Ο τρόπος με τον οποίο οι παραδοσιακές μηχανικές μηχανές CNC μεγέθους δωματίου μεταβαίνουν σε επιτραπέζιους μηχανές (όπως η επιτραπέζια φρέζα CNC εργαλείων Bantam και η επιτραπέζια φρέζα PCB εργαλείων Bantam) οφείλεται στην ανάπτυξη προσωπικών υπολογιστών, μικροελεγκτών και άλλων εξαρτημάτων ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Χωρίς αυτές τις εξελίξεις, οι ισχυρές και συμπαγείς εργαλειομηχανές CNC δεν θα ήταν δυνατές σήμερα.
Μέχρι το 1980, η εξέλιξη της μηχανικής ελέγχου και το χρονοδιάγραμμα για την ανάπτυξη ηλεκτρονικής και ηλεκτρονικής υποστήριξης.
Η αυγή του προσωπικού υπολογιστή
Το 1977, τρεις «μικροϋπολογιστές» κυκλοφόρησαν ταυτόχρονα – Apple II, pet 2001 και TRS-80 – τον Ιανουάριο του 1980, το περιοδικό byte ανακοίνωσε ότι «η εποχή των έτοιμων προσωπικών υπολογιστών έφτασε». Η ανάπτυξη των προσωπικών υπολογιστών αναβαθμίστηκε ραγδαία από τότε, όταν ο ανταγωνισμός μεταξύ της Apple και της IBM υποχώρησε.
Μέχρι το 1984, η Apple κυκλοφόρησε τον κλασικό Macintosh, τον πρώτο προσωπικό υπολογιστή μαζικής παραγωγής με ποντίκι με γραφικό περιβάλλον χρήστη (GUI). Το Macintosh συνοδεύεται από macpaint και macwrite (τα οποία διαδίδουν τις εφαρμογές WYSIWYG WYSIWYG). Το επόμενο έτος, μέσω της συνεργασίας με την adobe, ξεκίνησε ένα νέο πρόγραμμα γραφικών, θέτοντας τα θεμέλια για τη σχεδίαση με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) και την κατασκευή με τη βοήθεια υπολογιστή (CAM).
Ανάπτυξη προγραμμάτων CAD και cam
Ο ενδιάμεσος μεταξύ υπολογιστή και εργαλειομηχανής CNC είναι δύο βασικά προγράμματα: το CAD και το cam. Πριν εμβαθύνουμε στη σύντομη ιστορία και των δύο, εδώ είναι μια επισκόπηση.
Τα προγράμματα CAD υποστηρίζουν την ψηφιακή δημιουργία, τροποποίηση και κοινή χρήση αντικειμένων 2D ή 3D. Το πρόγραμμα έκκεντρου σάς επιτρέπει να επιλέξετε εργαλεία, υλικά και άλλες συνθήκες για εργασίες κοπής. Ως μηχανικός, ακόμα κι αν έχετε ολοκληρώσει όλες τις εργασίες CAD και γνωρίζετε την εμφάνιση των εξαρτημάτων που θέλετε, η φρέζα δεν γνωρίζει το μέγεθος ή το σχήμα του φρέζα που θέλετε να χρησιμοποιήσετε ή τις λεπτομέρειες του μεγέθους του υλικού σας ή τύπος.
Το πρόγραμμα έκκεντρου χρησιμοποιεί το μοντέλο που δημιούργησε ο Μηχανικός σε CAD για να υπολογίσει την κίνηση του εργαλείου στο υλικό. Αυτοί οι υπολογισμοί κίνησης, που ονομάζονται διαδρομές εργαλείων, δημιουργούνται αυτόματα από το πρόγραμμα έκκεντρου για να επιτευχθεί η μέγιστη απόδοση. Ορισμένα σύγχρονα προγράμματα κάμερας μπορούν επίσης να προσομοιώσουν στην οθόνη πώς το μηχάνημα χρησιμοποιεί το εργαλείο της επιλογής σας για την κοπή υλικών. Αντί να κόβει ξανά και ξανά δοκιμές σε πραγματικές εργαλειομηχανές, μπορεί να εξοικονομήσει φθορά εργαλείου, χρόνο επεξεργασίας και κατανάλωση υλικού.
