Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut: Mengakhiri E‑Waste

University of Maryland dan Georgia Institute of Technology bekerja sama untuk menciptakan elektronik cetak 3D yang dapat larut pertama kali. Proses baru ini meninjau kembali konsep daur ulang, menggabungkannya dengan manufaktur untuk menciptakan ekonomi sirkular yang mulus. Berikut cara elektronik cetak 3D yang dapat larut dapat menginspirasi generasi baru perangkat berkelanjutan dan lainnya.

Sampah Elektronik (E‑Waste) adalah Masalah Besar

Dunia memiliki masalah dengan teknologinya. Bukan versi terbaru dan terkini, melainkan barang‑barang usang dan rusak yang terus mengisi tempat pembuangan sampah. Elektronik saat ini memiliki banyak komponen berharga, tetapi karena metode pembuatannya, hampir tidak mungkin atau sangat tidak menguntungkan untuk meluangkan waktu mengambil kembali barang‑barang ini melalui daur ulang. Akibatnya, perangkat ini menjadi sampah dengan cepat.

Menurut World Health Organization, e‑waste merupakan kontributor utama polusi global. Laporan terbaru menunjukkan bahwa sekitar 65 juta ton e‑waste akan dibuang tahun ini. Sayangnya, ini merupakan peningkatan 3 juta ton dibandingkan statistik limbah tahun lalu. Statistik ini mengungkap tren berbahaya di mana kurang dari 22 % e‑waste pernah didaur ulang.

Limbah Chip Komputer dan Dampak Lingkungan

Ketika Anda menyelami lebih dalam jenis barang apa yang terbuang, Anda dapat melihat bahwa chip komputer termasuk yang paling populer dan merugikan lingkungan. Standar industri saat ini untuk chip komputer mengandalkan FR‑4. Material ini dibuat dengan menggabungkan kain fiberglass dan resin epoksi. Kemudian, chip dilaminasi dengan foil tembaga di kedua sisi.

Mengatasi Tantangan Sampah Elektronik

Banyak upaya telah dilakukan untuk mengurangi jumlah e‑waste yang dihasilkan secara global. Pendekatan ini mencakup meninjau kembali proses manufaktur, meneliti alternatif material ramah lingkungan, dan mencari opsi yang lebih murah dibandingkan status quo.

Namun, masih ada hambatan signifikan dalam upaya mengurangi limbah. Pertama, metode daur ulang terlalu mahal dan memerlukan mesin khusus, membatasi akses hanya bagi peserta industri. Selain itu, proses daur ulang dapat memerlukan pengumpulan dan transportasi limbah jarak jauh, menambah biaya dan risiko.

Metode yang Mahal

Selain itu, metode saat ini berpusat pada penggunaan panas untuk memisahkan komponen berharga dari bagian chip yang dapat didaur ulang. Pendekatan ini dapat menghasilkan asap beracun dan polutan lain selama proses daur ulang, mengurangi manfaatnya. Selain itu, proses ini sangat intensif energi, menjadikannya sangat mahal untuk dioperasikan.

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

Studi Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Studi “DissolvPCB: Fully Recyclable 3D-Printed Electronics with Liquid Metal Conductors and PVA Substrates 1,” yang dipresentasikan pada UIST 2025, memperkenalkan desain dan metode fabrikasi baru yang memungkinkan pemulihan komponen inti dengan biaya rendah. Desain chip baru, yang disebut DissolvPCB, adalah PCB yang sepenuhnya dapat didaur ulang pertama yang menawarkan kinerja setara dengan chip FDM tradisional.

Sumber – Arxiv

DissolvPCB

Desain, fabrikasi, dan alur kerja daur ulang yang ditingkatkan mengintegrasikan pencetakan 3D FDM berbasis PVA dengan sirkuit logam cair EGaIn untuk memberikan kinerja serupa dari platform yang dapat digunakan kembali. Secara mengesankan, tim menggunakan printer 3D FDM standar untuk membuat chip baru tersebut.

Komposit PCBA

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

Perlu dicatat, polyvinyl alcohol (PVA) larut dalam air dan secara otomatis akan mulai terdegradasi dalam waktu 24 jam setelah direndam. Karakteristik ini menjadikan material tersebut ideal untuk tujuan insinyur. Selain itu, material ini tidak mahal untuk diproduksi dan mudah didapat.

