Jaringan komputer (Computer Network) adalah sekelompok komputer yang berbagi sumber daya yang terletak di atau disediakan oleh node jaringan. Komputer menggunakan protokol komunikasi standar untuk berkomunikasi satu sama lain melalui tautan digital. Koneksi ini terdiri dari teknologi jaringan telekomunikasi berdasarkan metode frekuensi radio kabel fisik, optik dan nirkabel yang dapat diatur dalam topologi jaringan yang berbeda.

Node dalam jaringan komputer dapat mencakup komputer pribadi, server, perangkat jaringan, atau host khusus atau umum lainnya. Mereka diidentifikasi berdasarkan alamat email dan mungkin memiliki nama host. Nama host adalah label yang mudah diingat untuk node dan jarang diubah setelah pengaturan awal. Alamat jaringan digunakan untuk mencari dan mengidentifikasi node menggunakan protokol komunikasi seperti Protokol Internet.

Jaringan komputer dapat diklasifikasikan menurut banyak kriteria, termasuk media transmisi yang digunakan untuk mengirimkan sinyal, bandwidth, protokol komunikasi untuk mengatur lalu lintas jaringan, ukuran jaringan, topologi, mekanisme kontrol lalu lintas, dan tujuan organisasi. Komputer. jaringan mendukung banyak aplikasi dan layanan seperti akses Internet, video dan audio digital, berbagi aplikasi dan server penyimpanan, printer dan faks, serta menggunakan email dan pesan instan.

_{Topologi jaringan umum.}

Sejarah singkat

Jaringan komputer dapat dianggap sebagai subdisiplin ilmu komputer, teknologi informasi dan telekomunikasi karena didasarkan pada penerapan teoritis dan praktis dari disiplin ilmu terkait. Jaringan komputer telah dipengaruhi oleh berbagai macam perkembangan teknologi dan tonggak sejarah.

• Pada akhir 1950-an, modem Bell 101 digunakan untuk membangun jaringan komputer untuk Lingkungan Darat Semi-Otomatis (SAGE) Angkatan Darat AS. Ini adalah modem komputer komersial pertama yang dirilis oleh AT&T Corporation pada tahun 1958. Modem ini memungkinkan transmisi data digital melalui saluran telepon standar tanpa syarat dengan kecepatan 110 bit per detik (bit/s).
• Pada tahun 1959 Christopher Strachey mengajukan permohonan paten untuk pembagian waktu dan John McCarthy memulai proyek pertama yang menerapkan pembagian waktu dalam program pengguna di MIT. Strachey menyampaikan konsep tersebut kepada J. C. R. Licklider pada konferensi pemrosesan informasi pertama UNESCO di Paris pada tahun yang sama. McCarthy berkontribusi pada tiga sistem pembagian waktu yang paling awal (Sistem Pembagian Waktu yang Kompatibel pada tahun 1961, Sistem Pembagian Waktu BBN pada tahun 1962, dan Sistem Pembagian Waktu Dartmouth pada tahun 1963).
• Pada tahun 1959, Anatoli Kitov mengusulkan kepada Komite Sentral ÜK(b)P sebuah rencana rinci untuk mengatur kembali kendali angkatan bersenjata Soviet dan ekonomi Soviet berdasarkan jaringan pusat komputer. . Usulan Kitovand ditolak, begitu pula proyek jaringan manajemen ekonomi OGAS tahun 1962.
• Pada tahun 1960, lingkungan penelitian bisnis semi-otomatis (SABRE) untuk sistem reservasi maskapai penerbangan komersial diimplementasikan pada dua komputer mainframe yang terhubung.
• Pada tahun 1963, J.C.R. Licklider mengirimkan memo kepada rekan kantornya membahas konsep andquot; Sebuah "jaringan komputer intergalaksi" adalah jaringan komputer yang dirancang untuk memungkinkan komunikasi umum antar pengguna komputer. Selama tahun 1960an, Paul Baran dan Donald Davies secara mandiri mengembangkan konsep paket untuk mentransfer informasi antar komputer melalui jaringan. Davies memelopori konsep tersebut. Jaringan NPL, jaringan lokal National Physical Laboratory (UK), menggunakan kecepatan saluran 768 kbit/s dan kemudian koneksi T1 berkecepatan tinggi (kecepatan saluran 1,544 Mbit/s).
• Pada tahun 1965, Western Electric memperkenalkan saklar telepon pertama yang banyak digunakan yang menerapkan kontrol komputer dalam struktur switching.
• Pada tahun 1969, empat node ARPANET pertama dihubungkan menggunakan tautan 50 kbit/s antara Universitas California, Los Angeles, Institut Penelitian Stanford, Universitas California, Santa Barbara, dan Universitas Utah. Pada awal tahun 1970-an, Leonard Kleinrock melakukan pekerjaan matematika untuk memodelkan pengoperasian jaringan packet-switched yang mendukung pengembangan ARPANET. Karya teoretisnya mengenai perutean hierarki pada akhir tahun 1970-an bersama mahasiswanya, Farouk Kamoun, sangat penting bagi cara kerja Internet saat ini.
• Pada tahun 1972, layanan komersial pertama kali digunakan pada jaringan data publik di Eropa, yang mulai menggunakan X.25 pada akhir tahun 1970-an dan menyebar ke seluruh dunia. Infrastruktur yang mendasarinya digunakan untuk memperluas jaringan TCP/IP pada tahun 1980an.
• Pada tahun 1973, jaringan CYCLADES Perancis, yang dipimpin oleh Louis Pouzin, adalah yang pertama menjadikan host bertanggung jawab atas transmisi data yang andal, bukan layanan terpusat pada jaringan itu sendiri.
• Pada tahun 1973, Peter Kirstein meluncurkan jaringan di University College London (UCL) yang menghubungkan ARPANET ke jaringan akademik Inggris, jaringan komputer heterogen internasional pertama.
• Pada tahun 1973, Robert Metcalfe menulis memo resmi kepada Xerox PARC yang menjelaskan Ethernet, sistem jaringan berbasis Aloha yang dikembangkan oleh Norman Abramson dan rekannya di Universitas Hawaii pada tahun 1960an. Pada bulan Juli 1976, Robert Metcalfe dan David Boggs menerbitkan artikel dan kutipan mereka;Ethernet: Peralihan Paket Terdistribusi untuk Jaringan Komputer Lokaldanquot; dan berkolaborasi dalam beberapa paten yang diperoleh pada tahun 1977 dan 1978.
• Pada tahun 1974, Vint Cerf, Yogen Dalal, dan Carl Sunshine menerbitkan spesifikasi Protokol Kontrol Transmisi (TCP) RFC 675, yang menciptakan istilah Internet sebagai singkatan untuk jaringan.
• Pada tahun 1976, John Murphy dari Datapoint Corporation menciptakan ARCNET, jaringan token-forward yang pertama kali digunakan untuk berbagi perangkat penyimpanan.
• Pada tahun 1977, GTE menyebarkan jaringan serat optik jarak jauh pertama di Long Beach, California.
• Pada tahun 1977, Robert Metcalfe dan Yogen Dalal mengembangkan Xerox Network Systems (XNS) di Xerox.
• Pada tahun 1979, Robert Metcalfe berupaya menjadikan Ethernet sebagai standar terbuka.
• Pada tahun 1980, Ethernet ditingkatkan dari protokol asli 2,94 Mbit/s menjadi protokol 10 Mbit/s yang dikembangkan oleh Ron Crane, Bob Garner, Roy Ogus, dan Yogen Dalal.
• Pada tahun 1995, kecepatan transmisi Ethernet meningkat dari 10 Mbit/s menjadi 100 Mbit/s. Pada tahun 1998, Ethernet mendukung kecepatan transmisi 1 Gbit/s. Kecepatan lebih tinggi hingga 400 Gbit/dtk ditambahkan kemudian (mulai 2018). Penskalaan Ethernet telah mempengaruhi kelanjutan penggunaannya.

Penggunaan

Jaringan komputer memperluas komunikasi antara orang-orang secara elektronik menggunakan berbagai teknologi seperti email, pesan instan, obrolan online, panggilan suara dan video, dan konferensi video. Jaringan memungkinkan berbagi sumber daya jaringan dan komputasi. Pengguna dapat mengakses dan mengakses sumber daya yang disediakan oleh perangkat jaringan, seperti mencetak dokumen ke printer jaringan bersama atau menggunakan perangkat penyimpanan bersama. Jaringan memungkinkan berbagi file, data, dan jenis informasi lainnya dengan mengizinkan pengguna yang berwenang untuk mengakses informasi yang disimpan di komputer lain di jaringan. Komputasi terdistribusi menggunakan sumber daya komputer untuk melakukan tugas melalui jaringan.

Network packet

_{Network Packet.}

Sebagian besar jaringan komputer modern menggunakan protokol berdasarkan transmisi berbasis paket. Paket jaringan adalah unit data terformat yang dibawa melalui jaringan packet-switched. Paket terdiri dari dua jenis data: data kontrol dan data pengguna (payload). Informasi kontrol berisi data yang dibutuhkan jaringan untuk mengirimkan informasi pengguna, seperti alamat jaringan sumber dan tujuan, kode kesalahan, dan informasi urutan. Biasanya, informasi kontrol ditemukan di header paket dan trailer dengan informasi berguna di antaranya.

Paket dapat mendistribusikan bandwidth media transmisi dengan lebih baik antar pengguna dibandingkan jika jaringan dialihkan. Jika salah satu pengguna tidak mengirimkan paket, link tersebut dapat diisi dengan paket dari pengguna lain, sehingga biaya dapat ditanggung bersama dengan gangguan yang relatif sedikit, selama link tersebut tidak banyak digunakan. Seringkali, rute yang harus diambil paket melalui jaringan tidak segera tersedia. Dalam hal ini, paket dimasukkan ke dalam antrian dan menunggu hingga link tersedia.

Teknologi tautan fisik dalam jaringan paket biasanya membatasi ukuran paket hingga unit transmisi maksimum (MTU) tertentu. Pesan yang lebih panjang dapat dipecah-pecah sebelum dikirim, dan ketika paket tiba, paket-paket tersebut disusun kembali untuk membentuk pesan asli.
 

Disadur dari: en.wikipedia.org 

Logam, dari bahasa Yunani Kuno μέταλλον (métallon) yang berarti 'tambang, tambang, logam', adalah bahan yang ketika baru disiapkan, dipoles, atau dipatahkan, menunjukkan tampilan yang berkilau, serta menghantarkan listrik dan panas dengan relatif baik. Logam biasanya ulet (dapat ditarik menjadi kabel) dan mudah dibentuk (dapat dipalu menjadi lembaran tipis). Sifat-sifat ini adalah hasil dari ikatan logam antara atom atau molekul logam. Logam dapat berupa unsur kimia seperti besi; paduan seperti baja tahan karat; atau senyawa molekuler seperti sulfur nitrida polimer.

Dalam fisika, logam umumnya dianggap sebagai zat apa pun yang mampu menghantarkan listrik pada suhu nol mutlak. Banyak elemen dan senyawa yang biasanya tidak diklasifikasikan sebagai logam menjadi logam di bawah tekanan tinggi. Sebagai contoh, yodium bukan logam secara bertahap menjadi logam pada tekanan antara 40 hingga 170 ribu kali tekanan atmosfer. Demikian pula, beberapa bahan yang dianggap sebagai logam dapat menjadi bukan logam. Natrium, misalnya, menjadi bukan logam pada tekanan di bawah dua juta kali tekanan atmosfer, meskipun pada tekanan yang lebih tinggi lagi diperkirakan akan menjadi logam lagi.

