Пределы автоматизации и внедрения роботов

[Rattus]

У принтера есть шаг разрешения, в не рамок этого шага не какого сплавления нет, и быть не может.

Ну т.е. надо полагать, что выход годных у всякого аддитивного производства всегда 100%?

[AlexAV]

У принтера есть шаг разрешения, в не рамок этого шага не какого сплавления нет, и быть не может.

В основном точность позиционирования зоны печати. Пока у нас эта точность несколько десятков микрометров - то точность позиционирования зоны наращивания материала и разрешение одно и тоже. Как только мы уходим в зоны разрешений масштаба 1 мкм (а тут нужны будут именно такие), тот сразу появляются ограничивающие моменты, которые связаны исключительно со свойствами материала (из-за наличия теплопроводности материала зона плавления будет заметно шире шага точности позиционирования + различные эффекты связанные с поверхностным натяжением расплава). Две тонкие алюминиевые проволочки с расстоянием между ними масштаба нескольких мкм и отсутствием промежуточного заполняющего материала между ними вы никак не напечатаете, чтобы они не спеклись, при любой точности позиционирования фокуса лазера.

В целом думаю будут навивать из тонкой алюминиевой проволоки с полимерным покрытием.

Собственно так сейчас и делают. При этом алюминий оказывается ну очень сильно неполноценной заменой меди (в силу чего в этой области практически и не используется).

[MenFrame]

Собственно так сейчас и делают. При этом алюминий оказывается ну очень сильно неполноценной заменой меди (в силу чего в этой области практически и не используется).

Как вариант можно на тонкую полимерную нить нанести слой алюминия гальванизацией или осаждением из газовой фазы. По идее должен получиться прочный композитный провод.

Пока у нас эта точность несколько десятков микрометров - то точность позиционирования зоны наращивания материала и разрешение одно и тоже.

Шаг разрешения это в данном случае область за которой не распространяется плавление. Позиционирование конечно может быть более точным.

ну очень сильно неполноценной заменой меди (в силу чего в этой области практически и не используется).

Собственно сейчас нет ни какого смысла экономить на материале. Да и вообще не факт что этот смысл когда нибудь появиться. Промышленное оборудование столь дорогое, что даже если микрокомпоненты делать из золота, его себестоимость не сильно вырастет.

[Mercury127]

Так ведь речь о том, что рано или поздно компоненты станут сильно дороже золота...

[AlexAV]

Шаг разрешения это в данном случае область за которой не распространяется плавление.

В таком определении сейчас принтеров по металлу с разрешением масштаба 1 мкм не существует и скорее всего не может существовать в принципе (у реальных, какая зона плавления, только фокальное пятно лазера имеет диаметр что-то порядка 50 мкм, вот для примера https://sernia.ru/catalog/3d_printery_po_metallu/).

 

Собственно сейчас нет ни какого смысла экономить на материале.

По факту экономят везде, где это физически возможно.

Да и вообще не факт что этот смысл когда нибудь появиться. Промышленное оборудование столь дорогое, что даже если микрокомпоненты делать из золота, его себестоимость не сильно вырастет.

Помимо формальной цены есть ещё банально физическая доступность. Скажем 1000 тонн иридия невозможно купить ни за миллиард, ни за триллион долларов, просто по той причине что её просто вообще неоткуда взять. Так вот, современная электроника - очень ресурсоемкая область, потребляющая редкие элементы в количестве в которых после исчерпания месторождений они заведомо не будут доступны. Те же 900 тонн индия, несколько тысяч тонн серебра, что-то масштаба 1 млн тонн меди (это только то что в платах и микросхемах, без проводов), что-то около 100 тыс. тонн никеля (только на микросхемы и прочие полупроводниковые элементы) - без сульфидных месторождений не будет ни за какие деньги. Тут или придется заменять (что на самом деле не всегда возможно по физическим причинам), или вообще отказываться от соответсвующих технологий.

[Mercury127]

Кстати, а что с обычными шариковыми ручками? На них много иридия уходит?

[MenFrame]

По факту экономят везде, где это физически возможно.

Где это экономически оправдано.