Η προέλευση του σύγχρονου CAD μπορεί να εντοπιστεί πίσω στο 1957. Το πρόγραμμα με το όνομα Pronto που αναπτύχθηκε από τον επιστήμονα υπολογιστών Patrick J. Hanratty αναγνωρίζεται ως ο πατέρας του cad/cam. Το 1971, ανέπτυξε επίσης το ευρέως χρησιμοποιούμενο πρόγραμμα Adam, το οποίο είναι ένα διαδραστικό σύστημα γραφικής σχεδίασης, σχεδίασης και κατασκευής γραμμένο σε FORTRAN, με στόχο την παντοδυναμία πολλαπλών πλατφορμών. «Οι αναλυτές του κλάδου εκτιμούν ότι το 70% όλων των 3-D Mechanical συστημάτων cad/cam που διατίθενται σήμερα μπορούν να αναχθούν στον αρχικό κώδικα του Hanratty», δήλωσε το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Irvine, όπου διεξήγαγε την έρευνα εκείνη την εποχή.
Γύρω στο 1967, ο Patrick J. Hanratty αφοσιώθηκε στη σχεδίαση υπολογιστών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (CADIC) με τη βοήθεια υπολογιστή.
Το 1960, το πρωτοποριακό πρόγραμμα Sketchpad του Ivan Sutherland αναπτύχθηκε μεταξύ των δύο προγραμμάτων του Hanratty, το οποίο ήταν το πρώτο πρόγραμμα που χρησιμοποίησε πλήρη γραφική διεπαφή χρήστη.
Αξίζει να σημειωθεί ότι το AutoCAD, που κυκλοφόρησε από την Autodesk το 1982, είναι το πρώτο πρόγραμμα 2D CAD ειδικά για προσωπικούς υπολογιστές και όχι για υπολογιστές mainframe. Μέχρι το 1994, το AutoCAD R13 έκανε το πρόγραμμα συμβατό με τρισδιάστατη σχεδίαση. Το 1995, κυκλοφόρησε το SolidWorks με σαφή σκοπό να κάνει το σχεδιασμό CAD ευκολότερο για ένα ευρύτερο κοινό και στη συνέχεια κυκλοφόρησε το Autodesk Inventor το 1999, το οποίο έγινε πιο διαισθητικό.
Στα μέσα της δεκαετίας του 1980, μια δημοφιλής επεκτάσιμη επίδειξη γραφικών AutoCAD έδειξε το ηλιακό μας σύστημα σε απόσταση 1:1 χιλιομέτρων. Μπορείτε ακόμη και να κάνετε ζουμ στο φεγγάρι και να διαβάσετε την πλάκα στο σεληνιακό προσεδάφιο Apollo.
Είναι αδύνατο να μιλήσουμε για την ανάπτυξη μηχανών CNC χωρίς να αποτίσουμε φόρο τιμής στους δημιουργούς λογισμικού που έχουν δεσμευτεί να μειώσουν το όριο εισόδου στον ψηφιακό σχεδιασμό και να το καταστήσουν εφαρμόσιμο σε όλα τα επίπεδα δεξιοτήτων. Προς το παρόν, το Autodesk fusion 360 βρίσκεται στην πρώτη γραμμή. (σε σύγκριση με παρόμοιο λογισμικό όπως το Mastercam, το UGNX και το PowerMILL, αυτό το ισχυρό λογισμικό cad/cam δεν έχει ανοίξει στην Κίνα.) είναι «το πρώτο εργαλείο 3D CAD, cam και CAE του είδους του, που μπορεί να συνδέσει ολόκληρη την ανάπτυξη του προϊόντος σας διαδικασία σε μια πλατφόρμα βασισμένη στο cloud, κατάλληλη για PC, MAC και κινητές συσκευές.» Αυτό το ισχυρό προϊόν λογισμικού είναι δωρεάν για φοιτητές, εκπαιδευτικούς, ειδικευμένες νεοφυείς επιχειρήσεις και ερασιτέχνες.
Πρώιμες συμπαγείς εργαλειομηχανές CNC
Ως ένας από τους πρωτοπόρους και τους προγόνους των συμπαγών εργαλειομηχανών CNC, ο Ted hall, ο ιδρυτής των εργαλείων shopbot, ήταν καθηγητής Νευροεπιστήμης στο Πανεπιστήμιο Duke. Στον ελεύθερο χρόνο του αρέσει να φτιάχνει βάρκες από κόντρα πλακέ. Αναζήτησε ένα εργαλείο που κόβεται εύκολα κόντρα πλακέ, αλλά ακόμη και η τιμή της χρήσης μηχανών φρεζαρίσματος CNC εκείνη την εποχή ξεπερνούσε τα 50.000 $. Το 1994 έδειξε σε μια ομάδα ανθρώπων τον συμπαγή μύλο που σχεδίασε στο εργαστήριό του, ξεκινώντας έτσι το ταξίδι της εταιρείας.