Dalam kimia, dua elemen yang seharusnya memenuhi syarat (dalam fisika) sebagai logam rapuh - arsenik dan antimon - biasanya dikenal sebagai metaloid karena sifat kimianya (sebagian besar non-logam untuk arsenik, dan seimbang antara logam dan non-logam untuk antimon). Sekitar 95 dari 118 elemen dalam tabel periodik adalah logam (atau kemungkinan besar adalah logam). Jumlahnya tidak tepat karena batas antara logam, bukan logam, dan metaloid sedikit berfluktuasi karena kurangnya definisi yang diterima secara universal tentang kategori yang terlibat.

Dalam astrofisika, istilah "logam" digunakan secara lebih luas untuk merujuk pada semua elemen kimia dalam bintang yang lebih berat daripada helium, dan bukan hanya logam tradisional. Dalam hal ini, empat "logam" pertama yang terkumpul di dalam inti bintang melalui nukleosintesis adalah karbon, nitrogen, oksigen, dan neon, yang kesemuanya merupakan unsur kimia non-logam. Sebuah bintang menggabungkan atom-atom yang lebih ringan, sebagian besar hidrogen dan helium, menjadi atom-atom yang lebih berat selama masa hidupnya. Dalam hal ini, metalitas suatu objek astronomi adalah proporsi materi yang terdiri dari unsur-unsur kimia yang lebih berat.

Logam, sebagai unsur kimia, menyusun 25% kerak Bumi dan hadir dalam banyak aspek kehidupan modern. Kekuatan dan ketahanan beberapa logam telah menyebabkan logam sering digunakan dalam, misalnya, konstruksi bangunan dan jembatan bertingkat tinggi, serta sebagian besar kendaraan, banyak peralatan rumah tangga, perkakas, pipa, dan rel kereta api. Logam mulia secara historis digunakan sebagai mata uang, tetapi di era modern, logam mata uang telah meluas ke setidaknya 23 unsur kimia.

Sejarah logam mulia diperkirakan dimulai dengan penggunaan tembaga sekitar 11.000 tahun yang lalu. Emas, perak, besi (seperti besi meteorik), timah, dan kuningan juga telah digunakan sebelum kemunculan perunggu yang pertama kali diketahui pada milenium kelima sebelum masehi. Perkembangan selanjutnya meliputi produksi bentuk awal baja; penemuan natrium-logam ringan pertama-pada tahun 1809; munculnya baja paduan modern; dan, sejak akhir Perang Dunia II, pengembangan paduan yang lebih canggih.

Properti

• Bentuk dan struktur

Logam berkilau dan berkilau, setidaknya ketika baru disiapkan, dipoles, atau dipatahkan. Lembaran logam yang lebih tebal dari beberapa mikrometer tampak buram, tetapi daun emas memancarkan cahaya hijau.

Keadaan padat atau cair dari logam sebagian besar berasal dari kapasitas atom logam yang terlibat untuk dengan mudah kehilangan elektron kulit terluarnya. Secara umum, gaya yang menahan elektron kulit terluar atom lebih lemah daripada gaya tarik-menarik pada elektron yang sama yang timbul dari interaksi antara atom-atom dalam logam padat atau cair. Elektron yang terlibat menjadi terdelokalisasi dan struktur atom logam dapat secara efektif divisualisasikan sebagai kumpulan atom yang tertanam dalam awan elektron yang relatif bergerak. Jenis interaksi ini disebut ikatan logam. Kekuatan ikatan logam untuk logam unsur yang berbeda mencapai maksimum di sekitar pusat deret logam transisi, karena unsur-unsur ini memiliki sejumlah besar elektron yang terdelokalisasi.

Batang logam dengan lubang yang dikerjakan dengan panas. Pengerjaan panas memanfaatkan kapasitas logam untuk mengalami deformasi plastis.

Meskipun sebagian besar logam unsur memiliki kepadatan yang lebih tinggi daripada kebanyakan bukan logam, terdapat variasi yang luas dalam kepadatannya, lithium menjadi yang paling tidak padat (0,534 g/cm3) dan osmium (22,59 g/cm3) yang paling padat. (Beberapa logam transisi 6d diperkirakan lebih padat daripada osmium, tetapi prediksi kepadatannya sangat bervariasi dalam literatur, dan bagaimanapun juga, isotop yang diketahui terlalu tidak stabil untuk dapat diproduksi dalam jumlah besar). Magnesium, aluminium dan titanium adalah logam ringan yang sangat penting secara komersial. Kepadatannya masing-masing 1,7, 2,7, dan 4,5 g/cm3 dapat dibandingkan dengan logam struktural yang lebih tua, seperti besi pada 7,9 dan tembaga pada 8,9 g/cm3. Dengan demikian, sebuah bola besi akan memiliki berat yang sama dengan tiga bola aluminium dengan volume yang sama.

Logam biasanya mudah dibentuk dan ulet, berubah bentuk di bawah tekanan tanpa membelah. Sifat ikatan logam yang tidak berarah dianggap berkontribusi secara signifikan terhadap keuletan sebagian besar padatan logam. Sebaliknya, dalam senyawa ionik seperti garam dapur, ketika bidang-bidang ikatan ionik meluncur melewati satu sama lain, perubahan yang dihasilkan di lokasi menggeser ion-ion dengan muatan yang sama lebih dekat, menghasilkan pembelahan kristal. Pergeseran seperti itu tidak teramati pada kristal yang terikat secara kovalen, seperti berlian, di mana terjadi fraktur dan fragmentasi kristal. Deformasi elastis yang dapat dibalik pada logam dapat dijelaskan oleh Hukum Hooke untuk memulihkan gaya, di mana tegangan berbanding lurus dengan regangan.

Panas atau gaya yang lebih besar dari batas elastisitas logam dapat menyebabkan deformasi permanen (tidak dapat dipulihkan), yang dikenal sebagai deformasi plastis atau plastisitas. Gaya yang diterapkan dapat berupa gaya tarik (menarik), gaya tekan (mendorong), atau gaya geser, tekuk, atau puntir (memutar). Perubahan suhu dapat memengaruhi pergerakan atau perpindahan cacat struktural pada logam seperti batas butir, kekosongan titik, dislokasi garis dan sekrup, patahan susun, dan kembar pada logam kristal dan non-kristal. Slip internal, creep, dan kelelahan logam dapat terjadi.

Struktur kristal kubik berpusat pada tubuh, dengan sel satuan 2 atom, seperti yang ditemukan pada mis. kromium, besi, dan tungsten. 

Struktur kristal kubik berpusat muka, dengan sel satuan 4 atom, seperti yang ditemukan pada mis. aluminium, tembaga, dan emas. 

Struktur kristal padat heksagonal, dengan sel satuan 6 atom, seperti yang ditemukan pada mis. titanium, kobalt, dan seng.

Atom-atom zat logam biasanya tersusun dalam salah satu dari tiga struktur kristal yang umum, yaitu kubik berpusat pada tubuh (bcc), kubik berpusat pada muka (fcc), dan heksagonal rapat (hcp). Dalam bcc, setiap atom diposisikan di pusat kubus yang terdiri dari delapan atom lainnya. Pada fcc dan hcp, setiap atom dikelilingi oleh dua belas atom lainnya, tetapi susunan lapisannya berbeda. Beberapa logam mengadopsi struktur yang berbeda tergantung pada suhunya. Sel satuan untuk setiap struktur kristal adalah kelompok atom terkecil yang memiliki kesimetrisan keseluruhan kristal, dan dari situ seluruh kisi kristal dapat dibangun dengan pengulangan dalam tiga dimensi. Dalam kasus struktur kristal kubik berpusat pada tubuh yang ditunjukkan di atas, sel satuan terdiri dari atom pusat ditambah satu-delapan dari masing-masing delapan atom sudut.

• Listrik dan termal

Struktur elektronik logam berarti logam merupakan konduktor listrik yang relatif baik. Elektron dalam materi hanya dapat memiliki tingkat energi yang tetap dan bukan variabel, dan dalam logam tingkat energi elektron dalam awan elektronnya, setidaknya sampai tingkat tertentu, sesuai dengan tingkat energi di mana konduksi listrik dapat terjadi. Dalam semikonduktor seperti silikon atau bukan logam seperti belerang, terdapat celah energi antara elektron dalam zat dan tingkat energi di mana konduksi listrik dapat terjadi. Akibatnya, semikonduktor dan bukan logam adalah konduktor yang relatif buruk.

Logam unsur memiliki nilai konduktivitas listrik dari 6,9 × 103 S/cm untuk mangan hingga 6,3 × 105 S/cm untuk perak. Sebaliknya, metaloid semikonduktor seperti boron memiliki konduktivitas listrik 1,5 × 10-6 S/cm. Dengan satu pengecualian, elemen logam mengurangi konduktivitas listriknya ketika dipanaskan. Plutonium meningkatkan konduktivitas listriknya apabila dipanaskan pada kisaran suhu sekitar -175 hingga +125 °C. Logam adalah konduktor panas yang relatif baik. Elektron-elektron dalam awan elektron logam sangat mudah bergerak dan dengan mudah dapat meneruskan energi getaran yang diakibatkan oleh panas.

Kontribusi elektron logam terhadap kapasitas panas dan konduktivitas termalnya, serta konduktivitas listrik logam itu sendiri dapat dihitung dari model elektron bebas. Namun demikian, hal ini tidak memperhitungkan struktur rinci dari kisi ion logam. Dengan memperhitungkan potensial positif yang disebabkan oleh susunan inti ion, memungkinkan pertimbangan struktur pita elektronik dan energi pengikatan logam. Berbagai model matematis dapat diterapkan, yang paling sederhana adalah model elektron hampir bebas.

• Kimia

Logam biasanya cenderung membentuk kation melalui kehilangan elektron. Sebagian besar akan bereaksi dengan oksigen di udara untuk membentuk oksida dalam berbagai rentang waktu (kalium terbakar dalam hitungan detik, sementara besi berkarat dalam hitungan tahun). Beberapa yang lain, seperti paladium, platina, dan emas, tidak bereaksi dengan atmosfer sama sekali; emas bahkan membentuk senyawa yang mendapatkan elektron (aurida, misalnya caesium aurida).

Oksida logam sering kali bersifat basa, berlawanan dengan oksida nonlogam yang bersifat asam atau netral. Pengecualian sebagian besar adalah oksida dengan tingkat oksidasi yang sangat tinggi seperti CrO3, Mn2O7, dan OsO4, yang memiliki reaksi sangat asam; dan oksida dari logam yang kurang elektropositif seperti BeO, Al2O3, dan PbO, yang dapat menunjukkan sifat basa dan asam. Ini disebut oksida amfoter.

Pengecatan, anodisasi, atau pelapisan logam adalah cara yang baik untuk mencegah korosi. Namun, logam yang lebih reaktif dalam seri elektrokimia harus dipilih untuk pelapisan, terutama ketika lapisan diharapkan terkelupas. Air dan dua logam membentuk sel elektrokimia dan, jika pelapis kurang reaktif daripada logam yang mendasarinya, pelapis sebenarnya mendorong korosi.