Так вот, современная электроника - очень ресурсная область, потребляющая редкие элементы

Электроника понятие очень широкое, и в принципе не нуждается в незаменимых материалах в значимых количествах. То есть многообразие микроэлектронных технологий по сути гарантирует жизнь электроники как таковой в условиях возобновляемых ресурсов. Хотя какие то отдельные ее технологии отомрут. Скажем большие платы с кучей позолоченных разъемов уйдут в прошлое, на их место придут системы на чипе. Медные кабеля заменят оптикой.
  То есть современный CUDA процессор не каких незаменимых редких элементов в значимых количествах не содержит.

Скажем 1000 тонн иридия невозможно купить ни за миллиард, ни за триллион долларов,

Радий в свое время научились выделять. Был бы спрос.

[MenFrame]

Кстати, а что с обычными шариковыми ручками? На них много иридия уходит?

Чем тебя перо гусиное не устраивает?

[AlexAV]

Электроника понятие очень широкое, и в принципе не нуждается в незаменимых материалах в значимых количествах

Нуждается. Там очень много вещей, где предъявляются очень специфические требования к материалам, которые без редких элементов удовлетворить вообще невозможно. Та же пара никель/серебро почти не заменима (заменима танталом, вольфрамом или платиновыми, но они ещё более дефицитные), попросту материалов металлизации, которые бы не меняли свойства полупроводника за счёт нежелательной диффузии материала металлизации в полупроводник не так что бы много.  Причем все они относятся к редким элементам (алюминий тут можно использовать только на кремнии допированном по  p-типу, по n-типу нельзя (без барьерного слоя), ну или нужен барьерный слой из того же вольфрама, тантала или платины). Прямозонные полупроводники для светодиодов практически все без исключения содержат что-то редкое, особенно те которые имеют сколько-нибудь приемлемую подвижность носителей заряда (единственное исключение, пожалуй, AlN, но у него запрещенная зона 6 эВ, светодиоды для оптической связи из него сделать нельзя так как затухание такого жесткого УФ в оптоволокне будет очень сильное). Медь или серебро для ВЧ техники практически незаменимы. Для всякой высокопроизводительной вычислительной техники ещё гафний с германием. Много чего нужно, причём многое вообще заменить нельзя.

То есть современный CUDA процессор не каких незаменимых редких элементов в значимых количествах не содержит.

О, ну да. Без никеля, меди, тантала, гафния, германия этот процессор работать никак не будет. Практически никакая современная электроника без редких элементов работать не может.

Медные кабеля заменят оптикой.

Так эффективные светодиоды - это чуть ли не первая статья с которой возникнут проблемы (почти все прямозонные полупроводники, особенно с запрещенной зоной менее 3 эВ содержат что-то интересное).

То есть многообразие микроэлектронных технологий

Если разобраться - то нет там никакого многообразия. Всё крутится вокруг двумя с половиной полупроводников. Кремний, III-V полупроводники и карбид кремния. Два с половиной по той причине, что карбид кремния только в силовой электронике нашел применение, в остальных областях как-то не очень. Каждый из них накладывает жесточайшие требования по совместимости материалов, которые без редких элементов вообще удовлетворить нельзя.

Радий в свое время научились выделять.

За всю историю было добыто 1.5 кг радия, ну вот приблизительно в таком количестве (на всю планету) будут доступны элементы из нижней части таблицы кларков (такие как индий или теллур).

[MenFrame]

Без никеля, меди, тантала, гафния, германия этот процессор работать никак не будет.

Только это все во первых не редкие элементы, а во вторых их содержание в конечном изделии измеряется нанограммами. То есть доступность их для микроэлектроники не вызывает вопросов.

Так эффективные светодиоды - это чуть ли не первая статья с которой возникнут проблемы (почти все прямозонные полупроводники, особенно с запрещенной зоной менее 3 эВ содержат что-то интересное).

Давайте конкретно, у меня телек подключен к ПК по оптическому HDMI кабелю. Кабель стоит три тысячи рублей. Вот это самое "интересное" сколько, рублей(копеек) составляет в общих затратах? Ну что бы можно осознать масштаб проблемы.

Всё крутится вокруг двумя с половиной полупроводников.