Από το εργοστάσιο στην επιφάνεια εργασίας: MTM snap
Το 2001, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) ίδρυσε ένα νέο κέντρο δυαδικών ψηφίων και ατόμων, το οποίο είναι το αδελφό Εργαστήριο του Εργαστηρίου Μέσων Μαζικής Ενημέρωσης MIT, και διευθύνεται από τον οραματιστή καθηγητή Neil Gershenfeld. Ο Gershenfeld θεωρείται ένας από τους ιδρυτές της ιδέας Fab Lab (Manufacturing Laboratory). Με την υποστήριξη του βραβείου έρευνας τεχνολογίας πληροφοριών των ΗΠΑ 13,75 εκατομμυρίων δολαρίων από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το bit and atom Center (CBA) άρχισε να αναζητά βοήθεια για τη δημιουργία ενός μικρού δικτύου στούντιο για να παρέχει στο κοινό προσωπικά ψηφιακά εργαλεία κατασκευής.
Πριν από αυτό, το 1998, ο Gershenfeld άνοιξε ένα μάθημα με τίτλο «πώς να φτιάξεις (σχεδόν) οτιδήποτε» στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης για να εισαγάγει τους τεχνικούς φοιτητές σε ακριβές βιομηχανικές μηχανές κατασκευής, αλλά το μάθημά του προσέλκυσε φοιτητές από διαφορετικά υπόβαθρα, συμπεριλαμβανομένης της τέχνης, του σχεδιασμού. και αρχιτεκτονική. Αυτό έχει γίνει το θεμέλιο της επανάστασης της προσωπικής ψηφιακής κατασκευής.
Ένα από τα έργα που γεννήθηκαν από το CBA είναι το machines that make (MTM), το οποίο επικεντρώνεται στην ανάπτυξη ταχέων πρωτοτύπων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εργαστήρια εργοστασίων γκοφρετών. Μία από τις μηχανές που γεννήθηκαν σε αυτό το έργο είναι η επιτραπέζια φρέζα MTM snap CNC που δημιουργήθηκε από τους μαθητές Jonathan ward, Nadya peek και David Mellis το 2011. Χρησιμοποιώντας πλαστικό HDPE υψηλής αντοχής (κομμένο από την σανίδα κοπής) σε ένα μεγάλο shopbot CNC φρέζα, αυτή η μηχανή φρεζαρίσματος 3 αξόνων λειτουργεί με μικροελεγκτή Arduino χαμηλού κόστους και μπορεί να αλέσει τα πάντα με ακρίβεια από PCB μέχρι αφρό και ξύλο. Ταυτόχρονα, εγκαθίσταται στην επιφάνεια εργασίας, φορητό και προσιτό.
Εκείνη την εποχή, αν και ορισμένοι κατασκευαστές μηχανών φρεζαρίσματος CNC όπως το shopbot και το epilog προσπαθούσαν να κυκλοφορήσουν μικρότερες και φθηνότερες εκδόσεις επιτραπέζιων μηχανών φρεζαρίσματος, ήταν ακόμα αρκετά ακριβές.
Το MTM snap μοιάζει με παιχνίδι, αλλά έχει αλλάξει εντελώς το φρεζάρισμα στην επιφάνεια εργασίας.
Στο πνεύμα ενός πραγματικού Fab Lab, η ομάδα του MTM snap μοιράστηκε ακόμη και τον λογαριασμό των υλικών, ώστε να μπορείτε να το φτιάξετε μόνοι σας.
Λίγο μετά τη δημιουργία του MTM snap, το μέλος της ομάδας Jonathan ward συνεργάστηκε με τους μηχανικούς Mike Estee και την Forrest green και την επιστήμονα υλικών Danielle applestone για να πραγματοποιήσουν ένα χρηματοδοτούμενο έργο από την DARPA που ονομάζεται μέντορας (κατασκευαστικό πείραμα και προώθηση) για να «υπηρετήσει τον 21ο αιώνα».