Disadur dari: en.wikipedia.org 

Pencetakan 3D atau manufaktur aditif adalah pembuatan objek tiga dimensi dari model CAD atau model 3D digital. Hal ini dapat dilakukan dalam berbagai proses di mana bahan disimpan, dilebur atau dipadatkan di bawah kendali komputer, dengan bahan yang ditambahkan bersama (seperti plastik, cairan atau butiran bubuk yang menyatu), biasanya berlapis-lapis.

Pada tahun 1980-an, teknik pencetakan 3D dianggap hanya cocok untuk produksi prototipe fungsional atau estetika, dan istilah yang lebih tepat untuk itu pada saat itu adalah pembuatan prototipe cepat. Pada tahun 2019, presisi, pengulangan, dan jangkauan material pencetakan 3D telah meningkat hingga beberapa proses pencetakan 3D dianggap layak sebagai teknologi produksi industri; dalam konteks ini, istilah manufaktur aditif dapat digunakan secara sinonim dengan pencetakan 3D.

Salah satu keunggulan utama pencetakan 3D adalah kemampuannya untuk menghasilkan bentuk atau geometri yang sangat kompleks yang tidak mungkin dibuat dengan tangan, termasuk bagian berongga atau bagian dengan struktur rangka internal untuk mengurangi berat sekaligus mengurangi limbah material. Pemodelan deposisi leburan (FDM), yang menggunakan filamen kontinu dari bahan termoplastik, adalah proses pencetakan 3D yang paling umum digunakan pada tahun 2020.

Terminologi

Istilah umum additive manufacturing (AM) menjadi populer pada tahun 2000-an, terinspirasi oleh tema material yang ditambahkan bersama (dengan berbagai cara). Sebaliknya, istilah manufaktur subtraktif muncul sebagai singkatan untuk keluarga besar proses pemesinan dengan penghilangan material sebagai proses yang umum. Istilah pencetakan 3D masih mengacu hanya pada teknologi polimer di sebagian besar pikiran, dan istilah AM lebih cenderung digunakan dalam konteks pengerjaan logam dan produksi komponen penggunaan akhir daripada di antara penggemar polimer, inkjet, atau stereolitografi.

Pada awal tahun 2010-an, istilah pencetakan 3D dan manufaktur aditif mengalami evolusi makna di mana keduanya merupakan istilah payung alternatif untuk teknologi aditif, yang satu digunakan dalam bahasa populer oleh komunitas pembuat konsumen dan media, dan yang lainnya digunakan secara lebih formal oleh produsen komponen penggunaan akhir industri, produsen mesin, dan organisasi standar teknis global. Hingga saat ini, istilah pencetakan 3D telah dikaitkan dengan mesin dengan harga atau kemampuan yang rendah. Pencetakan 3D dan manufaktur aditif mencerminkan bahwa teknologi ini memiliki kesamaan dalam hal penambahan atau penggabungan bahan di seluruh amplop kerja 3D di bawah kendali otomatis. Peter Zelinski, pemimpin redaksi majalah Additive Manufacturing, menunjukkan pada tahun 2017 bahwa istilah-istilah tersebut masih sering disinonimkan dalam penggunaan sehari-hari, tetapi beberapa pakar industri manufaktur mencoba membuat perbedaan di mana manufaktur aditif terdiri dari pencetakan 3D ditambah teknologi lain atau aspek lain dari proses manufaktur.

Istilah lain yang telah digunakan sebagai sinonim atau hipernim termasuk manufaktur desktop, manufaktur cepat (sebagai penerus logis dari tingkat produksi dari pembuatan prototipe cepat), dan manufaktur sesuai permintaan (yang menggemakan pencetakan sesuai permintaan dalam pengertian pencetakan 2D). Fakta bahwa penerapan kata sifat rapid dan on-demand pada kata benda manufaktur adalah hal yang baru pada tahun 2000-an mengungkapkan model mental yang telah lama berlaku di era industri sebelumnya, di mana hampir semua produksi manufaktur melibatkan waktu tunggu yang lama untuk pengembangan perkakas yang melelahkan.

Saat ini, istilah subtraktif tidak menggantikan istilah pemesinan, melainkan melengkapinya ketika istilah yang mencakup metode pemindahan diperlukan. Agile tooling adalah penggunaan cara modular untuk mendesain perkakas yang diproduksi dengan metode manufaktur aditif atau pencetakan 3D untuk memungkinkan pembuatan prototipe yang cepat dan respons terhadap kebutuhan perkakas dan perlengkapan. Perkakas tangkas menggunakan metode yang hemat biaya dan berkualitas tinggi untuk merespons kebutuhan pelanggan dan pasar dengan cepat, serta dapat digunakan dalam pembentukan hidro, pencetakan, pencetakan injeksi, dan proses manufaktur lainnya.

Sejarah singkat

Konsep pencetakan 3D sudah ada sejak pertengahan abad ke-20, yang digambarkan dalam karya-karya fiksi ilmiah. Namun, baru pada tahun 1980-an teknologi manufaktur aditif awal mulai dikembangkan. Pada tahun 1981, Hideo Kodama dari Jepang mematenkan plotter XYZ, salah satu metode aditif pertama untuk membuat model 3D dari polimer. Sayangnya, penemuan ini hanya mendapat sedikit perhatian. Sementara itu di Amerika, tiga insinyur mengajukan paten yang berkaitan dengan proses stereolitografi pada tahun 1984.

Tahun 1988 menandai tonggak sejarah dengan munculnya pemodelan deposisi leburan atau FDM, yang dikomersialkan oleh Stratasys pada tahun 1992. Meskipun demikian, printer 3D masih sangat mahal, dengan harga ratusan ribu dolar. Pada tahun 2000-an, printer mulai dieksplorasi untuk pemodelan dan pengujian, terutama di bidang arsitektur dan medis. Namun, baru pada sekitar tahun 2010, pencetakan 3D merambah dunia manufaktur untuk produksi komponen logam. Salah satu aplikasinya adalah di industri penerbangan, untuk menghasilkan komponen yang hemat bahan bakar dan bentuk yang kompleks.

Seiring dengan menurunnya biaya peralatan, printer 3D menjadi lebih terjangkau bagi masyarakat umum. Pada tahun 2020, mesin berkualitas dapat diperoleh dengan harga di bawah $200. Bahkan pada tahun 2024, sebuah printer raksasa setinggi 29 meter akan diluncurkan di Universitas Maine. Apa yang dulunya merupakan pencetakan genggam sekarang menjadi pencetakan 3D, membuka peluang baru di seluruh industri dan kehidupan sehari-hari.

Manfaat pencetakan 3D

Manufaktur aditif atau pencetakan 3D dengan cepat menjadi semakin penting dalam bidang teknik karena banyak manfaatnya. Visi pencetakan 3D adalah kebebasan desain, individualisasi, desentralisasi, dan menjalankan proses yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan dengan metode alternatif. Beberapa manfaat ini termasuk memungkinkan pembuatan prototipe yang lebih cepat, mengurangi biaya produksi, meningkatkan penyesuaian produk, dan meningkatkan kualitas produk.

Selain itu, kemampuan pencetakan 3D telah berkembang di luar manufaktur tradisional, seperti konstruksi ringan, atau perbaikan dan pemeliharaan dengan aplikasi dalam prostetik, bioprinting, industri makanan, pembuatan roket, desain dan seni, dan sistem energi terbarukan. Teknologi pencetakan 3D dapat digunakan untuk membuat sistem penyimpanan energi baterai, yang sangat penting untuk pembangkitan dan distribusi energi yang berkelanjutan.

Manfaat lain dari pencetakan 3D adalah kemampuan teknologi ini untuk menghasilkan geometri yang rumit dengan presisi dan akurasi yang tinggi. Hal ini sangat relevan di bidang rekayasa gelombang mikro, di mana pencetakan 3D dapat digunakan untuk memproduksi komponen dengan sifat unik yang sulit dicapai dengan menggunakan metode manufaktur tradisional.

Prinsip-prinsip umum

Pemodelan

Model yang dapat dicetak 3D dapat dibuat dengan paket desain berbantuan komputer (CAD), melalui pemindai 3D, atau dengan kamera digital biasa dan perangkat lunak fotogrametri. Model cetak 3D yang dibuat dengan CAD menghasilkan kesalahan yang relatif lebih sedikit daripada metode lainnya. Kesalahan pada model cetak 3D dapat diidentifikasi dan dikoreksi sebelum dicetak. Proses pemodelan manual dalam menyiapkan data geometris untuk grafik komputer 3D mirip dengan seni plastik seperti memahat. Pemindaian 3D adalah proses pengumpulan data digital tentang bentuk dan tampilan objek nyata, dan membuat model digital berdasarkan data tersebut.

Model CAD dapat disimpan dalam format file stereolithography (STL), format file CAD de facto untuk manufaktur aditif yang menyimpan data berdasarkan triangulasi permukaan model CAD. STL tidak dirancang untuk manufaktur aditif karena menghasilkan ukuran file yang besar dari bagian yang dioptimalkan untuk topologi dan struktur kisi karena banyaknya permukaan yang terlibat. Format file CAD yang lebih baru, format file manufaktur aditif (AMF), diperkenalkan pada tahun 2011 untuk mengatasi masalah ini. Format ini menyimpan informasi dengan menggunakan triangulasi lengkung.

Pencetakan

Sebelum mencetak model 3D dari file STL, file tersebut harus diperiksa terlebih dahulu apakah ada kesalahan. Sebagian besar aplikasi CAD menghasilkan kesalahan pada file STL keluaran, dari jenis berikut ini:

• lubang
• permukaan yang tidak normal
• persimpangan sendiri
• cangkang kebisingan
• kesalahan bermacam-macam
• masalah overhang

Sebuah langkah dalam pembuatan STL yang dikenal sebagai "perbaikan" memperbaiki masalah-masalah tersebut pada model asli. Umumnya, STL yang dihasilkan dari model yang diperoleh melalui pemindaian 3D sering kali memiliki lebih banyak kesalahan tersebut karena pemindaian 3D sering kali dilakukan melalui akuisisi/pemetaan titik ke titik. Rekonstruksi 3D sering kali mengandung kesalahan.

Setelah selesai, file STL perlu diproses oleh perangkat lunak yang disebut "slicer", yang mengubah model menjadi serangkaian lapisan tipis dan menghasilkan file G-code yang berisi instruksi yang disesuaikan dengan jenis printer 3D tertentu (printer FDM). File G-code ini kemudian dapat dicetak dengan perangkat lunak klien pencetakan 3D (yang memuat kode G dan menggunakannya untuk menginstruksikan printer 3D selama proses pencetakan 3D).

Resolusi printer menggambarkan ketebalan lapisan dan resolusi XY dalam titik per inci (dpi) atau mikrometer (μm). Ketebalan lapisan yang umum adalah sekitar 100 μm (250 dpi), meskipun beberapa mesin dapat mencetak lapisan setipis 16 μm (1.600 dpi). Resolusi X-Y sebanding dengan printer laser. Partikel-partikel (titik-titik 3D) berdiameter sekitar 0,01 hingga 0,1 μm (2.540.000 hingga 250.000 DPI). Untuk resolusi printer tersebut, dengan menetapkan resolusi mesh 0,01-0,03 mm dan panjang kord ≤ 0,016 mm akan menghasilkan file output STL yang optimal untuk file input model yang diberikan. Dengan menetapkan resolusi yang lebih tinggi, akan menghasilkan file yang lebih besar tanpa peningkatan kualitas cetak.