Я имел ввиду вообще, а не в частности в рамках производственного процесса чипа. Скажем если иза исчерпания индия большие телевизионные панели уйдут в прошлое, то их без проблем заменят лазерные проекторы, очки виртуальной или дополненной реальности.

За всю историю было добыто 1.5 кг радия, ну вот приблизительно в таком количестве (на всю планету) будут доступны элементы из нижней части таблицы кларков (такие как индий или теллур).

Это уже зависит от спроса. Скажем рений прекрасно добывают сейчас ибо востребован и при высокой цене. Его доступность сейчас сопоставима по доступности редкоземов в руде с кларковым содержанием.

[Mercury127]

Чем тебя перо гусиное не устраивает?

дык ить не всякое перо годится, барин...

следует брать внешнее маховое перо из левого крыла гуся, желательно второе, третье и четвёртое от края[9], поскольку перо именно из левого крыла лучше ложится в правую руку пишущего (левши использовали перья из правого крыла или затачивали праворучные перья с обратной стороны)

больно много гусей надо будет...
да и писать им уметь надо.


полдень. XXII век...

[Mercury127]

карбид кремния только в силовой электронике нашел применение, в остальных областях как-то не очень

а почему?

[Проходящий Кот]

А какие материалы нужны для ламповой вакуумной электроники прошлых поколений?

[AlexAV]

Только это все во первых не редкие элементы, а во вторых их содержание в конечном изделии измеряется нанограммами. То есть доступность их для микроэлектроники не вызывает вопросов.

Это всё именно, что редкие элементы. Не редкие - это кислород, кремний, алюминий, кальций, железо, железо, натрий, магний, калий (промежуточную между редкими и породообразующими ещё являются фосфор, фтор и марганец), плюс углерод, как биогенный элемент, и сера с хлором и бромом, как элементы содержащиеся в высоких концентрациях в морской воде. Все остальные (не считая атмосферных газов) - редкие.

И используются они там вовсе не в нанограммовых количествах, а куда как больше. Скажем 5% всего добываемого никеля потребляет микроэлектроника (преимущественно металлизации в микросхемах). А это вообще-то 100 тыс. тонн (конечно большая часть это не процессоры CUDA, а всякая электронная мелочь, т.е. контроллеры, транзисторы, различные электронные реле и т.д., но от этого не легче). А 100 тыс. тонн - это вообще-то много. Германий с гафнием в микросхемы уходят сотни тонн, что для этих элементов тоже много. То что микроэлектроника потребляет незначительные объёмы редких элементов - это миф.

 

Давайте конкретно, у меня телек подключен к ПК по оптическому HDMI кабелю. Кабель стоит три тысячи рублей. Вот это самое "интересное" сколько, рублей(копеек) составляет в общих затратах? Ну что бы можно осознать масштаб проблемы.

А это не важно. Цена определяется балансом спроса и предложения. Если предложение абсолютно не эластично (а для редких элементов не образующих собственных месторождений это так), то если потребность выше предложения, то это доля цены может быть абсолютно любой.

то их без проблем заменят лазерные проекторы, очки виртуальной или дополненной реальности.

Вы думаете их можно сделать без редких элементов?

Скажем рений прекрасно добывают сейчас ибо востребован и при высокой цене.

Весь рений сейчас - исключительно попутный продукт при очистке меди или молибдена. Типичный попутный элемент с абсолютно не эластичным предложением. Вот добываю его 54 тонны и будут добывать 54 тонны вне зависимости от спроса. Просто больше взять негде. Цена при этом может быть совершенно произвольной, на добыче она вообще никак не скажется. Ну и да, 54 тонны рения у нас есть только по той причине, что мы добываем 20 млн. тонн меди. Если меди начнут добывать меньше - пропорционально сократится и добыча рения, причём абсолютно независимо от цены на рений. Как самостоятельный продукт его из руд сейчас ни где не добывают.

