Sposób, w jaki tradycyjne mechaniczne maszyny CNC wielkości pomieszczenia przechodzą na maszyny stacjonarne (takie jak stacjonarna frezarka CNC Bantam Tools i stacjonarna frezarka PCB Bantam Tools) wynika z rozwoju komputerów osobistych, mikrokontrolerów i innych elementów sprzętu elektronicznego. Bez tych udoskonaleń wydajne i kompaktowe obrabiarki CNC nie byłyby dziś możliwe.
Do roku 1980 ewolucja automatyki i harmonogram rozwoju wspomagania elektronicznego i komputerowego.
Świt komputera osobistego
W 1977 roku wypuszczono jednocześnie trzy „mikrokomputery” – Apple II, pet 2001 i TRS-80 – w styczniu 1980 roku magazyn byte ogłosił, że „nadeszła era gotowych komputerów osobistych”. Od tego czasu, gdy konkurencja między Apple i IBM przygasła, nastąpił szybki postęp w rozwoju komputerów osobistych.
W 1984 roku firma Apple wypuściła klasycznego Macintosha, pierwszy masowo produkowany komputer osobisty napędzany myszą i wyposażony w graficzny interfejs użytkownika (GUI). Macintosh jest dostarczany z macpaint i macwrite (które popularyzują aplikacje WYSIWYG WYSIWYG). W następnym roku, dzięki współpracy z firmą Adobe, uruchomiono nowy program graficzny, który położył podwaliny pod projektowanie wspomagane komputerowo (CAD) i produkcję wspomaganą komputerowo (CAM).
Tworzenie programów CAD i cam
Pośrednikiem pomiędzy komputerem a obrabiarką CNC są dwa podstawowe programy: CAD i cam. Zanim zagłębimy się w krótką historię obu, oto przegląd.
Programy CAD obsługują cyfrowe tworzenie, modyfikację i udostępnianie obiektów 2D i 3D. Program krzywki umożliwia dobór narzędzi, materiałów i innych warunków operacji skrawania. Jako inżynier, nawet jeśli ukończyłeś wszystkie prace CAD i znasz wygląd żądanych części, frezarka nie zna rozmiaru ani kształtu frezu, którego chcesz użyć, ani szczegółów dotyczących rozmiaru materiału lub typ.
Program cam wykorzystuje model stworzony przez Inżyniera w programie CAD do obliczenia ruchu narzędzia w materiale. Te obliczenia ruchu, zwane ścieżkami narzędzia, są automatycznie generowane przez program krzywki w celu osiągnięcia maksymalnej wydajności. Niektóre nowoczesne programy krzywkowe mogą również symulować na ekranie sposób, w jaki maszyna używa wybranego narzędzia do cięcia materiałów. Zamiast raz po raz przeprowadzać testy skrawania na rzeczywistych obrabiarkach, można zaoszczędzić na zużyciu narzędzi, czasie obróbki i zużyciu materiału.
Początków współczesnego CAD można doszukiwać się w roku 1957. Za ojca CAD/CAM uznawany jest program o nazwie Pronto, opracowany przez informatyka Patricka J. Hanratty'ego. W 1971 roku opracował także szeroko stosowany program Adam, który jest interaktywnym systemem do projektowania graficznego, rysowania i wytwarzania napisanym w FORTRAN, mającym na celu wszechmoc między platformami. „Analitycy branżowi szacują, że 70% wszystkich dostępnych obecnie systemów CAD/CAM 3-D Mechanical można prześledzić wstecz do oryginalnego kodu Hanratty’ego” – powiedział Uniwersytet Kalifornijski w Irvine, gdzie prowadził wówczas badania”.
Około 1967 roku Patrick J. Hanratty poświęcił się wspomaganemu komputerowo projektowaniu komputerów z układami scalonymi (CADIC).
W 1960 roku pomiędzy dwoma programami Hanratty'ego powstał pionierski program Sketchpad Ivana Sutherlanda, który był pierwszym programem wykorzystującym pełny graficzny interfejs użytkownika.