Konstruksi model dengan metode kontemporer dapat memakan waktu mulai dari beberapa jam hingga beberapa hari, tergantung pada metode yang digunakan dan ukuran serta kerumitan model. Sistem aditif biasanya dapat mengurangi waktu ini menjadi beberapa jam, meskipun sangat bervariasi, tergantung pada jenis mesin yang digunakan dan ukuran serta jumlah model yang diproduksi secara bersamaan.

Proses dan printer

ISO/ASTM52900-15 mendefinisikan tujuh kategori proses manufaktur aditif (AM) dalam maknanya. Mereka adalah

• Fotopolimerisasi tong
• Pengaliran material
• Pengaliran pengikat
• Fusi unggun serbuk
• Ekstrusi material
• Deposisi energi terarah
• Laminasi lembaran

Perbedaan utama antara proses-proses tersebut adalah dalam hal cara pengendapan lapisan untuk membuat komponen dan bahan yang digunakan. Setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, itulah sebabnya beberapa perusahaan menawarkan pilihan bubuk dan polimer untuk bahan yang digunakan untuk membuat objek. Perusahaan lain terkadang menggunakan kertas bisnis standar yang tersedia di pasaran sebagai bahan pembuatan untuk menghasilkan prototipe yang tahan lama. Pertimbangan utama dalam memilih mesin umumnya adalah kecepatan, biaya printer 3D, prototipe yang dicetak, pilihan dan biaya bahan, dan kemampuan warna. Printer yang bekerja secara langsung dengan logam umumnya mahal. Namun demikian, printer yang lebih murah bisa digunakan untuk membuat cetakan, yang kemudian digunakan untuk membuat komponen logam."

Aplikasi

Pencetakan 3D atau manufaktur aditif telah digunakan di sektor manufaktur, medis, industri, dan sosiokultural (misalnya warisan budaya) untuk menciptakan teknologi komersial yang sukses. Baru-baru ini, pencetakan 3D juga telah digunakan di sektor kemanusiaan dan pembangunan untuk memproduksi berbagai barang medis, prostetik, suku cadang, dan perbaikan. Aplikasi paling awal dari manufaktur aditif adalah di bagian ujung ruang perkakas dari spektrum manufaktur. Misalnya, pembuatan prototipe cepat adalah salah satu varian aditif yang paling awal, dan misinya adalah untuk mengurangi waktu tunggu dan biaya pengembangan prototipe suku cadang dan perangkat baru, yang sebelumnya hanya dilakukan dengan metode ruang perkakas subtraktif seperti penggilingan, pembubutan, dan penggerindaan presisi CNC. Pada tahun 2010-an, manufaktur aditif memasuki produksi ke tingkat yang jauh lebih besar.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Lean manufaktur atau manufaktur ramping adalah metode pembuatan barang yang ditujukan terutama untuk mengurangi waktu dalam sistem produksi serta waktu respons dari pemasok dan pelanggan. Hal ini berkaitan erat dengan konsep lain yang disebut manufaktur just-in-time (singkatnya manufaktur JIT). Manufaktur just-in-time mencoba menyesuaikan produksi dengan permintaan dengan hanya memasok barang yang telah dipesan dan fokus pada efisiensi, produktivitas (dengan komitmen untuk perbaikan berkelanjutan), dan pengurangan "pemborosan" bagi produsen dan pemasok barang. Lean manufacturing mengadopsi pendekatan just-in-time dan juga berfokus pada pengurangan waktu siklus, aliran, dan throughput dengan lebih jauh menghilangkan aktivitas yang tidak menambah nilai bagi pelanggan. Manufaktur ramping (Lean) juga melibatkan orang-orang yang bekerja di luar proses manufaktur, seperti di bagian pemasaran dan layanan pelanggan.

Lean manufacturing secara khusus terkait dengan model operasional yang diterapkan pada pasca perang tahun 1950-an dan 1960-an oleh perusahaan mobil Jepang Toyota yang disebut Toyota Production System (TPS), yang dikenal di Amerika Serikat sebagai "The Toyota Way". Sistem Toyota dibangun di atas dua pilar yaitu manajemen inventaris tepat waktu dan kontrol kualitas otomatis. Tujuh "pemborosan" (muda dalam bahasa Jepang), yang pertama kali dirumuskan oleh insinyur Toyota Shigeo Shingo, adalah pemborosan inventaris bahan mentah dan barang jadi yang berlebihan, pemborosan produksi berlebih (memproduksi lebih dari yang dibutuhkan saat ini), pemborosan pemrosesan berlebih (memproses atau membuat suku cadang di luar standar yang diharapkan pelanggan), pemborosan transportasi (pergerakan orang dan barang yang tidak perlu di dalam sistem), pemborosan gerakan berlebih (melakukan mekanisasi atau otomatisasi sebelum memperbaiki metode), pemborosan menunggu (waktu kerja yang tidak aktif karena antrian pekerjaan), dan pemborosan membuat produk cacat (pengerjaan ulang untuk memperbaiki cacat yang dapat dihindari pada produk dan proses).

Istilah Lean diciptakan pada tahun 1988 oleh pengusaha Amerika John Krafcik dalam artikelnya "Triumph of the Lean Production System," dan didefinisikan pada tahun 1996 oleh peneliti Amerika James Womack dan Daniel Jones yang terdiri dari lima prinsip utama: "Tentukan nilai dengan tepat berdasarkan produk tertentu, identifikasi aliran nilai untuk setiap produk, buatlah nilai mengalir tanpa gangguan, biarkan pelanggan menarik nilai dari produsen, dan kejarlah kesempurnaan."

Perusahaan menerapkan strategi ini untuk meningkatkan efisiensi. Dengan menerima barang hanya sesuai kebutuhan untuk proses produksi, strategi ini mengurangi biaya inventaris dan pemborosan, serta meningkatkan produktivitas dan keuntungan. Kelemahannya adalah bahwa strategi ini mengharuskan produsen untuk memperkirakan permintaan secara akurat karena manfaatnya dapat dihilangkan oleh penundaan kecil dalam rantai pasokan. Hal ini juga dapat berdampak negatif pada pekerja karena adanya tambahan stres dan kondisi yang tidak fleksibel. Operasi yang sukses bergantung pada perusahaan yang memiliki hasil produksi yang teratur, proses berkualitas tinggi, dan pemasok yang dapat diandalkan.

Sejarah singkat

Fredrick Taylor dan Henry Ford mendokumentasikan pengamatan mereka yang berkaitan dengan topik ini, dan Shigeo Shingo serta Taiichi Ohno menerapkan pemikiran mereka yang telah disempurnakan tentang masalah ini di Toyota pada akhir tahun 1940-an setelah Perang Dunia II. Metode yang dihasilkan diteliti pada pertengahan abad ke-20 dan dijuluki Lean oleh John Krafcik pada tahun 1988, dan kemudian didefinisikan dalam The Machine that Changed the World dan diperinci lebih lanjut oleh James Womack dan Daniel Jones dalam Lean Thinking (1996).

Metodologi

Elemen strategis dari lean bisa sangat kompleks, dan terdiri dari banyak elemen. Empat pengertian lean yang berbeda telah diidentifikasi:

1. Lean sebagai keadaan atau tujuan yang tetap (menjadi lean)
2. Lean sebagai proses perubahan yang berkelanjutan (menjadi lean)
3. Lean sebagai seperangkat alat atau metode (doing lean/toolbox lean)
4. Lean sebagai sebuah filosofi (berpikir lean)

Cara lain untuk menghindari risiko pasar dan mengendalikan pasokan secara efisien adalah dengan mengurangi stok. P&G telah menyelesaikan tujuan mereka untuk bekerja sama dengan Walmart dan perusahaan grosir lainnya dengan membangun sistem respon stok langsung ke perusahaan pemasok. Pada tahun 1999, Spear dan Bowen mengidentifikasi empat aturan yang menjadi ciri "DNA Toyota":

1. Semua pekerjaan harus sangat spesifik dalam hal konten, urutan, waktu, dan hasil.
2. Setiap hubungan antara pelanggan dan pemasok harus bersifat langsung, dan harus ada jawaban ya atau tidak yang tidak ambigu untuk mengirim permintaan dan menerima tanggapan.
3. Jalur untuk setiap produk dan layanan harus sederhana dan langsung.
4. Setiap perbaikan harus dilakukan sesuai dengan metode ilmiah, di bawah bimbingan seorang guru, pada tingkat serendah mungkin dalam organisasi.

Ini adalah pendekatan yang secara fundamental berbeda dari kebanyakan metodologi perbaikan, dan membutuhkan lebih banyak ketekunan daripada aplikasi dasar dari alat bantu, yang mungkin sebagian menjelaskan kurangnya popularitasnya. Penerapan "aliran yang lancar" mengungkap masalah kualitas yang sudah ada, dan pengurangan pemborosan kemudian terjadi sebagai konsekuensi alamiah, sebuah perspektif sistem yang berfokus langsung pada praktik pemborosan itu sendiri.

Waktu tunggu adalah tingkat di mana produk harus diproduksi untuk memenuhi permintaan pelanggan. Sistem JIT dirancang untuk menghasilkan produk dengan kecepatan takt time, yang memastikan bahwa produk diproduksi tepat pada waktunya untuk memenuhi permintaan pelanggan.

Sepheri memberikan daftar metodologi manufaktur tepat waktu yang "penting tetapi tidak lengkap":

• Pembenahan: pengaturan fisik dan disiplin.
• Lakukan dengan benar saat pertama kali: menghilangkan cacat.
• Pengurangan penyiapan: pendekatan pergantian yang fleksibel.
• Ukuran lot satu: ukuran lot dan fleksibilitas tertinggi.
• Beban pabrik yang seragam: perataan sebagai mekanisme kontrol.
• Aliran yang seimbang: mengatur throughput penjadwalan aliran.
• Diversifikasi keterampilan: pekerja multi-fungsi.
• Kontrol dengan visibilitas: media komunikasi untuk aktivitas.
• Pemeliharaan preventif: berjalan sempurna, tidak ada cacat.
• Kesesuaian untuk digunakan: kemampuan produksi, desain untuk proses.
• Tata letak pabrik yang ringkas: desain yang berorientasi pada produk.
• Perampingan gerakan: memperlancar penanganan material.
• Jaringan pemasok: perluasan dari pabrik.
• Keterlibatan pekerja: kegiatan peningkatan kelompok kecil.
• Manufaktur seluler: metode produksi untuk aliran.
• Sistem tarik: sistem pengisian ulang/pemasokan ulang sinyal.