Тоже самое будет и с редкими элементами после истощения месторождений. Какие-то элементы будут получать попутно с железом и алюминием и их будет ровно столько, сколько извлекается из того количества алюминевого и железного сырья, которое будут перерабатывать для получения востребованного количества алюминия и железа. И эти объёмы (в сравнение с современными потребностями) будут до смешного малыми. Будет 10 тыс. тонн - никеля и меди, уже счастье. Причём предложение будет абсолютно не эластично, т.е. цена на добычу редких попутных компонент практически вообще влиять не будет. Другие редкие элементы каким-то более-менее естественным образом из отходов производства железа и алюминия добываться не будут, и они вообще станут практически недоступными, буквально на уровне радия.     

[Rattus]

Весь рений сейчас - исключительно попутный продукт при очистке меди или молибдена. Типичный попутный элемент с абсолютно не эластичным предложением. Вот добываю его 54 тонны и будут добывать 54 тонны вне зависимости от спроса. Просто больше взять негде.

Ну, как сказать...

[AlexAV]

Ну, как сказать...

Да, есть это уникальное месторождение, единственное на планете. Причём даже возобновляемое (на эти самые 20 - 36 тонн выносимых с вулканическими газами, которые потенциально можно извлечь). Но по факту там конкретно сейчас добыча не ведётся вообще.

[AlexAV]

а почему?

Главным образом из-за сложности и дороговизны получения его монокристаллов. Всё же метод Чохральского (применяемый для кремния) на много проще и производительнее метода Лели, который приходится использовать при производстве кристаллов карбида кремния. Поэтому карбид кремния сейчас используют только там, где преимущества широкой запрещенной зоны становятся совсем уж заметными (прежде всего в силовой электроники, где это сильно снижает проблемы с теплоотведением, так как электроника из карбида кремния может работать при значительно более высоких температурах, чем кремневая, чуть ли не до 500 градусов).

[crazy_terraformer]

В целом думаю будут навивать из тонкой алюминиевой проволоки с полимерным покрытием. Затем спекут катушку в монолитный сэндвич для прочности. А для того чтобы скомпенсировать низкую эластичность алюминия просто подберут нужные температурные и механические режимы при намотке.

Скандий не поможет из красных шламов?

[AlexAV]

А какие материалы нужны для ламповой вакуумной электроники прошлых поколений?

В электровакуумной лампе есть три технически сложных узла, требовательных к материалам.

Герметичный контакт металл-стекло, сам электро-эмиссионный материал катода и нить накала. Для обеспечения герметичного контакта металла и стекла (или керамики) нужно, чтобы их тепловые коэффициенты были близки, что добиться не так просто. Хорошие параметры удаётся добиться при использовании проволоки из ковара (сплав железа-никеля-кобальта-кремния-марганца) или платинита (несмотря на названия платины в нем нет, это сплав железа и никеля). Есть ещё совсем древние метод - использовать просто сталь, а для герметизации и уплотнения пленку ртути между стеклянной поверхностью и проволокой, который по понятным причинам использовался очень ограниченно, как минимум ртуть - ядовитая. Итого, для этого узла нужны железо и никель (или в древнем и худшем варианте - железо и ртуть).

Эмиссионный катод - тут два варианта. Оксидный и ториевый. Оксидный это смесь оксидов бария и стронция на пористом никеле. Температура работы такого катода небольшая, что в принципе позволяет использовать накальную спираль из нихрома (сплав в основном никеля и хрома). Ториевые - это оксид тория на пористом вольфрама, молибдене, тантале или рении. Требуемая температура накала тут выше и накальная спираль тут должна быть по крайней мере молибденовая.

Итого. Минимальный комплект материалов - это никель, барий, стронций, хром, железо, марганец, алюминий (последние два так же компоненты нихрома) и материал стеклянной или керамической колбы.

Все же транзистор без наворотов и рекордных характеристик (кремний допированный бором и фосфором и никель + алюминий в качестве металлизации + инвар (сплав железа и никеля) на ножки) выглядит менее ресурсоёмким (никель нужен и там и там, но в транзисторе всё же его по количеству меньше будет). Поэтому думаю, что до ламп всё же не дойдет.

[Mercury127]

Итого. Минимальный комплект материалов - это никель, барий, стронций, хром, железо, марганец, алюминий (последние два так же компоненты нихрома) и материал стеклянной или керамической колбы.

а что насчет этого?
https://habr.com/ru/post/227433/
и этого?
https://3dnews.ru/939718