Переход традиционных механических станков с ЧПУ размером с комнату в настольные станки (таких как настольный фрезерный станок с ЧПУ Bantam Tools и настольный фрезерный станок для печатных плат Bantam Tools) обусловлен развитием персональных компьютеров, микроконтроллеров и других компонентов электронного оборудования. Без этих разработок сегодня было бы невозможно создание мощных и компактных станков с ЧПУ.
К 1980 году эволюция техники управления и график развития электронного и компьютерного обеспечения.
Рассвет персонального компьютера
В 1977 году были выпущены одновременно три «микрокомпьютера» — Apple II, pet 2001 и TRS-80 — в январе 1980 года журнал byte объявил, что «наступила эра готовых персональных компьютеров». С тех пор, как конкуренция между Apple и IBM пошла на убыль, развитие персональных компьютеров резко ускорилось.
К 1984 году Apple выпустила классический Macintosh, первый серийный персональный компьютер с графическим интерфейсом пользователя (GUI), управляемый мышью. Macintosh поставляется с macpaint и macwrite (которые популяризируют приложения WYSIWYG WYSIWYG). В следующем году благодаря сотрудничеству с Adobe была запущена новая графическая программа, заложившая основу для автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного производства (CAM).
Разработка CAD и кулачковых программ
Посредником между компьютером и станком с ЧПУ являются две основные программы: CAD и кулачок. Прежде чем мы углубимся в краткую историю обоих, вот краткий обзор.
Программы САПР поддерживают цифровое создание, модификацию и совместное использование 2D- и 3D-объектов. Кулачковая программа позволяет выбирать инструменты, материалы и другие условия для операций резки. Как инженер, даже если вы выполнили всю работу с САПР и знаете внешний вид нужных вам деталей, фрезерный станок не знает размера и формы фрезы, которую вы хотите использовать, или подробностей о размере вашего материала или тип.
Программа кулачка использует модель, созданную инженером в САПР, для расчета движения инструмента в материале. Эти расчеты движения, называемые траекториями инструмента, автоматически генерируются программой кулачка для достижения максимальной эффективности. Некоторые современные кулачковые программы также могут имитировать на экране, как машина использует выбранный вами инструмент для резки материалов. Вместо того, чтобы снова и снова проводить испытания на реальных станках, это может сократить износ инструмента, время обработки и расход материала.
Происхождение современных САПР можно проследить до 1957 года. Программа под названием Pronto, разработанная ученым-компьютерщиком Патриком Дж. Ханратти, считается отцом CAD/CAM. В 1971 году он также разработал широко используемую программу Adam, которая представляет собой интерактивную систему графического дизайна, рисования и производства, написанную на FORTRAN и нацеленную на кроссплатформенное всемогущество. «По оценкам отраслевых аналитиков, 70% всех 3D-механических CAD/CAM-систем, доступных сегодня, можно проследить до оригинального кода Хэнратти», — заявили в Калифорнийском университете в Ирвайне, где он в то время проводил исследования».
Примерно в 1967 году Патрик Дж. Хэнратти посвятил себя автоматизированному проектированию компьютеров с интегральными схемами (CADIC).
В 1960 году между двумя программами Ханратти была разработана новаторская программа Sketchpad Ивана Сазерленда, которая стала первой программой, использовавшей полный графический интерфейс пользователя.
Стоит отметить, что AutoCAD, запущенный компанией Autodesk в 1982 году, является первой программой 2D CAD, предназначенной специально для персональных компьютеров, а не для мэйнфреймов. К 1994 году AutoCAD R13 сделал программу совместимой с 3D-проектированием. В 1995 году был выпущен SolidWorks с четкой целью облегчить проектирование САПР для более широкой аудитории, а затем в 1999 году был запущен Autodesk Inventor, который стал более интуитивным.
В середине 1980-х годов популярная масштабируемая графическая демонстрация AutoCAD показывала нашу Солнечную систему в масштабе 1:1 километра. Вы даже можете приблизить Луну и прочитать табличку на лунном корабле «Аполлон».
Невозможно говорить о разработке станков с ЧПУ, не отдав должное создателям программного обеспечения, которые стремятся снизить порог входа в цифровой дизайн и сделать его применимым для всех уровней квалификации. В настоящее время Autodesk fusion 360 находится на переднем крае. (по сравнению с аналогичным программным обеспечением, таким как Mastercam, UGNX и PowerMILL, это мощное программное обеспечение CAD/CAM еще не было открыто в Китае.) это «первый в своем роде инструмент 3D CAD, CAM и CAE, который может объединить всю вашу разработку продукта перенести процесс на облачную платформу, подходящую для ПК, MAC и мобильных устройств». Этот мощный программный продукт бесплатен для студентов, преподавателей, квалифицированных стартапов и любителей.
Первые компактные станки с ЧПУ
Один из пионеров и предков компактных станков с ЧПУ, Тед Холл, основатель инструментов-шоп-ботов, был профессором нейробиологии в Университете Дьюка. В свободное время любит делать лодки из фанеры. Он искал инструмент, которым можно было бы легко резать фанеру, но даже цена фрезерных станков с ЧПУ в то время превышала 50 000 долларов. В 1994 году он показал группе людей компактную мельницу, которую спроектировал в своей мастерской, положив начало пути компании.