Prinsip-prinsip utama dan pemborosan

Womack dan Jones mendefinisikan Lean sebagai "... cara untuk melakukan lebih banyak dan lebih sedikit dengan lebih sedikit - lebih sedikit tenaga manusia, lebih sedikit peralatan, lebih sedikit waktu, dan lebih sedikit ruang - sambil semakin dekat dan semakin dekat untuk memberikan apa yang diinginkan pelanggan" dan kemudian menerjemahkannya ke dalam lima prinsip utama:

1. Nilai: Tentukan nilai yang diinginkan oleh pelanggan. "Bentuk tim untuk setiap produk untuk tetap bersama produk tersebut selama seluruh siklus produksinya", "Lakukan dialog dengan pelanggan"
2. Aliran Nilai: Identifikasi aliran nilai untuk setiap produk yang menyediakan nilai tersebut dan tantang semua langkah yang terbuang (umumnya sembilan dari sepuluh) yang saat ini diperlukan untuk menyediakannya
3. Aliran: Buatlah produk mengalir terus menerus melalui langkah-langkah nilai tambah yang tersisa
4. Tarik: Perkenalkan tarikan di antara semua langkah di mana aliran kontinu dimungkinkan
5. Kesempurnaan: Kelola menuju kesempurnaan sehingga jumlah langkah dan jumlah waktu serta informasi yang dibutuhkan untuk melayani pelanggan terus menurun

Lean didasarkan pada konsep peningkatan berkelanjutan dan bertahap pada produk dan proses sambil menghilangkan aktivitas yang berlebihan. "Nilai tambah aktivitas hanyalah hal-hal yang bersedia dibayar oleh pelanggan, yang lainnya adalah pemborosan, dan harus dihilangkan, disederhanakan, dikurangi, atau diintegrasikan". Pada prinsip 2, pemborosan, lihat tujuh jenis pemborosan dasar dalam The Toyota Way. Jenis pemborosan tambahan adalah:

• Barang cacat (pembuatan barang atau jasa yang tidak memenuhi permintaan atau spesifikasi pelanggan, Womack et al., 2003)
• Pemborosan keterampilan (Six Sigma)
• Kurang memanfaatkan kemampuan (Six Sigma)
• Mendelegasikan tugas dengan pelatihan yang tidak memadai (Six Sigma)
• Metrik (bekerja dengan metrik yang salah atau tidak ada metrik) (Mika Geoffrey, 1999)
• Partisipasi (tidak memanfaatkan pekerja dengan tidak mengizinkan mereka untuk menyumbangkan ide dan saran serta menjadi bagian dari Manajemen Partisipatif) (Mika Geoffrey, 1999)
• Komputer (penggunaan komputer yang tidak tepat: tidak memiliki perangkat lunak yang tepat, pelatihan penggunaan dan waktu yang dihabiskan untuk berselancar, bermain game, atau hanya membuang-buang waktu) (Mika Geoffrey, 1999)

Implementasi

Sebuah makalah menunjukkan bahwa organisasi yang menerapkan Lean membutuhkan rencana Lean sendiri seperti yang dikembangkan oleh "Lean Leadership". Hal ini akan memungkinkan tim Lean untuk memberikan saran kepada manajer mereka yang kemudian membuat keputusan tentang apa yang harus diterapkan. Pelatihan direkomendasikan ketika sebuah organisasi memulai dengan Lean untuk memberikan pengetahuan dan keterampilan kepada staf di lantai pabrik. Metrik perbaikan diperlukan untuk pengambilan keputusan yang tepat. Filosofi dan budaya Lean sama pentingnya dengan alat dan metodologi. Manajemen tidak boleh memutuskan solusi tanpa memahami masalah yang sebenarnya dengan berkonsultasi dengan personil di lantai pabrik.

Solusi untuk masalah tertentu untuk perusahaan tertentu mungkin tidak dapat diterapkan secara umum. Solusinya harus sesuai dengan masalahnya. Pemetaan aliran nilai (VSM) dan 5S adalah pendekatan yang paling umum yang dilakukan perusahaan dalam langkah pertama mereka menuju Lean. Lean dapat difokuskan pada proses tertentu, atau mencakup seluruh rantai pasokan. Pekerja di garis depan harus dilibatkan dalam aktivitas VSM. Menerapkan serangkaian perbaikan kecil secara bertahap di sepanjang rantai pasokan dapat meningkatkan produktivitas.

Penamaan

Istilah alternatif untuk manufaktur JIT telah digunakan. Pilihan Motorola adalah manufaktur siklus pendek (SCM). IBM menggunakan manufaktur aliran kontinu (CFM), dan manufaktur aliran permintaan (DFM), sebuah istilah yang diberikan oleh konsultan John Constanza di Institut Teknologi di Colorado. Alternatif lain disebutkan oleh Goddard, yang mengatakan bahwa "Sistem Produksi Toyota sering secara keliru disebut sebagai 'Sistem Kanban'", dan menunjukkan bahwa kanban hanyalah salah satu elemen dari TPS, seperti halnya produksi JIT.

Penggunaan istilah manufaktur JIT secara luas sepanjang tahun 1980-an memudar dengan cepat pada tahun 1990-an, karena istilah baru lean manufacturing ditetapkan sebagai "nama yang lebih baru untuk JIT". Sebagai salah satu bukti kesamaan dari kedua istilah tersebut, sistem produksi Toyota (TPS) telah dan secara luas digunakan sebagai sinonim untuk JIT dan lean manufacturing.

Penerapan di luar konteks manufaktur

Prinsip-prinsip lean telah berhasil diterapkan pada berbagai sektor dan layanan, seperti call center dan layanan kesehatan. Pada sektor yang pertama, praktik pengurangan pemborosan lean telah digunakan untuk mengurangi waktu penanganan, di dalam dan di antara variasi agen, hambatan aksen, serta mencapai kepatuhan proses yang hampir sempurna. Yang terakhir, beberapa rumah sakit telah mengadopsi ide rumah sakit ramping (Lean), sebuah konsep yang memprioritaskan pasien, sehingga meningkatkan komitmen dan motivasi karyawan, serta meningkatkan kualitas medis dan efektivitas biaya.

Prinsip-prinsip lean juga memiliki aplikasi untuk pengembangan dan pemeliharaan perangkat lunak serta sektor teknologi informasi (TI) lainnya.  Secara lebih umum, penggunaan lean dalam teknologi informasi telah dikenal sebagai Lean IT. Metode lean juga dapat diterapkan pada sektor publik, tetapi sebagian besar hasil telah dicapai dengan menggunakan teknik yang jauh lebih terbatas daripada yang diberikan oleh lean.

Tantangan dalam menerapkan lean pada layanan adalah kurangnya referensi implementasi yang tersedia secara luas untuk memungkinkan orang melihat bagaimana penerapan alat dan praktik lean manufacturing secara langsung dapat bekerja dan dampak yang ditimbulkannya. Hal ini membuat lebih sulit untuk membangun tingkat kepercayaan yang dipandang perlu untuk implementasi yang kuat. Namun, beberapa penelitian memang menghubungkan contoh-contoh keberhasilan yang diakui secara luas di bidang ritel dan bahkan maskapai penerbangan dengan prinsip-prinsip yang mendasari lean.

Meskipun demikian, tetap saja contoh-contoh 'teknik' atau 'alat' manufaktur langsung perlu 'diterjemahkan' dengan lebih baik ke dalam konteks layanan untuk mendukung pendekatan yang lebih menonjol dalam implementasi, yang belum menerima tingkat pekerjaan atau publisitas yang akan memberikan titik awal bagi para pelaksana. Hasil dari hal ini adalah bahwa setiap implementasi sering kali 'berjalan sendiri-sendiri' sebagaimana halnya dengan praktik rekayasa industri awal Toyota. Hal ini sangat penting bagi sponsor untuk mendorong dan melindungi perkembangan eksperimental ini.

Manajemen lean saat ini juga diimplementasikan pada proses non-manufaktur dan proses administratif. Dalam proses non-manufaktur masih terdapat potensi besar untuk optimalisasi dan peningkatan efisiensi. Beberapa orang telah menganjurkan untuk menggunakan sumber daya STEM untuk mengajarkan anak-anak berpikir ramping (Lean) daripada ilmu komputer.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Light-emitting diode (LED) adalah perangkat semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika arus mengalir melaluinya. Elektron dalam semikonduktor bergabung kembali dengan lubang elektron, melepaskan energi dalam bentuk foton. Warna cahaya (sesuai dengan energi foton) ditentukan oleh energi yang dibutuhkan elektron untuk melintasi celah pita semikonduktor. Cahaya putih diperoleh dengan menggunakan beberapa semikonduktor atau lapisan fosfor pemancar cahaya pada perangkat semikonduktor.

Muncul sebagai komponen elektronik praktis pada tahun 1962, LED paling awal memancarkan cahaya inframerah (IR) intensitas rendah. LED inframerah digunakan dalam sirkuit kendali jarak jauh, seperti yang digunakan pada berbagai macam barang elektronik konsumen. LED cahaya tampak pertama memiliki intensitas rendah dan terbatas pada warna merah.

LED awal sering digunakan sebagai lampu indikator, menggantikan lampu pijar kecil, dan pada tampilan tujuh segmen. Perkembangan selanjutnya menghasilkan LED yang tersedia dalam panjang gelombang tampak, ultraviolet (UV), dan inframerah dengan output cahaya tinggi, rendah, atau menengah, misalnya, LED putih yang cocok untuk penerangan dalam dan luar ruangan. LED juga telah memunculkan jenis tampilan dan sensor baru, sementara tingkat peralihannya yang tinggi berguna dalam teknologi komunikasi canggih dengan aplikasi yang beragam seperti pencahayaan penerbangan, lampu peri, lampu strip, lampu depan otomotif, periklanan, penerangan umum, sinyal lalu lintas, lampu kilat kamera, wallpaper yang menyala, lampu pertumbuhan hortikultura, dan perangkat medis.

LED memiliki banyak keunggulan dibandingkan sumber cahaya pijar, termasuk konsumsi daya yang lebih rendah, masa pakai yang lebih lama, ketahanan fisik yang lebih baik, ukuran yang lebih kecil, dan peralihan yang lebih cepat. Sebagai imbalan atas atribut yang umumnya menguntungkan ini, kelemahan LED termasuk keterbatasan listrik untuk tegangan rendah dan umumnya untuk daya DC (bukan AC), ketidakmampuan untuk memberikan pencahayaan yang stabil dari DC yang berdenyut atau sumber pasokan listrik AC, dan suhu operasi maksimum yang lebih rendah dan suhu penyimpanan.

LED adalah transduser listrik menjadi cahaya. LED beroperasi secara terbalik dengan fotodioda, yang mengubah cahaya menjadi listrik.

Sejarah

Penemuan dan perangkat awal

Electroluminescence sebagai sebuah fenomena ditemukan pada tahun 1907 oleh peneliti Inggris HJ Round dari Marconi Labs, menggunakan kristal silikon karbida dan detektor kumis kucing. Penemu Rusia, Oleg Losev, melaporkan penciptaan LED pertama pada tahun 1927. Penelitiannya didistribusikan di jurnal ilmiah Soviet, Jerman dan Inggris, tetapi tidak ada penggunaan praktis dari penemuan ini selama beberapa dekade, sebagian karena sifat silikon karbida yang sangat tidak efisien dalam menghasilkan cahaya, semikonduktor yang digunakan Losev.

Pada tahun 1936, Georges Destriau mengamati bahwa electroluminescence dapat dihasilkan ketika bubuk seng sulfida (ZnS) disuspensikan dalam isolator dan medan listrik bolak-balik diterapkan padanya. Dalam publikasinya, Destriau sering menyebut pendaran sebagai Losev-Light. Destriau bekerja di laboratorium Madame Marie Curie, yang juga merupakan perintis awal di bidang pendaran dengan penelitian tentang radium.