Pengkabelan Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Untuk pengkabelan, tim menggunakan filamen khusus yang disebut EGaIn (eutektik gallium–indium). Material ini adalah logam cair yang dapat dibentuk dan dapat diterapkan langsung dari printer 3D. Ia konduktif seperti tembaga dan dapat diaplikasikan untuk hampir semua bentuk, menjadikannya ideal untuk mikrochip.

Komponen Elektronik

Selain itu, komponen listrik ditambahkan secara manual ke chip setelah proses pencetakan 3D. Selanjutnya, tim menerapkan segel lem polimer, yang dirancang untuk mencegah masuknya kelembaban. Setelah diterapkan, lapisan lem dan chip dipanaskan pada 60°C selama satu jam untuk menyelesaikan proses.

Mencairkan Mikrochip

DissolvePCB memang sesuai dengan namanya. Ia dapat diproses ulang sepenuhnya hanya dengan merendamnya dalam air selama 24‑36 jam. Lebih mengesankan lagi, substrat PCB dapat dikumpulkan dan digunakan kembali sebagai filamen pencetakan pada chip baru. Selain itu, pengkabelan yang terbuat dari EGaIn terpisah menjadi tetesan logam kecil, yang dapat dikumpulkan dan digunakan kembali, bersama dengan komponen yang dipasang secara manual.

Merancang Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

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

Uji Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Sebagai bagian dari fase pengujian, tim membuat beberapa perangkat. Perangkat ini meliputi speaker Bluetooth, mainan fidget, dan tangan gripper. Secara khusus, speaker Bluetooth memiliki PCB berlapis ganda, dan mainan fidget memanfaatkan sirkuit 3D. Tim membangun dan menguji perangkat ini dibandingkan dengan versi yang menggunakan chip tradisional.

Perbandingan mereka dimulai dengan menguji fungsi dan kinerja. Selanjutnya mereka membandingkan chip dalam hal desain. Langkah ini melibatkan pencatatan detail penting tentang dimensi jejak cetak 3D, jarak isolasi minimum, konduktivitas, kapasitas arus, dan metrik kinerja penting lainnya. Mereka juga menguji batas panas dan kelembaban perangkat.

Hasil Uji Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Hasil uji mengungkapkan bahwa desain chip baru memiliki kinerja yang sebanding dengan pendahulunya. Ia menawarkan kemampuan serupa dan dapat dengan mudah menggantikan chip tradisional tanpa masalah. Penemuan ini membuka pintu bagi aplikasi masa depan.

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

Secara khusus, tim mencatat tingkat pemulihan hingga 99,4 % untuk PVA dan 98,6 % untuk logam cair. Persentase ini 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 Larut

Ada banyak manfaat yang dapat diperoleh dari elektronik cetak 3D yang dapat larut. Manfaat yang jelas adalah proses ini akan mengurangi jumlah e‑waste yang terus meningkat di dunia. Proses fabrikasi aditif sederhana ini memiliki daur ulang yang terintegrasi dalam desain intinya, menciptakan ekonomi sirkular dan mengurangi limbah.

Tersedia Secara Luas

Manfaat utama lain dari studi ini adalah ketergantungannya pada material dan proses yang tersedia secara luas. Semua material bahkan printer dapat dibeli oleh siapa saja di toko lokal atau daring. Printer standar yang tidak dimodifikasi tidak mahal dan dapat disesuaikan untuk tugas khusus bila diperlukan.

Fleksibilitas

DissolvPCB membuka pintu untuk tingkat fleksibilitas baru. Pertama, peningkatan CAD memungkinkan insinyur membuat desain chip through‑hole (THT) dan surface‑mounted (SMD) dengan mudah. Mereka juga dapat membuat rakitan satu‑ atau dua sisi, memungkinkan chip ini menemukan tempat di hampir semua elektronik di masa depan.

Dapat Diskalakan

Keuntungan utama lain yang dapat dilihat dari pekerjaan insinyur ini adalah skalabilitas proses. Karena proses daur ulang tidak memerlukan mesin khusus, panas, atau bahan kimia, sangat mudah untuk meningkatkan skala ke aplikasi industri. Oleh karena itu, strategi ini tampaknya menjadi opsi terbaik untuk pencegahan limbah ke depan.