Η ομάδα εργάστηκε στο otherlab στο Σαν Φρανσίσκο, ανασυνδύασε και επανεξέτασε τη σχεδίαση της κουμπωτής μηχανής MTM, με στόχο την κατασκευή μιας επιτραπέζιας μηχανής φρέζας CNC με λογική τιμή, ακρίβεια και ευκολία στη χρήση. Το ονόμασαν othermill, που είναι ο προκάτοχος της επιτραπέζιας μηχανής φρεζαρίσματος PCB εργαλείων Bantam.
Εξέλιξη τριών γενεών άλλου μύλου
Τον Μάιο του 2013, η ομάδα της other machine Co. ξεκίνησε με επιτυχία μια δραστηριότητα crowdfunding. Ένα μήνα αργότερα, τον Ιούνιο, το shopbot tools ξεκίνησε μια καμπάνια (επίσης επιτυχημένη) για μια φορητή μηχανή CNC που ονομάζεται handibot, η οποία έχει σχεδιαστεί για χρήση απευθείας στον ιστότοπο εργασίας. Η κύρια ποιότητα αυτών των δύο μηχανών είναι ότι το συνοδευτικό λογισμικό – otherplan και fabmo – έχουν σχεδιαστεί για να γίνονται διαισθητικά και εύχρηστα προγράμματα WYSIWYG, αντίστοιχα, ώστε ένα ευρύ κοινό να μπορεί να χρησιμοποιεί επεξεργασία CNC. Προφανώς, όπως αποδεικνύει η υποστήριξη αυτών των δύο έργων, η κοινότητα είναι έτοιμη για αυτού του είδους την καινοτομία.
Η εμβληματική φωτεινή κίτρινη λαβή της Handibot ανακοινώνει τη φορητότητά της.
Συνεχής τάση από το εργοστάσιο στην επιφάνεια εργασίας
Από τότε που το πρώτο μηχάνημα τέθηκε σε εμπορική χρήση το 2013, το κίνημα της ψηφιακής κατασκευής επιτραπέζιων υπολογιστών έχει αναβαθμιστεί. Οι μηχανές φρεζαρίσματος CNC περιλαμβάνουν πλέον όλους τους τύπους μηχανών CNC από εργοστάσια έως επιτραπέζιους υπολογιστές, από μηχανές κάμψης σύρματος μέχρι πλεξίματα, μηχανές διαμόρφωσης κενού, μηχανές κοπής με πίδακα νερού, μηχανές κοπής λέιζερ κ.λπ.
Οι τύποι εργαλειομηχανών CNC που μεταφέρονται από τα εργοστασιακά εργαστήρια σε επιτραπέζιους υπολογιστές αυξάνονται σταθερά.
Ο αναπτυξιακός στόχος του εργαστηρίου Fab, που γεννήθηκε αρχικά στο MIT, είναι να διαδώσει ισχυρές αλλά ακριβές ψηφιακές μηχανές κατασκευής, να οπλίσει τα έξυπνα μυαλά με εργαλεία και να φέρει τις ιδέες τους στον φυσικό κόσμο. Μόνο έμπειροι άνθρωποι μπορούν να αποκτήσουν παλαιότερους επαγγελματίες με αυτά τα εργαλεία. Τώρα, η επανάσταση στην κατασκευή επιτραπέζιων υπολογιστών προωθεί περαιτέρω αυτήν την προσέγγιση, από τα εργαστήρια Fab έως τα προσωπικά εργαστήρια, μειώνοντας σημαντικά το κόστος διατηρώντας παράλληλα την επαγγελματική ακρίβεια.
Καθώς αυτή η τροχιά συνεχίζεται, υπάρχουν νέες συναρπαστικές εξελίξεις στην ενσωμάτωση της τεχνητής νοημοσύνης (AI) στην κατασκευή επιτραπέζιων υπολογιστών και στον ψηφιακό σχεδιασμό. Το πώς αυτές οι εξελίξεις συνεχίζουν να επηρεάζουν την κατασκευή και την καινοτομία μένει να φανεί, αλλά έχουμε διανύσει πολύ δρόμο από την εποχή των υπολογιστών μεγέθους δωματίου και των ισχυρών εργαλείων παραγωγής που συνδέονται πλήρως με μεγάλα ιδρύματα και εταιρείες. Η εξουσία είναι πλέον στα χέρια μας.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Ιουλίου 2022