De manier waarop traditionele mechanische CNC-machines op kamerformaat overgaan naar desktopmachines (zoals de Bantam Tools desktop CNC-freesmachine en de Bantam Tools desktop PCB-freesmachine) is te danken aan de ontwikkeling van personal computers, microcontrollers en andere elektronische apparatuurcomponenten. Zonder deze ontwikkelingen zouden krachtige en compacte CNC-bewerkingsmachines vandaag de dag niet mogelijk zijn.
Tegen 1980: de evolutie van de regeltechniek en het tijdschema voor de ontwikkeling van elektronische en computerondersteuning.
Dageraad van de personal computer
In 1977 werden tegelijkertijd drie ‘microcomputers’ uitgebracht – Apple II, pet 2001 en TRS-80 – en in januari 1980 kondigde byte magazine aan dat ‘het tijdperk van kant-en-klare personal computers is aangebroken’. De ontwikkeling van personal computers is sindsdien snel verbeterd, toen de concurrentie tussen Apple en IBM wegebde en vloeide.
In 1984 bracht Apple de klassieke Macintosh uit, de eerste in massa geproduceerde muisaangedreven personal computer met een grafische gebruikersinterface (GUI). Macintosh wordt geleverd met macpaint en macwrite (die WYSIWYG WYSIWYG-toepassingen populair maken). Het jaar daarop werd, in samenwerking met Adobe, een nieuw grafisch programma gelanceerd, dat de basis legde voor computerondersteund ontwerp (CAD) en computerondersteunde productie (CAM).
Ontwikkeling van CAD- en cam-programma's
De tussenpersoon tussen computer en CNC-bewerkingsmachines zijn twee basisprogramma's: CAD en cam. Voordat we ingaan op de korte geschiedenis van beide, volgt hier een overzicht.
CAD-programma's ondersteunen het digitaal maken, wijzigen en delen van 2D- of 3D-objecten. Met het cam-programma kunt u gereedschappen, materialen en andere voorwaarden voor snijbewerkingen selecteren. Zelfs als u als ingenieur al het CAD-werk hebt voltooid en het uiterlijk kent van de gewenste onderdelen, weet de freesmachine niet de maat of vorm van de frees die u wilt gebruiken, of de details van uw materiaalgrootte of type.
Het cam-programma gebruikt het model dat door de ingenieur in CAD is gemaakt om de beweging van het gereedschap in het materiaal te berekenen. Deze bewegingsberekeningen, gereedschapspaden genoemd, worden automatisch gegenereerd door het cam-programma om maximale efficiëntie te bereiken. Sommige moderne cam-programma's kunnen ook op het scherm simuleren hoe de machine het gereedschap van uw keuze gebruikt om materialen te snijden. In plaats van steeds opnieuw snijtests uit te voeren op echte werktuigmachines, kan dit gereedschapslijtage, verwerkingstijd en materiaalverbruik besparen.
De oorsprong van het moderne CAD gaat terug tot 1957. Het programma genaamd Pronto, ontwikkeld door computerwetenschapper Patrick J. Hanratty, wordt gezien als de vader van cad/cam. In 1971 ontwikkelde hij ook het veelgebruikte programma Adam, een interactief grafisch ontwerp-, teken- en productiesysteem geschreven in FORTRAN, gericht op platformonafhankelijke almacht. "Industrie-analisten schatten dat 70% van alle 3D Mechanische CAD/CAM-systemen die vandaag de dag beschikbaar zijn terug te voeren zijn op de originele code van Hanratty", aldus de Universiteit van Californië in Irvine, waar hij destijds het onderzoek uitvoerde.'
Rond 1967 wijdde Patrick J. Hanratty zich aan het computerondersteunde ontwerp van CADIC-computers (geïntegreerde circuits).
In 1960 werd het baanbrekende programma Sketchpad van Ivan Sutherland ontwikkeld tussen de twee programma's van Hanratty, het eerste programma dat een volledige grafische gebruikersinterface gebruikte.
