Elektronik Cetak 3D yang Dapat Dilarutkan: Mengakhiri Limbah Elektronik

Para insinyur dari University of Maryland dan Georgia Institute of Technology berkolaborasi untuk menciptakan perangkat elektronik cetak 3D pertama yang dapat larut. Proses baru ini merombak konsep daur ulang, menggabungkannya dengan manufaktur untuk menciptakan ekonomi sirkular yang mulus. Berikut bagaimana perangkat elektronik cetak 3D yang dapat larut dapat menginspirasi generasi baru perangkat berkelanjutan dan banyak lagi.

Limbah Elektronik Menjadi Perhatian Utama

Dunia sedang menghadapi masalah dengan teknologinya. Bukan versi terbarunya, melainkan barang-barang usang dan rusak yang terus menumpuk di tempat pembuangan sampah. Barang elektronik saat ini memiliki banyak komponen berharga, tetapi karena metode konstruksinya, hampir mustahil atau sangat tidak menguntungkan untuk meluangkan waktu untuk mendaur ulang barang-barang ini. Akibatnya, perangkat-perangkat ini cepat menjadi sampah.

Menurut Organisasi Kesehatan DuniaLimbah elektronik merupakan penyumbang utama polusi global. Sebuah laporan terbaru menunjukkan bahwa sekitar 65 juta ton limbah elektronik akan dibuang tahun ini. Sayangnya, angka ini menunjukkan peningkatan 3 juta ton dibandingkan statistik limbah tahun lalu. Statistik ini menunjukkan tren berbahaya di mana kurang dari 22% limbah elektronik yang didaur ulang.

Limbah Chip Komputer dan Dampak Lingkungan

Jika Anda menelaah lebih lanjut jenis-jenis barang yang terbuang, Anda akan menyadari bahwa cip komputer termasuk yang paling populer dan berdampak buruk bagi lingkungan. Standar industri cip komputer saat ini menggunakan FR-4. Material ini dibuat dengan menggabungkan kain fiberglass dan resin epoksi. Kemudian, cip tersebut dilaminasi dengan foil tembaga di kedua sisinya.

Memerangi Tantangan Limbah Elektronik

Telah banyak upaya dilakukan untuk mengurangi jumlah limbah elektronik yang dihasilkan secara global. Pendekatan-pendekatan ini meliputi pemikiran ulang proses manufaktur, penelitian alternatif material yang ramah lingkungan, dan pencarian opsi yang lebih murah dibandingkan kondisi saat ini.

Namun, masih terdapat hambatan signifikan dalam upaya pengurangan sampah. Salah satunya, metode daur ulang terlalu mahal dan membutuhkan mesin khusus, sehingga akses terbatas hanya untuk pelaku industri. Selain itu, proses daur ulang dapat mengharuskan sampah dikumpulkan dan diangkut dalam jarak jauh, sehingga menambah biaya dan risiko.

Metode yang Mahal

Selain itu, metode yang ada saat ini berfokus pada pemanfaatan panas untuk memisahkan komponen berharga dari serpihan chip yang dapat didaur ulang. Pendekatan ini dapat menghasilkan asap beracun dan polutan lainnya selama proses daur ulang, sehingga mengurangi manfaatnya. Selain itu, metode ini sangat boros energi, sehingga biaya operasionalnya pun sangat mahal.

Masalah utama lainnya dengan strategi daur ulang chip PCB adalah bahwa perangkat ini dirancang untuk memenuhi desain spesifik produk. Oleh karena itu, perangkat-perangkat ini dapat difusi dengan berbagai cara dan menggunakan material yang membuatnya semakin sulit dipisahkan selama proses daur ulang. Bahkan program daur ulang PCB berbasis FR-4 terbaik pun hanya mendukung pemulihan sebagian komponen berharga.

Studi Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Pembelajaran "DissolvPCB: Elektronik Cetak 3D yang Dapat Didaur Ulang Sepenuhnya dengan Konduktor Logam Cair dan Substrat PVA 1,” yang dipresentasikan di UIST 2025memperkenalkan desain dan metode fabrikasi baru yang memungkinkan pemulihan komponen inti berbiaya rendah. Desain chip baru ini, yang disebut DissolvPCB, merupakan PCB pertama yang sepenuhnya dapat didaur ulang yang menawarkan kinerja setara dengan chip FDM tradisional.