От завода к рабочему столу: MTM snap
В 2001 году Массачусетский технологический институт (MIT) основал новый центр битов и атомов, который является дочерней лабораторией Медиа-лаборатории MIT и возглавляется дальновидным профессором Нилом Гершенфельдом. Гершенфельд считается одним из основоположников концепции Fab Lab (Производственная лаборатория). При поддержке гранта Национального научного фонда на исследования в области информационных технологий в размере 13,75 миллионов долларов США Центр битов и атомов (CBA) начал искать помощи в создании небольшой сети студий для предоставления населению персональных инструментов цифрового производства.
До этого, в 1998 году, Гершенфельд открыл курс под названием «Как сделать (почти) что угодно» в Массачусетском технологическом институте, чтобы познакомить студентов технических специальностей с дорогими промышленными производственными машинами, но его курс привлекал студентов с разным опытом, включая искусство, дизайн и архитектура. Это стало основой революции персонального цифрового производства.
Одним из проектов, рожденных CBA, является Machines That Make (MTM), который фокусируется на разработке быстрых прототипов, которые можно использовать в лабораториях заводов по производству пластин. Одним из станков, созданных в рамках этого проекта, является настольный фрезерный станок с ЧПУ MTM Snap, созданный студентами Джонатаном Уордом, Надей Пик и Дэвидом Меллисом в 2011 году. Использование сверхпрочного пластика HDPE (вырезанного из кухонной разделочной доски) на большом торговом роботе с ЧПУ. Фрезерный станок, этот 3-осевой фрезерный станок работает на недорогом микроконтроллере Arduino и может точно фрезеровать все, от печатных плат до пенопласта и дерева. В то же время он устанавливается на рабочий стол, портативен и доступен по цене.
В то время, хотя некоторые производители фрезерных станков с ЧПУ, такие как Shopbot и epilog, пытались выпустить меньшие по размеру и более дешевые настольные версии фрезерных станков, они все еще были довольно дорогими.
MTM Snap выглядит как игрушка, но она полностью изменила настольное фрезерование.
В духе настоящей Fab Lab команда MTM Snap даже поделилась списком материалов, чтобы вы могли сделать это самостоятельно.
Вскоре после создания MTM Snap член команды Джонатан Уорд работал с инженерами Майком Эсти и Форрестом Грином, а также ученым-материаловедом Даниэль Эпплстоун над выполнением финансируемого DARPA проекта под названием «Наставник» (производственный эксперимент и продвижение), чтобы «служить 21 веку».
Команда работала в другой лаборатории в Сан-Франциско, перекомбинировала и заново исследовала конструкцию станка с защелками MTM с целью производства настольного фрезерного станка с ЧПУ по разумной цене, точности и простоте использования. Они назвали его Othermill, который является предшественником настольного фрезерного станка для печатных плат Bantam Tools.
Эволюция трех поколений других мельниц
В мае 2013 года команда компании Other Machine успешно запустила краудфандинговую деятельность. Месяц спустя, в июне, Shopbot Tools запустили кампанию (также успешную) за портативный станок с ЧПУ под названием Handibot, который предназначен для использования непосредственно на рабочем веб-сайте. Основное качество этих двух станков заключается в том, что сопутствующее программное обеспечение –otherplan и fabmo – разработано таким образом, чтобы стать интуитивно понятными и простыми в использовании программами WYSIWYG соответственно, чтобы широкая аудитория могла использовать обработку с ЧПУ. Очевидно, как показывает поддержка этих двух проектов, сообщество готово к такого рода инновациям.
Легендарная ярко-желтая ручка Handibot подчеркивает его портативность.
Непрерывная тенденция от завода до рабочего стола
С тех пор, как в 2013 году была введена в коммерческое использование первая машина, направление цифрового производства настольных компьютеров было модернизировано. Фрезерные станки с ЧПУ теперь включают в себя все типы станков с ЧПУ: от заводских до настольных, от станков для гибки проволоки до вязальных машин, машин для вакуумной формовки, машин для гидроабразивной резки, машин для лазерной резки и т. д.
Типы станков с ЧПУ, перешедших из заводских цехов на настольные компьютеры, неуклонно растут.
Целью развития лаборатории Fab, первоначально созданной в Массачусетском технологическом институте, является популяризация мощных, но дорогих цифровых производственных машин, вооружение умных умов инструментами и воплощение их идей в физический мир. Только опытные люди могут получить опытных профессионалов с помощью этих инструментов. Теперь революция в производстве настольных компьютеров еще больше развивает этот подход, от лабораторий Fab до персональных мастерских, значительно сокращая затраты при сохранении профессиональной точности.
По мере продолжения этой траектории появляются новые интересные разработки в области интеграции искусственного интеллекта (ИИ) в производство настольных компьютеров и цифровой дизайн. Как эти разработки продолжают влиять на производство и инновации, еще предстоит увидеть, но мы прошли долгий путь от эпохи компьютеров размером с комнату и мощных производственных инструментов, полностью привязанных к крупным учреждениям и компаниям. Власть теперь в наших руках.
Время публикации: 19 июля 2022 г.