Het is vermeldenswaard dat AutoCAD, gelanceerd door Autodesk in 1982, het eerste 2D CAD-programma is dat specifiek voor personal computers is bedoeld in plaats van voor mainframecomputers. In 1994 maakte AutoCAD R13 het programma compatibel met 3D-ontwerp. In 1995 werd SolidWorks uitgebracht met het duidelijke doel om CAD-ontwerp eenvoudiger te maken voor een breder publiek, en vervolgens werd in 1999 Autodesk Inventor gelanceerd, dat intuïtiever werd.
Halverwege de jaren tachtig toonde een populaire schaalbare grafische AutoCAD-demonstratie ons zonnestelsel in een verhouding van 1:1 kilometer. Je kunt zelfs inzoomen op de maan en de plaquette op de Apollo-maanlander lezen.
Het is onmogelijk om over de ontwikkeling van CNC-machines te praten zonder hulde te brengen aan de softwaremakers die zich inzetten om de instapdrempel van digitaal ontwerp te verlagen en dit toepasbaar te maken op alle vaardigheidsniveaus. Momenteel loopt Autodesk fusion 360 voorop. (vergeleken met soortgelijke software zoals Mastercam, UGNX en PowerMILL is deze krachtige cad/cam-software nog niet in China geopend.) het is “de eerste 3D CAD-, cam- en CAE-tool in zijn soort, die uw gehele productontwikkeling kan verbinden verwerken naar een cloudgebaseerd platform dat geschikt is voor pc, MAC en mobiele apparaten.” Dit krachtige softwareproduct is gratis voor studenten, docenten, gekwalificeerde start-ups en amateurs.
Vroege compacte CNC-bewerkingsmachines
Als een van de pioniers en voorouders van compacte CNC-bewerkingsmachines was Ted Hall, de oprichter van shopbottools, hoogleraar neurowetenschappen aan de Duke University. In zijn vrije tijd maakt hij graag multiplexboten. Hij zocht naar een gereedschap waarmee gemakkelijk multiplex kon worden gesneden, maar zelfs de prijs van het gebruik van CNC-freesmachines bedroeg destijds meer dan $ 50.000. In 1994 liet hij een groep mensen de compacte molen zien die hij in zijn werkplaats ontwierp, waarmee hij de reis van het bedrijf begon.
Van fabriek tot desktop: MTM-snap
In 2001 richtte het Massachusetts Institute of Technology (MIT) een nieuw bit- en atoomcentrum op, het zusterlaboratorium van het MIT Media Laboratory, onder leiding van de visionaire professor Neil Gershenfeld. Gershenfeld wordt beschouwd als een van de grondleggers van het Fab Lab (Manufacturing Laboratory)-concept. Met de steun van de informatietechnologieonderzoeksprijs van 13,75 miljoen dollar van de National Science Foundation begon het bit and atom Center (CBA) hulp te zoeken bij het opzetten van een klein studionetwerk om het publiek te voorzien van persoonlijke digitale productietools.
Daarvoor, in 1998, opende Gershenfeld een cursus met de naam ‘hoe je (bijna) alles kunt maken’ aan het Massachusetts Institute of Technology om technische studenten kennis te laten maken met dure industriële productiemachines, maar zijn cursus trok studenten met verschillende achtergronden aan, waaronder kunst en design. en architectuur. Dit is de basis geworden van de persoonlijke digitale productierevolutie.
Een van de projecten die uit CBA voortkomt is Machines That Make (MTM), dat zich richt op de ontwikkeling van snelle prototypes die gebruikt kunnen worden in waferfabrieklaboratoria. Een van de machines die in dit project is ontstaan, is de MTM snap desktop CNC-freesmachine, gemaakt door de studenten Jonathan Ward, Nadya peek en David Mellis in 2011. Met behulp van stevig snap-HDPE-plastic (gesneden uit de snijplank in de keuken) op een grote shopbot-CNC freesmachine, deze 3-assige freesmachine draait op een goedkope Arduino-microcontroller en kan alles nauwkeurig frezen, van PCB tot schuim en hout. Tegelijkertijd wordt het op de desktop geïnstalleerd, draagbaar en betaalbaar.