Sumber - ArXiv

Larutkan PCB

Alur kerja desain, fabrikasi, dan daur ulang yang disempurnakan mengintegrasikan pencetakan 3D FDM berbasis PVA dengan sirkuit logam cair EGaIn untuk menghasilkan kinerja yang serupa dengan platform yang dapat digunakan kembali. Hebatnya, tim ini memanfaatkan printer 3D FDM siap pakai untuk menciptakan chip baru ini.

Komposit PCBA

Salah satu langkah awal dalam proses ini adalah menemukan material yang lebih baik untuk menciptakan papan sirkuit cetak 3D yang stabil. Setelah banyak penelitian, tim memutuskan untuk menggunakan komposit PCB baru yang mengintegrasikan dielektrik polivinil alkohol (PVA) yang dapat larut dalam air sebagai material dasarnya.

Khususnya, polivinil alkohol (PVA) larut dalam air dan akan terurai secara otomatis dalam waktu 24 jam setelah terendam. Karakteristik inilah yang menjadikan material ini ideal untuk tujuan para insinyur. Selain itu, biaya pembuatannya rendah dan mudah didapatkan.

Kabel Elektronik Cetak 3D yang Dapat Dilarutkan

Untuk pengkabelannya, tim menggunakan filamen khusus yang disebut EGaIn (eutektik galium-indium). Material ini berupa logam cair lunak yang dapat diaplikasikan langsung dari printer 3D. Filamen ini bersifat konduktif seperti tembaga dan dapat diaplikasikan untuk hampir semua bentuk, sehingga ideal untuk mikrochip.

Komponen Elektronik

Selain itu, komponen-komponen listrik ditambahkan secara manual ke dalam chip setelah proses pencetakan 3D. Setelah itu, tim menerapkan segel lem polimer yang dirancang untuk mencegah kelembapan. Setelah diaplikasikan, lapisan lem dan chip dipanaskan hingga 60°C selama satu jam untuk menyelesaikan proses.

Melarutkan Microchip

DissolvePCB sesuai dengan namanya. Produk ini dapat diproses ulang sepenuhnya hanya dengan merendamnya dalam air selama 24-36 jam. Yang lebih mengesankan lagi, substrat PCB dapat dikumpulkan dan digunakan kembali sebagai filamen cetak pada chip baru. Selain itu, kabel yang terbuat dari EGaIn terpisah menjadi tetesan logam kecil, yang dapat dikumpulkan dan digunakan kembali, bersama komponen-komponen yang ditempatkan secara manual.

Merancang Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Untuk merancang chip baru mereka, tim memutuskan untuk membuat peningkatan CAD khusus. Plugin FreeCAD sumber terbuka memudahkan para insinyur untuk mengubah skema sirkuit tradisional menjadi desain yang dapat dicetak 3D secara otomatis. Pendekatan ini akan membantu mengurangi adopsi pengguna baru dan memudahkan para insinyur untuk membuat jejak sirkuit tiga dimensi, sehingga memperluas skenario penggunaan secara signifikan.

Uji Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Sebagai bagian dari fase pengujian, tim menciptakan beberapa perangkat. Perangkat-perangkat ini meliputi speaker Bluetooth, mainan fidget, dan tangan penggenggam. Speaker Bluetooth ini memiliki PCB dua sisi, dan mainan fidget ini memanfaatkan sirkuit 3D. Tim membangun dan menguji perangkat-perangkat ini dengan versi yang menggunakan chip tradisional.

Perbandingan mereka dimulai dengan menguji fungsionalitas dan kinerja. Kemudian, mereka membandingkan desain chip. Langkah ini melibatkan pengumpulan detail penting seperti dimensi jejak hasil cetak 3D, jarak insulasi minimum, konduktivitas, kapasitas arus, dan metrik kinerja krusial lainnya. Mereka juga menguji batas panas dan kelembapan perangkat.

Hasil Uji Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Hasil pengujian menunjukkan bahwa desain chip baru ini memiliki kinerja yang sebanding dengan pendahulunya. Chip ini menawarkan kemampuan serupa dan dapat dengan mudah digunakan untuk menggantikan chip tradisional tanpa masalah. Penemuan ini membuka peluang untuk aplikasi di masa mendatang.

