิลสามารถนำมาบดและกลายเป็นเส้นใยเพื่อนำไปใช้สร้างเคสใหม่ได้ เช่นเดียวกับสมาร์ทโฟน โดยสามารถดึงส่วนประกอบหลักออกมาได้ (โปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ และหน้าจอ) และส่วนที่เหลือของอุปกรณ์รีไซเคิลได้อย่างเหมาะสม 

แน่นอนว่าโรงงานขนาดเล็กดังกล่าวจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ของวิศวกร แทนที่จะอาศัยการออกแบบที่ซับซ้อนและมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว อุปกรณ์ต่างๆ จะต้องถูกสร้างขึ้นจากชิ้นส่วนที่ใช้กันทั่วไปซึ่งสามารถประกอบเข้าด้วยกันได้อย่างง่ายดาย ในกรณีของสมาร์ทโฟน อุปกรณ์ในอนาคตจะต้องใช้ขั้วต่อเดี่ยวที่ใช้ได้กับหน้าจอทุกขนาด (คล้ายกับไมโคร HDMI) และสถาปัตยกรรมทั่วไปในเมนบอร์ด 

โรงงานขนาดเล็กดังกล่าวยังช่วยเพิ่มศักยภาพในพื้นที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ห่างไกล แทนที่จะต้องจัดส่งอุปกรณ์ที่อยู่ห่างออกไปหลายพันไมล์ อาจเป็นไปได้ที่จะสร้างผลิตภัณฑ์ตั้งแต่เริ่มต้น เนื่องจากวัสดุรีไซเคิลจะถูกเก็บไว้ที่โรงงานขนาดเล็ก ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการบริโภคจึงน้อยที่สุด ขณะเดียวกันก็ให้บริการที่แน่นอนตามที่คนในพื้นที่ต้องการ

เทคโนโลยีใดที่สามารถเสริมพลังให้กับอนาคตเช่นนี้ได้?

ด้วยสถานะทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน แนวคิดเกี่ยวกับโรงงานขนาดเล็กจึงเป็นความฝันมากกว่าความเป็นจริง แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าแนวคิดนี้ยังห่างไกลจากการถูกทำให้เป็นจริง 

เทคโนโลยีที่โดดเด่นที่สุดในการเสริมพลังให้กับอนาคตดังกล่าวคือการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเป็นผลมาจากความสามารถในการสร้างรูปทรงใดๆ ก็ได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์หรือเครื่องจักรกลหนักที่ซับซ้อน เนื่องจากการพิมพ์ 3 มิติสามารถใช้กับวัสดุรีไซเคิลได้หลากหลาย จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ศูนย์รีไซเคิลในท้องถิ่น บดวัสดุเก่าและเปลี่ยนให้เป็นเม็ดและ/หรือเส้นใย 

นอกจากนี้ เพราะ เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถพิมพ์วัสดุหลายรายการพร้อมกันได้สามารถใช้เพื่อสร้างการออกแบบที่ซับซ้อน โดยพิมพ์ส่วนประกอบต่างๆ ลงในส่วนด้านในของเคสโดยตรง (เช่น เสาอากาศ)

ความก้าวหน้าในการพิมพ์ 3 มิติและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการพิมพ์: การบุกเบิกอนาคตของโรงงานขนาดเล็ก

เทคโนโลยีสำคัญอีกประการหนึ่งที่จะเป็นประโยชน์ต่อโรงงานขนาดเล็กคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการพิมพ์ คล้ายกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ อิเล็กทรอนิกส์พิมพ์เป็นวงจรที่สามารถสร้างได้ จากเทคโนโลยีการพิมพ์แบบดั้งเดิมทั้งหมด (เช่นเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท) ต่างจากเครื่องพิมพ์ 3D อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่พิมพ์ออกมาอาจมีรายละเอียดที่เล็กมาก ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการพิมพ์ส่วนประกอบแบบพาสซีฟในการออกแบบที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม ขณะนี้กำลังดำเนินการเพื่อผลิตเซมิคอนดักเตอร์โดยใช้กระบวนการเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างวงจรการทำงานทั้งหมดจากหมึกพิมพ์ได้ 

CNC เป็นอีกวิธีการผลิตที่จะช่วยให้ตระหนักถึงโรงงานขนาดเล็ก และแม้ว่าเครื่องจักรเหล่านี้จะมีมานานหลายทศวรรษ แต่เมื่อไม่นานมานี้เองที่เครื่องจักรเหล่านี้มีราคาไม่แพงมาก แทนที่จะต้องจ่ายเงินหลายพันดอลลาร์สำหรับหน่วยเดียว เป็นไปได้ที่จะมีเครื่องจักรขนาดเล็กจำนวนมากที่สามารถทำงานได้ในแต่ละโครงการไปพร้อมๆ กัน 

แม้ การแกะสลักด้วยเลเซอร์มีราคาถูกลงซึ่งตัวเองมีประโยชน์อย่างมากต่อการผลิต อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับ CNC ที่ใช้ดอกกัดเชิงกล เครื่องตัดเลเซอร์ทำให้เป็นอัตโนมัติได้ง่ายกว่ามาก สามารถผลิตชิ้นส่วนได้เร็วกว่ามาก และเหมาะสำหรับการผลิตขนาดเล็กถึงขนาดกลาง 

แม้ว่าเทคโนโลยีเหล่านี้จะไม่ใช่ทั้งหมดที่จะช่วยเสริมศักยภาพให้กับโรงงานขนาดเล็ก แต่ก็แสดงให้เห็นว่าการผลิตขนาดเล็กเป็นไปได้อย่างสมบูรณ์แบบ และอาจกลายเป็นโทโพโลยีที่ต้องการสำหรับวิศวกรในอนาคตได้เป็นอย่างดี