Zoltán Bay dari Hungaria bersama dengan György Szigeti mendahului pencahayaan LED di Hungaria pada tahun 1939 dengan mematenkan perangkat pencahayaan berdasarkan silikon karbida, dengan opsi boron karbida, yang memancarkan cahaya putih, putih kekuningan, atau putih kehijauan, tergantung pada kotoran yang ada. Kurt Lehovec, Carl Accardo, dan Edward Jamgochian menjelaskan LED pertama ini pada tahun 1951 menggunakan alat yang menggunakan kristal SiC dengan sumber arus dari baterai atau generator pulsa dan dengan perbandingan dengan varian, kristal murni, pada tahun 1953.

Rubin Braunstein dari Radio Corporation of America melaporkan emisi inframerah dari galium arsenida (GaAs) dan paduan semikonduktor lainnya pada tahun 1955. Braunstein mengamati emisi inframerah yang dihasilkan oleh struktur dioda sederhana yang menggunakan gallium antimonide (GaSb), GaAs, indium fosfida (InP), dan paduan silikon-germanium (SiGe) pada suhu kamar dan pada 77 kelvin. Pada tahun 1957, Braunstein lebih lanjut mendemonstrasikan bahwa perangkat yang belum sempurna tersebut dapat digunakan untuk komunikasi non-radio dalam jarak pendek. Seperti yang dicatat oleh Kroemer Braunstein " telah membuat hubungan komunikasi optik sederhana: Musik yang muncul dari pemutar rekaman digunakan melalui elektronik yang sesuai untuk memodulasi arus maju dioda GaAs. Cahaya yang dipancarkan dideteksi oleh dioda PbS yang berada agak jauh. Sinyal ini dimasukkan ke dalam penguat audio dan diputar ulang oleh pengeras suara. Mencegat sinar tersebut akan menghentikan musik. Kami sangat senang bermain dengan pengaturan ini." Pengaturan ini meramalkan penggunaan LED untuk aplikasi komunikasi optik.

Pada bulan September 1961, ketika bekerja di Texas Instruments di Dallas, Texas, James R. Biard dan Gary Pittman menemukan emisi cahaya inframerah-dekat (900 nm) dari dioda terowongan yang mereka buat di atas substrat GaAs. Pada bulan Oktober 1961, mereka telah mendemonstrasikan emisi cahaya yang efisien dan penggabungan sinyal antara pemancar cahaya persimpangan p-n GaAs dan fotodetektor semikonduktor yang terisolasi secara elektrik. Pada tanggal 8 Agustus 1962, Biard dan Pittman mengajukan paten berjudul "Semiconductor Radiant Diode" berdasarkan temuan mereka, yang menggambarkan LED sambungan p-n yang disebarkan dengan seng dengan kontak katoda berjarak untuk memungkinkan emisi cahaya inframerah yang efisien di bawah bias maju. Setelah menetapkan prioritas pekerjaan mereka berdasarkan buku catatan teknik yang mendahului pengajuan dari G.E. Labs, RCA Research Labs, IBM Research Labs, Bell Labs, dan Lincoln Lab di MIT, kantor paten A.S. menerbitkan paten untuk dioda pemancar cahaya inframerah GaAs (Paten A.S. US3293513) kepada kedua penemu tersebut, LED praktis pertama. Segera setelah mengajukan paten, Texas Instruments (TI) memulai proyek pembuatan dioda inframerah. Pada bulan Oktober 1962, TI mengumumkan produk LED komersial pertama (SNX-100), yang menggunakan kristal GaAs murni untuk memancarkan output cahaya 890 nm. Pada bulan Oktober 1963, TI mengumumkan LED hemispherical komersial pertama, SNX-110.

Pada tahun 1960-an, beberapa laboratorium berfokus pada LED yang akan memancarkan cahaya tampak. Perangkat yang sangat penting didemonstrasikan oleh Nick Holonyak pada tanggal 9 Oktober 1962, ketika ia bekerja untuk General Electric di Syracuse, New York. Perangkat ini menggunakan paduan semikonduktor galium fosfida arsenida (GaAsP). Itu adalah laser semikonduktor pertama yang memancarkan cahaya tampak, meskipun pada suhu rendah. Pada suhu kamar, laser ini masih berfungsi sebagai dioda pemancar cahaya merah. GaAsP adalah dasar untuk gelombang pertama LED komersial yang memancarkan cahaya tampak. Ini diproduksi secara massal oleh perusahaan Monsanto dan Hewlett-Packard dan digunakan secara luas untuk tampilan di kalkulator dan jam tangan.

M. George Craford, mantan mahasiswa pascasarjana Holonyak, menemukan LED kuning pertama dan meningkatkan kecerahan LED merah dan merah-oranye dengan faktor sepuluh pada tahun 1972. Pada tahun 1976, TP Pearsall mendesain LED dengan kecerahan tinggi dan efisiensi tinggi pertama untuk telekomunikasi serat optik dengan menciptakan bahan semikonduktor baru yang secara khusus disesuaikan dengan panjang gelombang transmisi serat optik.

Pengembangan komersial awal

Hingga tahun 1968, LED tampak dan inframerah sangat mahal, sekitar US$200 per unit, sehingga tidak banyak digunakan secara praktis. LED panjang gelombang tampak komersial pertama menggunakan semikonduktor GaAsP dan umumnya digunakan sebagai pengganti lampu indikator pijar dan neon, dan pada tampilan tujuh segmen, pertama pada peralatan mahal seperti peralatan uji laboratorium dan elektronik, kemudian pada peralatan seperti kalkulator, TV, radio, telepon, dan jam tangan.

Perusahaan Hewlett-Packard (HP) terlibat dalam penelitian dan pengembangan (R&D) pada LED praktis antara tahun 1962 dan 1968, oleh tim peneliti di bawah Howard C. Borden, Gerald P. Pighini di HP Associates dan HP Labs. Selama masa ini, HP berkolaborasi dengan Monsanto Company dalam mengembangkan produk LED pertama yang dapat digunakan. Produk LED pertama yang dapat digunakan adalah layar LED HP dan lampu indikator LED Monsanto, keduanya diluncurkan pada tahun 1968.

Monsanto adalah organisasi pertama yang memproduksi LED yang dapat dilihat secara massal, menggunakan Gallium arsenide phosphide (GaAsP) pada tahun 1968 untuk menghasilkan LED merah yang cocok untuk indikator. Monsanto sebelumnya telah menawarkan untuk memasok GaAsP ke HP, tetapi HP memutuskan untuk mengembangkan GaAsP sendiri. Pada bulan Februari 1969, Hewlett-Packard memperkenalkan HP Model 5082-7000 Numeric Indicator, perangkat LED pertama yang menggunakan teknologi sirkuit terintegrasi (sirkuit LED terintegrasi). Ini adalah tampilan LED cerdas pertama, dan merupakan revolusi dalam teknologi tampilan digital, menggantikan tabung Nixie dan menjadi dasar untuk tampilan LED selanjutnya.

Pada tahun 1970-an, perangkat LED yang sukses secara komersial dengan harga kurang dari lima sen, masing-masing diproduksi oleh Fairchild Optoelektronik. Perangkat ini menggunakan chip semikonduktor majemuk yang dibuat dengan proses planar (dikembangkan oleh Jean Hoerni). Kombinasi pemrosesan planar untuk fabrikasi chip dan metode pengemasan yang inovatif memungkinkan tim di Fairchild yang dipimpin oleh pelopor optoelektronika Thomas Brandt untuk mencapai pengurangan biaya yang dibutuhkan. Produsen LED terus menggunakan metode ini.

LED merah awal cukup terang untuk digunakan sebagai indikator, karena output cahaya tidak cukup untuk menerangi suatu area. Pembacaan pada kalkulator sangat kecil sehingga lensa plastik dipasang di atas setiap angka agar dapat terbaca. Kemudian, warna lain menjadi tersedia secara luas dan muncul dalam peralatan dan perlengkapan.

LED awal dikemas dalam wadah logam yang mirip dengan transistor, dengan jendela kaca atau lensa untuk membiarkan cahaya keluar. LED indikator modern dikemas dalam wadah plastik cetakan transparan, berbentuk tabung atau persegi panjang, dan sering kali diwarnai agar sesuai dengan warna perangkat. Perangkat inframerah dapat diwarnai, untuk memblokir cahaya tampak. Paket yang lebih kompleks telah diadaptasi untuk pembuangan panas yang efisien pada LED berdaya tinggi. LED yang dipasang di permukaan semakin mengurangi ukuran paket. LED yang dimaksudkan untuk digunakan dengan kabel serat optik dapat dilengkapi dengan konektor optik.

LED biru

LED biru-ungu pertama yang menggunakan gallium nitrida yang didoping magnesium dibuat di Universitas Stanford pada tahun 1972 oleh Herb Maruska dan Wally Rhines, mahasiswa doktoral di bidang ilmu dan teknik material. Pada saat itu Maruska sedang cuti dari RCA Laboratories, di mana ia berkolaborasi dengan Jacques Pankove dalam pekerjaan terkait. Pada tahun 1971, setahun setelah Maruska pergi ke Stanford, rekan-rekannya di RCA, Pankove dan Ed Miller mendemonstrasikan electroluminescence biru pertama dari gallium nitrida yang didoping dengan seng, meskipun perangkat berikutnya yang dibuat oleh Pankove dan Miller, yaitu dioda pemancar cahaya gallium nitrida yang sebenarnya, memancarkan cahaya hijau. Pada tahun 1974, Kantor Paten AS memberikan paten kepada Maruska, Rhines, dan profesor Stanford, David Stevenson, atas karya mereka pada tahun 1972 (Paten AS US3819974 A). Saat ini, doping magnesium galium nitrida tetap menjadi dasar untuk semua LED biru komersial dan dioda laser. Pada awal tahun 1970-an, perangkat ini terlalu redup untuk penggunaan praktis, dan penelitian terhadap perangkat galium nitrida melambat.

Pada bulan Agustus 1989, Cree memperkenalkan LED biru pertama yang tersedia secara komersial berdasarkan semikonduktor celah pita tidak langsung, silikon karbida (SiC). LED SiC memiliki efisiensi yang sangat rendah, tidak lebih dari sekitar 0,03%, tetapi memancarkan bagian biru dari spektrum cahaya tampak.

Pada akhir 1980-an, terobosan utama dalam pertumbuhan epitaxial GaN dan doping tipe-p mengantarkan era modern perangkat optoelektronik berbasis GaN. Berdasarkan fondasi ini, Theodore Moustakas dari Boston University mematenkan metode untuk memproduksi LED biru dengan kecerahan tinggi menggunakan proses dua langkah baru pada tahun 1991. Pada tahun 2015, pengadilan AS memutuskan bahwa tiga perusahaan Taiwan telah melanggar paten Moustakas sebelumnya, dan memerintahkan mereka untuk membayar biaya lisensi tidak kurang dari US $ 13 juta.

Dua tahun kemudian, pada tahun 1993, LED biru dengan kecerahan tinggi didemonstrasikan oleh Shuji Nakamura dari Nichia Corporation dengan menggunakan proses pertumbuhan gallium nitride (GaN). LED ini memiliki efisiensi 10%. Secara paralel, Isamu Akasaki dan Hiroshi Amano dari Universitas Nagoya sedang mengerjakan pengembangan deposisi GaN yang penting pada substrat safir dan demonstrasi doping tipe-p GaN. Perkembangan baru ini merevolusi pencahayaan LED, membuat sumber cahaya biru berdaya tinggi menjadi praktis, yang mengarah pada pengembangan teknologi seperti Blu-ray.