Aplikasi Dunia Nyata dan Garis Waktu untuk Elektronik yang Dapat Larut

Ada banyak aplikasi dunia nyata untuk elektronik yang dapat larut. Pertama, mereka ideal untuk prototipe dan tujuan riset. Banyak limbah yang dihasilkan dalam R&D. 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 digabungkan dengan metode pencetakan lain untuk menciptakan elektronik yang berfungsi. Ketika dipadukan dengan desain cetak yang menampilkan perilaku mekanik yang dapat diprogram, strategi fabrikasi ini memungkinkan cetakan kompleks yang dapat digunakan untuk segala hal mulai dari chip komputer hingga sensor sekali pakai.

Aplikasi Medis

Jika insinyur dapat menemukan cara yang dapat diandalkan untuk mencegah paparan awal terhadap kelembaban, chip ini dapat menjadi ideal untuk aplikasi medis. Ada beberapa perangkat medis, seperti pacemaker, yang memerlukan prosedur invasif untuk pemasangan dan penghapusan.

Di masa depan, profesional medis dapat membuat perangkat ini dengan port yang memungkinkan perangkat tersebut dibanjiri air ketika tidak lagi diperlukan. Pendekatan ini dapat membantu melarutkan perangkat dan mengurangi kontaminasi serta prosedur bedah.

Elektronik Sekali Pakai

Penggunaan utama lainnya adalah dalam dunia elektronik sekali pakai. Elektronik sekali pakai seperti vape dan perangkat lainnya dapat dibuat dengan mempertimbangkan masa pakainya. Perangkat ini, yang terus mengisi tempat pembuangan, dapat dengan mudah didaur ulang sebagai bagian dari siklus hidupnya, membuka pintu bagi elektronik yang benar‑benar dapat dibuang di masa depan.

Garis Waktu Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Anda dapat mengharapkan chip ini masuk ke dalam elektronik dalam 5 tahun ke depan. Ada permintaan kuat untuk chip yang dapat didaur ulang, dan pendekatan ini menawarkan fleksibilitas serta kinerja yang dibutuhkan insinyur. Karya mereka akan membantu menginspirasi praktik manufaktur berkelanjutan ke depan.

Peneliti Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Insinyur dari University of Maryland, Georgia Institute of Technology, dan institusi lain bekerja sama untuk mengungkapkan studi elektronik cetak 3D yang dapat larut. Makalah tersebut 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, serta Google.

Masa Depan Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut

Masa depan DissolvPCB bergantung pada beberapa faktor kunci. Pertama, tim perlu melakukan lebih banyak pekerjaan untuk menunjukkan keandalan dan daya tahan desain chip baru mereka. Selain itu, mereka harus terus mengeksplorasi cara agar chip terhindar dari paparan kelembaban hingga waktunya didaur ulang.

Berinvestasi dalam Manufaktur Semikonduktor

Ada banyak perusahaan di bidang fabrikasi chip. Perusahaan‑perusahaan ini memegang peran penting dalam sektor elektronik dan teknologi, memberi daya pada perangkat paling canggih saat ini. Berikut satu perusahaan yang tetap menjadi kekuatan inovatif dalam fabrikasi chip.

Advanced Micro Devices Inc.

Advanced Micro Devices Inc. diluncurkan pada 1 Mei 1969, untuk menyediakan semikonduktor yang handal 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 gebrakan berkat peluncuran register geser Am9300 pada 1970. Pada 1982, perusahaan telah menjalin kesepakatan yang mempartner mereka dengan pemimpin industri Intel dan lainnya. Kemitraan strategis ini membantu meningkatkan pengenalan merek dan posisi pasar.

Berita dan Kinerja Saham Advanced Micro Devices (AMD) Terbaru

Elektronik Cetak 3D yang Dapat Larut | Kesimpulan

Mudah untuk melihat mengapa elektronik cetak 3D yang dapat larut dapat membuka pintu bagi ekonomi yang lebih aman dan sehat. Perangkat ini dapat memastikan tempat pembuangan tidak terlalu penuh dan komponen elektronik usang tidak berakhir di lingkungan kita. Karena alasan ini dan banyak lagi, para insinyur ini pantas 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, July 29). DissolvPCB: Fully Recyclable 3-D-Printed Electronics with Liquid Metal Conductors and PVA Substrates (arXiv:2507.22193). arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.22193}