Hoewel sommige fabrikanten van CNC-freesmachines, zoals shopbot en epilog, in die tijd kleinere en goedkopere desktopversies van freesmachines probeerden uit te brengen, waren ze nog steeds behoorlijk duur.
MTM snap ziet eruit als speelgoed, maar heeft het frezen op de desktop compleet veranderd.
In de geest van een echt Fab Lab heeft het MTM-snapteam zelfs hun stuklijst gedeeld, zodat je deze zelf kunt maken.
Kort na de creatie van MTM snap werkte teamlid Jonathan Ward samen met ingenieurs Mike Estee en Forrest groen- en materiaalwetenschapper Danielle Applestone om een door DARPA gefinancierd project uit te voeren genaamd mentor (productie-experiment en promotie) om “de 21e eeuw te dienen.”
Het team werkte bij otherlab in San Francisco, combineerde en onderzocht het ontwerp van de MTM-snapwerktuigmachine opnieuw, met als doel een desktop CNC-freesmachine te vervaardigen met een redelijke prijs, nauwkeurigheid en gebruiksgemak. Ze noemden het othermill, de voorloper van de Bantam tools desktop PCB-freesmachine.
Evolutie van drie generaties othermill
In mei 2013 lanceerde het team van Other Machine Co. met succes een crowdfundingactiviteit. Een maand later, in juni, lanceerde shopbot tools een campagne (ook succesvol) voor een draagbare CNC-machine genaamd handibot, die is ontworpen om rechtstreeks op de werkwebsite te worden gebruikt. De belangrijkste kwaliteit van deze twee machines is dat de bijbehorende software – otherplan en fabmo – zijn ontworpen om respectievelijk intuïtieve en eenvoudig te gebruiken WYSIWYG-programma's te worden, zodat een breed publiek CNC-bewerkingen kan gebruiken. Zoals de steun van deze twee projecten bewijst, is de gemeenschap duidelijk klaar voor dit soort innovatie.
Het iconische felgele handvat van Handibot kondigt zijn draagbaarheid aan.
Continue trend van fabriek naar desktop
Sinds de eerste machine in 2013 commercieel werd gebruikt, is de digitale desktopproductiebeweging opgewaardeerd. CNC-freesmachines omvatten nu alle soorten CNC-machines, van fabrieken tot desktops, van draadbuigmachines tot breimachines, vacuümvormmachines, waterstraalsnijmachines, lasersnijmachines, enz.
Het aantal soorten CNC-bewerkingsmachines dat van fabriekswerkplaatsen naar desktops wordt overgebracht, groeit gestaag.
Het ontwikkelingsdoel van het Fab-laboratorium, oorspronkelijk geboren bij MIT, is het populariseren van krachtige maar dure digitale productiemachines, het bewapenen van slimme geesten met hulpmiddelen en het overbrengen van hun ideeën naar de fysieke wereld. Alleen ervaren mensen kunnen met deze tools voormalige professionals verkrijgen. Nu bevordert de desktopproductierevolutie deze aanpak verder, van Fab-laboratoria tot persoonlijke werkplaatsen, door de kosten aanzienlijk te verlagen en tegelijkertijd de professionele nauwkeurigheid te behouden.
Terwijl dit traject zich voortzet, zijn er opwindende nieuwe ontwikkelingen in de integratie van kunstmatige intelligentie (AI) in desktopproductie en digitaal ontwerp. Hoe deze ontwikkelingen de productie en innovatie blijven beïnvloeden valt nog te bezien, maar we hebben een lange weg afgelegd sinds het tijdperk van kamercomputers en krachtige productietools die volledig gebonden waren aan grote instellingen en bedrijven. De macht ligt nu in onze handen.
Posttijd: 19 juli 2022