Nakamura dianugerahi Penghargaan Teknologi Milenium 2006 untuk penemuannya. Nakamura, Hiroshi Amano, dan Isamu Akasaki dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2014 untuk "penemuan dioda pemancar cahaya biru yang efisien, yang memungkinkan sumber cahaya putih yang terang dan hemat energi."

Pada tahun 1995, Alberto Barbieri di Laboratorium Universitas Cardiff (GB) menyelidiki efisiensi dan keandalan LED dengan kecerahan tinggi dan mendemonstrasikan LED "kontak transparan" yang menggunakan indium timah oksida (ITO) pada (AlGaInP/GaAs).

Pada tahun 2001 dan 2002, proses untuk menumbuhkan LED gallium nitride (GaN) pada silikon berhasil didemonstrasikan. Pada bulan Januari 2012, Osram mendemonstrasikan LED InGaN berdaya tinggi yang ditumbuhkan pada substrat silikon secara komersial, dan LED GaN-on-silikon sedang diproduksi di Plessey Semiconductors. Pada tahun 2017, beberapa produsen menggunakan SiC sebagai substrat untuk produksi LED, tetapi safir lebih umum digunakan, karena memiliki sifat yang paling mirip dengan galium nitrida, sehingga mengurangi kebutuhan untuk memola wafer safir (wafer berpola dikenal sebagai wafer epi). Samsung, University of Cambridge, dan Toshiba sedang melakukan penelitian tentang GaN pada LED Si. Toshiba telah menghentikan penelitian, mungkin karena hasil yang rendah. Beberapa memilih epitaksi, yang sulit dilakukan pada silikon, sementara yang lain, seperti University of Cambridge, memilih struktur multi-lapisan, untuk mengurangi ketidakcocokan kisi (kristal) dan rasio ekspansi termal yang berbeda, untuk menghindari keretakan chip LED pada suhu tinggi (mis. Selama pembuatan), mengurangi pembentukan panas dan meningkatkan efisiensi bercahaya. Pemolaan substrat safir dapat dilakukan dengan litografi nanoimprint.

GaN-on-Si sulit tetapi diinginkan karena memanfaatkan infrastruktur manufaktur semikonduktor yang ada. Hal ini memungkinkan pengemasan tingkat wafer dari cetakan LED yang menghasilkan paket LED yang sangat kecil.

GaN sering diendapkan menggunakan Metalorganic vapor-phase epitaksi (MOCVD), dan juga menggunakan Lift-off.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Sensor piksel aktif (APS) adalah sensor gambar, yang ditemukan oleh Peter J.W. Noble pada tahun 1968, di mana setiap sel unit sensor piksel memiliki fotodetektor (biasanya fotodioda yang disematkan) dan satu atau beberapa transistor aktif. Dalam sensor piksel aktif metal-oksida-semikonduktor (MOS), transistor efek medan MOS (MOSFET) digunakan sebagai penguat. Ada berbagai jenis APS, termasuk APS NMOS awal dan APS MOS pelengkap (CMOS) yang sekarang jauh lebih umum, juga dikenal sebagai sensor CMOS. Sensor CMOS digunakan dalam teknologi kamera digital seperti kamera ponsel, kamera web, sebagian besar kamera saku digital modern, sebagian besar kamera refleks lensa tunggal digital (DSLR), kamera lensa yang dapat dipertukarkan (MILC), dan pencitraan tanpa lensa untuk sel.

Sensor CMOS muncul sebagai alternatif untuk sensor gambar charge-coupled device (CCD) dan pada akhirnya menjualnya pada pertengahan tahun 2000-an.

Istilah sensor piksel aktif juga digunakan untuk merujuk ke sensor piksel individual itu sendiri, dan bukan sensor gambar. Dalam hal ini, sensor gambar kadang-kadang disebut pencitra sensor piksel aktif, atau sensor gambar piksel aktif.

Sejarah

Latar belakang

Ketika meneliti teknologi metal-oxide-semiconductor (MOS), Willard Boyle dan George E. Smith menyadari bahwa muatan listrik dapat disimpan pada kapasitor MOS yang kecil, yang menjadi blok bangunan dasar perangkat charge-couple (CCD), yang mereka temukan pada tahun 1969. Masalah dengan teknologi CCD adalah kebutuhannya untuk transfer muatan yang hampir sempurna dalam pembacaan, yang, "membuat radiasi [toleransi?] 'lunak', sulit digunakan dalam kondisi cahaya rendah, sulit dibuat dalam ukuran array besar, sulit diintegrasikan dengan elektronik on-chip, sulit digunakan pada suhu rendah, sulit digunakan pada frekuensi gambar yang tinggi, dan sulit dibuat dalam bahan non-silikon yang memperpanjang respons panjang gelombang."

Di RCA Laboratories, sebuah tim peneliti yang terdiri dari Paul K. Weimer, W.S. Pike dan G. Sadasiv pada tahun 1969 mengusulkan sensor gambar solid-state dengan sirkuit pemindaian yang menggunakan transistor film tipis (TFT), dengan film fotokonduktif yang digunakan sebagai fotodetektor. Pencitraan N-channel MOSFET (NMOS) beresolusi rendah yang "sebagian besar digital" dengan amplifikasi intra-piksel, untuk aplikasi mouse optik, didemonstrasikan oleh Richard F. Lyon pada tahun 1981. Jenis teknologi sensor gambar lainnya yang terkait dengan APS adalah array bidang fokus inframerah hibrida (IRFPA), yang didesain untuk beroperasi pada suhu kriogenik dalam spektrum inframerah. Perangkat ini terdiri atas dua chip yang disatukan seperti roti lapis: satu chip berisi elemen detektor yang dibuat dalam InGaAs atau HgCdTe, dan chip lainnya biasanya terbuat dari silikon dan digunakan untuk membaca fotodetektor. Tanggal pasti asal mula perangkat ini dirahasiakan, tetapi perangkat ini sudah digunakan pada pertengahan tahun 1980-an.

Elemen kunci sensor CMOS modern adalah fotodioda yang disematkan (PPD). Ini ditemukan oleh Nobukazu Teranishi, Hiromitsu Shiraki dan Yasuo Ishihara di NEC pada tahun 1980, dan kemudian dilaporkan secara terbuka oleh Teranishi dan Ishihara bersama A. Kohono, E. Oda dan K. Arai pada tahun 1982, dengan penambahan struktur anti-mekar. Fotodioda yang disematkan adalah struktur fotodetektor dengan jeda rendah, noise rendah, efisiensi kuantum tinggi dan arus gelap rendah. Struktur fotodetektor baru yang ditemukan di NEC diberi nama "pinned photodiode" (PPD) oleh B.C. Burkey di Kodak pada tahun 1984. Pada tahun 1987, PPD mulai disatukan ke dalam sebagian besar sensor CCD, menjadi perlengkapan pada kamera video elektronik konsumen, dan kemudian kamera gambar diam digital. Sejak saat itu, PPD telah digunakan pada hampir semua sensor CCD dan kemudian sensor CMOS.

Sensor piksel pasif

Pendahulu APS adalah sensor piksel pasif (PPS), suatu jenis larik fotodioda (PDA). Sensor piksel pasif terdiri dari piksel pasif yang dibaca tanpa penguatan, dengan masing-masing piksel terdiri dari fotodioda dan sakelar MOSFET. Dalam larik fotodioda, piksel berisi sambungan p-n, kapasitor terintegrasi, dan MOSFET sebagai transistor pemilihan. Larik fotodioda diusulkan oleh G. Weckler pada tahun 1968, mendahului CCD. Ini adalah dasar untuk PPS, yang memiliki elemen sensor gambar dengan transistor pemilihan dalam piksel, yang diusulkan oleh Peter J.W. Noble pada tahun 1968, dan oleh Savvas G. Chamberlain pada tahun 1969.

Sensor piksel pasif diselidiki sebagai alternatif solid-state untuk perangkat pencitraan tabung vakum. Sensor piksel pasif MOS hanya menggunakan sakelar sederhana dalam piksel untuk membaca muatan terintegrasi fotodioda. Piksel disusun dalam struktur dua dimensi, dengan kabel pengaktifan akses yang digunakan bersama oleh piksel dalam baris yang sama, dan kabel keluaran yang digunakan bersama oleh kolom. Pada akhir setiap kolom terdapat sebuah transistor. Sensor piksel pasif memiliki banyak keterbatasan, seperti noise yang tinggi, pembacaan yang lambat, dan kurangnya skalabilitas. Array fotodioda awal (1960-an-1970-an) dengan transistor pilihan dalam setiap piksel, bersama dengan sirkuit multiplexer dalam chip, tidak praktis berukuran besar. Derau dari susunan fotodioda juga membatasi kinerja, karena kapasitansi bus pembacaan fotodioda mengakibatkan peningkatan tingkat derau pembacaan. Pengambilan sampel ganda berkorelasi (CDS) juga tidak dapat digunakan dengan susunan fotodioda tanpa memori eksternal. Pada tahun 1970-an, tidak memungkinkan untuk membuat sensor piksel aktif dengan ukuran piksel yang praktis, karena keterbatasan teknologi mikrolitografi pada saat itu. Karena proses MOS sangat bervariasi dan transistor MOS memiliki karakteristik yang berubah dari waktu ke waktu (ketidakstabilan V), operasi domain muatan CCD lebih dapat diproduksi dan memiliki kinerja yang lebih tinggi daripada sensor piksel pasif MOS.

Sensor piksel aktif

Sensor piksel aktif terdiri dari piksel aktif, masing-masing berisi satu atau lebih penguat MOSFET yang mengubah muatan yang dihasilkan foto menjadi tegangan, memperkuat tegangan sinyal, dan mengurangi noise. Konsep perangkat piksel aktif diusulkan oleh Peter Noble pada tahun 1968. Dia menciptakan susunan sensor dengan penguat pembacaan MOS aktif per piksel, yang pada dasarnya merupakan konfigurasi tiga transistor modern: struktur fotodioda yang terkubur, transistor pemilihan, dan penguat MOS.

Konsep piksel aktif MOS diimplementasikan sebagai perangkat modulasi muatan (CMD) oleh Olympus di Jepang pada pertengahan tahun 1980-an. Hal ini dimungkinkan oleh kemajuan dalam fabrikasi perangkat semikonduktor MOSFET, dengan penskalaan MOSFET mencapai tingkat mikron yang lebih kecil dan kemudian sub-mikron selama tahun 1980-an hingga awal 1990-an. MOS APS pertama dibuat oleh tim Tsutomu Nakamura di Olympus pada tahun 1985. Istilah sensor piksel aktif (APS) diciptakan oleh Nakamura sewaktu mengerjakan sensor piksel aktif CMD di Olympus. Pencitraan CMD memiliki struktur APS vertikal, yang meningkatkan faktor pengisian (atau mengurangi ukuran piksel) dengan menyimpan muatan sinyal di bawah transistor NMOS keluaran. Perusahaan semikonduktor Jepang lainnya segera mengikuti dengan sensor piksel aktif mereka sendiri selama akhir 1980-an hingga awal 1990-an. Antara tahun 1988 dan 1991, Toshiba mengembangkan sensor "transistor permukaan mengambang gerbang ganda", yang memiliki struktur APS lateral, dengan masing-masing piksel berisi fotogate MOS saluran terkubur dan penguat output PMOS. Antara tahun 1989 dan 1992, Canon mengembangkan sensor gambar yang tersimpan dalam basis (BASIS), yang menggunakan struktur APS vertikal, mirip dengan sensor Olympus, tetapi dengan transistor bipolar, bukan MOSFET.