Dalam hal daur ulang, desain chip baru ini mengungguli opsi sebelumnya. Tim mencatat bahwa pendekatan menyeluruh mereka memungkinkan pembongkaran dan pemulihan komponen yang mudah hanya dengan merendamnya dalam air. Mereka mendokumentasikan bahwa metode ini dapat dilakukan secara lokal, tidak memerlukan keahlian, dan memberikan hasil pemulihan yang jauh lebih tinggi dibandingkan opsi daur ulang lainnya.

Secara spesifik, tim mencatat tingkat pemulihan hingga 99.4% untuk PVA dan 98.6% untuk logam cair. Persentase ini jauh melampaui kinerja semua metode daur ulang dan pemulihan sebelumnya. Selain itu, tim mencatat bahwa semua komponen listrik yang dipulihkan tetap berfungsi.

Geser untuk menggulir →

Manfaat Elektronik Cetak 3D yang Dapat Dilarutkan

Ada banyak manfaat yang bisa didapat dari elektronik cetak 3D yang dapat larut. Manfaat yang paling jelas adalah proses ini akan mengurangi jumlah limbah elektronik yang terus meningkat di dunia. Proses fabrikasi aditif yang sederhana ini telah mengintegrasikan daur ulang ke dalam desain intinya, menciptakan ekonomi sirkular dan mengurangi limbah.

Tersedia secara luas

Manfaat utama lainnya dari studi ini adalah penggunaan material dan proses yang tersedia secara luas. Semua material dan bahkan printer dapat dibeli oleh siapa pun di toko lokal atau daring. Printer siap pakai tanpa modifikasi tidak mahal dan dapat disesuaikan untuk tugas-tugas khusus jika diperlukan.

keluwesan

DissolvPCB membuka pintu bagi tingkat fleksibilitas baru. Salah satunya, peningkatan CAD memungkinkan para insinyur untuk membuat desain chip tembus lubang (THT) dan terpasang di permukaan (SMD) dengan mudah. ​​Mereka juga dapat membuat rakitan satu sisi atau dua sisi, sehingga chip ini dapat digunakan di hampir semua perangkat elektronik di masa mendatang.

scalable

Keunggulan utama lainnya yang dapat dilihat dari karya insinyur ini adalah skalabilitas prosesnya. Karena proses daur ulang tidak memerlukan mesin khusus, panas, atau bahan kimia, proses ini sangat mudah untuk ditingkatkan ke aplikasi industri. Dengan demikian, tampaknya strategi ini dapat menjadi pilihan terbaik untuk pencegahan limbah di masa mendatang.

Aplikasi Dunia Nyata dan Garis Waktu untuk Elektronik yang Dapat Dilarutkan

Ada banyak aplikasi nyata untuk elektronik yang dapat larut. Salah satunya, elektronik ini ideal untuk keperluan prototipe dan penelitian. Limbah yang dihasilkan dalam proses R&D cukup banyak. Desain chip ini ideal untuk eksperimen karena menghilangkan limbah dan memungkinkan fleksibilitas penuh dalam desain dan aplikasi.

Elektronik Cetak 3D yang Berfungsi

Metode fabrikasi ini dapat dikombinasikan dengan metode cetak lainnya untuk menciptakan perangkat elektronik yang berfungsi. Ketika dipadukan dengan desain cetak yang menampilkan perilaku mekanis yang dapat diprogram, strategi fabrikasi ini memungkinkan cetakan kompleks yang dapat digunakan untuk berbagai hal, mulai dari chip komputer hingga sensor sekali pakai.

Aplikasi Medis

Jika para insinyur dapat menemukan cara yang andal untuk mencegah paparan awal terhadap kelembapan, chip ini bisa menjadi ideal untuk aplikasi medis. Ada beberapa perangkat medis, seperti alat pacu jantung, yang memerlukan prosedur invasif untuk pemasangan dan pelepasannya.

Di masa mendatang, tenaga medis dapat menciptakan perangkat ini dengan port yang memungkinkannya dibanjiri air saat tidak lagi dibutuhkan. Pendekatan ini dapat membantu melarutkan perangkat dan mengurangi kontaminasi serta prosedur bedah.