Warto zauważyć, że AutoCAD, uruchomiony przez firmę Autodesk w 1982 roku, jest pierwszym programem CAD 2D przeznaczonym specjalnie dla komputerów osobistych, a nie komputerów typu mainframe. Do 1994 roku AutoCAD R13 zapewnił kompatybilność programu z projektowaniem 3D. W 1995 r. wypuszczono SolidWorks, którego jasnym celem było ułatwienie projektowania CAD szerszemu gronu odbiorców, a następnie w 1999 r. wypuszczono program Autodesk Inventor, który stał się bardziej intuicyjny.
W połowie lat 80. popularne, skalowalne graficzne demo programu AutoCAD pokazywało nasz Układ Słoneczny w kilometrach 1:1. Możesz nawet przybliżyć Księżyc i przeczytać tabliczkę na lądowniku księżycowym Apollo.
Nie da się mówić o rozwoju maszyn CNC bez złożenia hołdu twórcom oprogramowania, którzy zaangażowali się w obniżenie progu wejścia w projektowanie cyfrowe i umożliwienie jego stosowania na wszystkich poziomach umiejętności. Obecnie na czele stoi Autodesk fusion 360. (w porównaniu z podobnym oprogramowaniem, takim jak Mastercam, UGNX i PowerMILL, to potężne oprogramowanie CAD/CAM nie zostało otwarte w Chinach.) jest to „pierwsze tego rodzaju narzędzie 3D CAD, cam i CAE, które może połączyć cały rozwój produktu proces na platformę opartą na chmurze, odpowiednią dla komputerów PC, MAC i urządzeń mobilnych. To potężne oprogramowanie jest bezpłatne dla studentów, nauczycieli, wykwalifikowanych start-upów i amatorów.
Wczesne kompaktowe obrabiarki CNC
Jako jeden z pionierów i przodków kompaktowych obrabiarek CNC, Ted Hall, twórca narzędzi typu shopbot, był profesorem neurologii na Uniwersytecie Duke. W wolnym czasie lubi budować łódki ze sklejki. Szukał narzędzia, które będzie łatwe w cięciu sklejki, ale nawet cena stosowania frezarek CNC w tamtym czasie przekraczała 50 000 dolarów. W 1994 roku pokazał grupie ludzi kompaktowy młyn, który zaprojektował w swoim warsztacie, rozpoczynając w ten sposób drogę firmy.
Z fabryki na pulpit: zatrzask MTM
W 2001 roku Massachusetts Institute of Technology (MIT) utworzył nowe centrum bitów i atomów, będące siostrzanym laboratorium MIT Media Laboratory, na którego czele stoi wizjonerski profesor Neil Gershenfeld. Gershenfeld uważany jest za jednego z twórców koncepcji Fab Lab (Laboratorium Produkcyjne). Dzięki wsparciu nagrody National Science Foundation na badania w dziedzinie technologii informatycznych o wartości 13,75 mln dolarów, Centrum Bit and Atom (CBA) zaczęło szukać pomocy w utworzeniu sieci małych studiów, aby zapewnić społeczeństwu osobiste, cyfrowe narzędzia produkcyjne.
Wcześniej, w 1998 r., Gershenfeld otworzył kurs zatytułowany „Jak zrobić (prawie) wszystko” w Massachusetts Institute of Technology, aby zapoznać studentów kierunków technicznych z drogimi maszynami do produkcji przemysłowej, ale jego kurs przyciągnął studentów z różnych dziedzin, w tym sztuki, projektowania i architektura. Stało się to podstawą osobistej rewolucji cyfrowej w produkcji.
Jednym z projektów zrodzonych z CBA są maszyny produkujące (MTM), które skupiają się na opracowywaniu szybkich prototypów, które można wykorzystać w laboratoriach fabryk płytek półprzewodnikowych. Jedną z maszyn powstałych w ramach tego projektu jest zatrzaskowa frezarka CNC MTM stworzona przez studentów Jonathana Warda, Nadyę Peek i Davida Mellisa w 2011 roku. Używanie wytrzymałego zatrzaskowego plastiku HDPE (wyciętego z kuchennej deski do krojenia) na dużym robotze CNC frezarka, ta 3-osiowa frezarka działa na niedrogim mikrokontrolerze Arduino i może dokładnie frezować wszystko, od PCB po piankę i drewno. Jednocześnie jest instalowany na komputerze stacjonarnym, przenośny i niedrogi.