Pada awal tahun 1990-an, perusahaan-perusahaan Amerika mulai mengembangkan sensor piksel aktif MOS yang praktis. Pada tahun 1991, Texas Instruments mengembangkan sensor CMD massal (BCMD), yang dibuat di cabang perusahaan di Jepang dan memiliki struktur APS vertikal yang mirip dengan sensor CMD Olympus, tetapi lebih kompleks dan menggunakan transistor PMOS, bukan NMOS.

Sensor CMOS

Pada akhir tahun 1980-an hingga awal 1990-an, proses CMOS sudah mapan sebagai proses manufaktur semikonduktor stabil yang terkendali dengan baik, dan merupakan proses dasar untuk hampir semua logika dan mikroprosesor. Ada kebangkitan dalam penggunaan sensor piksel pasif untuk aplikasi pencitraan kelas bawah, sementara sensor piksel aktif mulai digunakan untuk aplikasi fungsi tinggi beresolusi rendah seperti simulasi retina dan detektor partikel berenergi tinggi. Namun demikian, CCD tetap memiliki noise temporal dan noise pola tetap yang jauh lebih rendah dan merupakan teknologi yang dominan untuk aplikasi konsumen seperti camcorder serta kamera siaran, di mana CCD menggantikan tabung kamera video.

Pada tahun 1993, APS praktis pertama yang berhasil dibuat di luar Jepang, dikembangkan di Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, yang membuat APS yang kompatibel dengan CMOS. Ini memiliki struktur APS lateral yang mirip dengan sensor Toshiba, tetapi dibuat dengan transistor CMOS, bukan PMOS. Ini adalah sensor CMOS pertama dengan transfer muatan intra-piksel.

Pada tahun 1999, Hyundai Electronics mengumumkan produksi komersial sensor gambar CMOS warna 800x600 piksel berdasarkan piksel 4T dengan fotodioda yang disematkan berkinerja tinggi dengan ADC terintegrasi dan dibuat dalam proses DRAM 0,5um dasar.

Sensor CMOS Photobit digunakan pada webcam yang diproduksi oleh Logitech dan Intel, sebelum Photobit dibeli oleh Micron Technology pada tahun 2001. Pasar sensor CMOS awal pada awalnya dipimpin oleh produsen Amerika, seperti Micron, dan Omnivision, yang memungkinkan Amerika Serikat untuk secara singkat merebut kembali sebagian pasar sensor gambar secara keseluruhan dari Jepang, sebelum akhirnya pasar sensor CMOS didominasi oleh Jepang, Korea Selatan, dan Tiongkok. Sensor CMOS dengan teknologi PPD semakin maju dan disempurnakan oleh RM Guidash pada tahun 1997, K. Yonemoto dan H. Sumi pada tahun 2000, dan I. Inoue pada tahun 2003. Hal ini menyebabkan sensor CMOS mencapai performa penggambaran yang setara dengan sensor CCD, dan kemudian melampaui sensor CCD.

Pada tahun 2000, sensor CMOS digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk kamera murah, kamera PC, faks, multimedia, keamanan, pengawasan, dan telepon video.

Industri video beralih ke kamera CMOS dengan munculnya video definisi tinggi (video HD), karena jumlah piksel yang besar akan memerlukan konsumsi daya yang jauh lebih tinggi dengan sensor CCD, yang akan membuat baterai menjadi panas dan menguras baterai. Sony pada tahun 2007 mengkomersialkan sensor CMOS dengan sirkuit konversi A/D kolom asli, untuk performa yang cepat dan rendah noise, diikuti pada tahun 2009 oleh sensor CMOS back-illuminated (sensor BI), dengan sensitivitas dua kali lipat sensor gambar konvensional.

Sensor CMOS kemudian memiliki dampak budaya yang signifikan, yang menyebabkan proliferasi massal kamera digital dan ponsel kamera, yang mendukung kebangkitan media sosial dan budaya selfie, serta berdampak pada pergerakan sosial dan politik di seluruh dunia. Pada tahun 2007, penjualan sensor piksel aktif CMOS telah melampaui sensor CCD, dengan sensor CMOS menguasai 54% pasar sensor gambar global pada waktu itu. Pada tahun 2012, sensor CMOS meningkatkan pangsa pasarnya menjadi 74%. Pada tahun 2017, sensor CMOS menguasai 89% penjualan sensor gambar global. Dalam beberapa tahun terakhir, [kapan?] teknologi sensor CMOS telah menyebar ke fotografi format menengah dengan Phase One menjadi yang pertama meluncurkan kamera digital format menengah dengan sensor CMOS buatan Sony.

Pada tahun 2012, Sony memperkenalkan sensor CMOS BI bertumpuk. Ada beberapa kegiatan penelitian yang sedang berlangsung di bidang sensor gambar. Salah satunya adalah quanta image sensor (QIS), yang mungkin merupakan pergeseran paradigma dalam cara kita mengumpulkan gambar dalam kamera. Dalam QIS, tujuannya adalah untuk menghitung setiap foton yang mengenai sensor gambar, dan memberikan resolusi kurang dari 1 juta hingga 1 miliar atau lebih elemen foto khusus (disebut jot) per sensor, dan membaca bidang bit jot ratusan atau ribuan kali per detik yang menghasilkan data terabit/detik. Ide QIS masih dalam tahap awal dan mungkin tidak akan pernah menjadi kenyataan karena kerumitan yang tidak diperlukan untuk menangkap gambar 

Boyd Fowler dari OmniVision dikenal atas karyanya dalam pengembangan sensor gambar CMOS. Kontribusinya meliputi sensor gambar CMOS piksel digital pertama pada tahun 1994; sensor gambar CMOS linier ilmiah pertama dengan noise pembacaan RMS elektron tunggal pada tahun 2003; sensor gambar CMOS area multi-megapiksel ilmiah pertama dengan rentang dinamis tinggi secara simultan (86 dB), pembacaan cepat (100 frame/detik) dan noise pembacaan sangat rendah (1,2e- RMS) (sCMOS) pada tahun 2010. Beliau juga mematenkan sensor gambar CMOS pertama untuk sinar-X gigi inter-oral dengan sudut terpotong untuk kenyamanan pasien yang lebih baik.

Pada akhir tahun 2010-an, sensor CMOS sebagian besar atau bahkan seluruhnya telah menggantikan sensor CCD, karena sensor CMOS tidak hanya dapat dibuat di lini produksi semikonduktor yang ada, sehingga mengurangi biaya, tetapi juga mengonsumsi lebih sedikit daya, hanya untuk menyebutkan beberapa keuntungan. 

HV-CMOS

Perangkat HV-CMOS adalah kasus khusus dari sensor CMOS biasa yang digunakan dalam aplikasi tegangan tinggi (untuk mendeteksi partikel berenergi tinggi) seperti CERN Large Hadron Collider yang membutuhkan tegangan tinggi hingga ~30-120V. Perangkat tersebut tidak digunakan untuk pengalihan tegangan tinggi. HV-CMOS biasanya diimplementasikan dengan zona deplesi n-doped sedalam ~ 10 μm (n-well) dari transistor pada substrat wafer tipe-p.

Perbandingan dengan CCD

Piksel APS memecahkan masalah kecepatan dan skalabilitas sensor piksel pasif. Sensor ini umumnya mengonsumsi daya lebih sedikit daripada CCD, memiliki jeda gambar yang lebih sedikit, dan memerlukan fasilitas produksi yang lebih sedikit. Tidak seperti CCD, sensor APS dapat menggabungkan fungsi sensor gambar dan fungsi pemrosesan gambar dalam sirkuit terpadu yang sama. Sensor APS telah menemukan pasar dalam banyak aplikasi konsumen, khususnya ponsel kamera. Sensor ini juga telah digunakan di bidang lain termasuk radiografi digital, akuisisi gambar militer berkecepatan sangat tinggi, kamera keamanan, dan mouse optik. Produsennya antara lain Aptina Imaging (spinout independen dari Micron Technology, yang membeli Photobit pada tahun 2001), Canon, Samsung, STMicroelectronics, Toshiba, OmniVision Technologies, Sony, dan Foveon. Sensor APS tipe CMOS biasanya sesuai untuk aplikasi yang mengutamakan pengemasan, manajemen daya, dan pemrosesan on-chip. Sensor tipe CMOS digunakan secara luas, dari fotografi digital kelas atas hingga kamera ponsel.

Keuntungan CMOS dibandingkan dengan CCD

Keuntungan utama sensor CMOS yaitu, biaya produksinya biasanya lebih murah daripada sensor CCD, karena elemen pengambilan gambar dan penginderaan gambar dapat dipadukan ke dalam IC yang sama, dan konstruksinya pun lebih sederhana.

Sensor CMOS juga biasanya memiliki kontrol yang lebih baik atas blooming (yaitu, pelepasan muatan foto dari piksel yang terlalu banyak cahaya ke piksel lain di dekatnya).

Dalam sistem kamera tiga sensor yang menggunakan sensor terpisah untuk menyelesaikan komponen merah, hijau, dan biru pada gambar bersama dengan prisma pembagi berkas, ketiga sensor CMOS bisa identik, sedangkan kebanyakan prisma pembagi mengharuskan salah satu sensor CCD harus gambar cermin dari dua sensor lainnya untuk membaca gambar dalam urutan yang kompatibel. Tidak seperti sensor CCD, sensor CMOS memiliki kemampuan untuk membalikkan pengalamatan elemen sensor. Sensor CMOS dengan kecepatan film ISO 4 juta sudah ada.

Kekurangan CMOS dibandingkan dengan CCD

Karena sensor CMOS biasanya menangkap satu baris pada satu waktu dalam waktu kira-kira 1/60 atau 1/50 detik (tergantung pada kecepatan penyegaran), maka, hal ini bisa menghasilkan efek "rana bergulir", di mana gambar menjadi miring (miring ke kiri atau ke kanan, tergantung pada arah pergerakan kamera atau subjek). Contohnya, apabila melacak mobil yang bergerak pada kecepatan tinggi, mobil tidak akan terdistorsi, tetapi latar belakangnya akan tampak miring. Sensor CCD transfer bingkai atau sensor CMOS "rana global" tidak memiliki masalah ini; sebaliknya, sensor ini menangkap seluruh gambar sekaligus ke dalam penyimpanan bingkai.

Keunggulan sensor CCD yang sudah lama ada yaitu, kemampuannya menangkap gambar dengan noise yang lebih rendah. Dengan perbaikan dalam teknologi CMOS, keunggulan ini sudah tidak ada lagi pada tahun 2020, dengan tersedianya sensor CMOS modern yang mampu mengungguli sensor CCD.

Sirkuit aktif dalam piksel CMOS mengambil sebagian area pada permukaan yang tidak peka cahaya, sehingga mengurangi efisiensi pendeteksian foton pada perangkat (lensa mikro dan sensor yang disinari cahaya latar bisa mengurangi masalah ini). Tetapi, CCD frame-transfer juga memiliki sekitar setengah area yang tidak peka untuk node penyimpan bingkai, sehingga keuntungan relatif bergantung pada jenis sensor yang dibandingkan. 

Disadur dari : en.wikipedia.org