Elektronik Sekali Pakai

Pemanfaatan utama lainnya adalah di dunia elektronik sekali pakai. Elektronik sekali pakai seperti vape dan perangkat lainnya dapat diciptakan dengan mempertimbangkan masa pakainya. Perangkat-perangkat ini, yang terus membanjiri tempat pembuangan sampah, dapat dengan mudah didaur ulang sebagai bagian dari siklus hidupnya, membuka pintu bagi elektronik sekali pakai di masa depan.

Linimasa Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Chip ini diperkirakan akan memasuki dunia elektronik dalam 5 tahun ke depan. Permintaan chip daur ulang sangat tinggi, dan pendekatan ini menawarkan fleksibilitas dan kinerja yang dibutuhkan para insinyur. Karya mereka akan membantu menginspirasi praktik manufaktur berkelanjutan di masa mendatang.

Peneliti Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Para insinyur dari University of Maryland, Georgia Institute of Technology, dan berbagai institusi lainnya bekerja sama untuk mengungkap studi elektronik cetak 3D yang dapat larut ini. Makalah ini mencantumkan Huaishu Peng, Zeyu Yan, SuHwan Hong, Huaishu Peng, Tingyu Cheng, dan Josiah Hester sebagai kontributor utama.

Proyek ini menerima dukungan finansial dan material dari Sandbox, Jagdeep Singh Family Makerspace, Terrapin Works, dan BioWorkshop. Mereka juga menerima hibah dari National Science Foundation dan Alfred P. Sloan Foundation, VMware, dan Google.

Masa Depan Elektronik Cetak 3D yang Dapat Dilarutkan

Masa depan DissolvPCB bergantung pada beberapa faktor kunci. Salah satunya, tim perlu melakukan lebih banyak upaya untuk membuktikan keandalan dan daya tahan desain chip baru mereka. Selain itu, mereka harus terus mengeksplorasi cara untuk memastikan chip terhindar dari paparan kelembapan hingga tiba waktunya untuk didaur ulang.

Berinvestasi dalam Manufaktur Semikonduktor

Ada banyak perusahaan di bidang fabrikasi chip. Perusahaan-perusahaan ini memegang peran penting dalam sektor elektronik dan teknologi, mendukung perangkat-perangkat tercanggih saat ini. Berikut satu perusahaan yang tetap menjadi kekuatan inovatif dalam fabrikasi chip.

Perangkat Mikro Lanjutan Inc.

Advanced Micro Devices Inc. diluncurkan pada 1 Mei 1969 untuk menyediakan semikonduktor yang andal bagi pasar komputer yang sedang berkembang. Perusahaan ini didirikan oleh Jerry Sanders dan tim insinyur yang semuanya berasal dari Fairchild Semiconductor.

Advanced Micro Devices memasuki pasar dengan gemilang berkat peluncuran register geser Am9300 pada tahun 1970. Pada tahun 1982, perusahaan menjalin kerja sama dengan pemimpin industri, Intel, dan perusahaan lainnya. Kemitraan strategis ini membantu meningkatkan pengenalan merek dan posisi pasar.

Perusahaan terus mendorong batasan performa dengan prosesor Athlon-nya. Prosesor ini merupakan chip pertama yang mencapai kecepatan clock 1GHz, yang membantu perusahaan meraih dukungan kuat dari para produsen. Kini, Advanced Micro Devices merupakan pemimpin di industri game, pengembangan chip, pusat data, dan GPU, serta industri lainnya.

Berita dan Kinerja Saham Advanced Micro Devices (AMD) Terbaru

Elektronik Cetak 3D yang Dapat Dilarutkan | Kesimpulan

Mudah dipahami mengapa perangkat elektronik cetak 3D yang dapat larut dapat membuka pintu bagi perekonomian yang lebih aman dan sehat. Perangkat ini dapat memastikan tempat pembuangan sampah tidak terlalu penuh dan komponen elektronik usang tidak berakhir di lingkungan kita. Atas alasan-alasan ini dan masih banyak lagi, para insinyur ini layak mendapatkan tepuk tangan meriah.

Pelajari terobosan pencetakan 3D keren lainnya di sini.

Referensi:

^{1. Yan, Z., Hong, S., Hester, J., Cheng, T., & Peng, H. (2025, 29 Juli). DissolvPCB: Elektronik Cetak 3-D yang Dapat Didaur Ulang Sepenuhnya dengan Konduktor Logam Cair dan Substrat PVA (arXiv:2507.22193). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.22193}