W tamtym czasie, choć niektórzy producenci frezarek CNC, tacy jak shopbot i epilog, próbowali wypuścić mniejsze i tańsze, stacjonarne wersje frezarek, były one nadal dość drogie.
Przystawka MTM wygląda jak zabawka, ale całkowicie zmieniła frezowanie na biurku.
W duchu prawdziwego Fab Labu zespół snaperów MTM udostępnił nawet zestawienie materiałów, abyś mógł je wykonać samodzielnie.
Krótko po stworzeniu MTM Snap członek zespołu Jonathan Ward współpracował z inżynierami Mike'em Estee i Forrestem, naukowcem zajmującym się ekologią i materiałami Danielle Applestone, aby przeprowadzić finansowany przez DARPA projekt o nazwie mentor (eksperyment produkcyjny i promocja), aby „służyć XXI wieku”.
Zespół pracował w otherlab w San Francisco, ponownie połączył i ponownie zbadał projekt obrabiarki zatrzaskowej MTM, mając na celu wyprodukowanie stacjonarnej frezarki CNC o rozsądnej cenie, dokładności i łatwości obsługi. Nazwali go othermill, co jest poprzednikiem stacjonarnej frezarki PCB Bantam Tools.
Ewolucja trzech generacji innych młynów
W maju 2013 roku zespół other machine Co. z sukcesem uruchomił akcję crowdfundingową. Miesiąc później, w czerwcu, shopbot Tools rozpoczęło kampanię (również udaną) na przenośną maszynę CNC o nazwie handibot, która jest przeznaczona do wykorzystania bezpośrednio na stronie internetowej firmy. Główną cechą tych dwóch maszyn jest to, że towarzyszące im oprogramowanie – otherplan i fabmo – zostało zaprojektowane tak, aby stać się odpowiednio intuicyjnymi i łatwymi w obsłudze programami WYSIWYG, dzięki czemu szeroka publiczność może korzystać z obróbki CNC. Oczywiście, jak pokazuje wsparcie tych dwóch projektów, społeczność jest gotowa na tego typu innowacje.
Charakterystyczny jasnożółty uchwyt Handibota zapowiada jego przenośność.
Ciągły trend od fabryki do komputera stacjonarnego
Odkąd pierwsza maszyna została oddana do użytku komercyjnego w 2013 r., nastąpił unowocześnienie ruchu w zakresie cyfrowej produkcji komputerów stacjonarnych. Frezarki CNC obejmują obecnie wszystkie typy maszyn CNC, od fabryk po komputery stacjonarne, od giętarek drutu po maszyny dziewiarskie, maszyny do formowania próżniowego, maszyny do cięcia strumieniem wody, maszyny do cięcia laserowego itp.
Liczba obrabiarek CNC przenoszonych z warsztatów fabrycznych na komputery stacjonarne stale rośnie.
Celem rozwoju laboratorium Fab, które powstało na MIT, jest popularyzacja potężnych, ale drogich cyfrowych maszyn produkcyjnych, wyposażenie inteligentnych umysłów w narzędzia i przeniesienie ich pomysłów do świata fizycznego. Dzięki tym narzędziom tylko doświadczeni ludzie mogą pozyskać doświadczonych specjalistów. Obecnie rewolucja w produkcji komputerów stacjonarnych jeszcze bardziej pogłębia to podejście, od laboratoriów Fab po warsztaty osobiste, znacznie obniżając koszty przy jednoczesnym zachowaniu profesjonalnej dokładności.
W miarę kontynuacji tej trajektorii pojawiają się nowe, ekscytujące osiągnięcia w zakresie integracji sztucznej inteligencji (AI) z produkcją komputerów stacjonarnych i projektowaniem cyfrowym. Czas pokaże, jak te zmiany w dalszym ciągu będą wpływać na produkcję i innowacje, ale przebyliśmy długą drogę od ery komputerów wielkości pomieszczenia i potężnych narzędzi produkcyjnych całkowicie przywiązanych do dużych instytucji i firm. Władza jest teraz w naszych rękach.
Czas publikacji: 19 lipca 2022 r