История на технологията за обработка с ЦПУ, част 3: от фабричната работилница до работния плот

новини3img1

Начинът, по който традиционните механични CNC машини с размер на стая преминават към настолни машини (като настолна CNC фреза Bantam tools и настолна PCB фреза Bantam tools) се дължи на развитието на персонални компютри, микроконтролери и други компоненти на електронно оборудване.Без тези разработки мощните и компактни CNC машини не биха били възможни днес.

До 1980 г. еволюцията на контролното инженерство и графикът за разработване на електронна и компютърна поддръжка.

новини3img2

Зората на персоналния компютър

През 1977 г. три „микрокомпютъра“ бяха пуснати едновременно – Apple II, pet 2001 и TRS-80 – през януари 1980 г. списание byte обяви, че „ерата на готовите персонални компютри е настъпила“.Развитието на персоналните компютри се надгражда бързо оттогава, когато конкуренцията между Apple и IBM намалява и отслабва.

През 1984 г. Apple пусна класическия Macintosh, първият масово произвеждан персонален компютър, управляван от мишка, с графичен потребителски интерфейс (GUI).Macintosh идва с macpaint и macwrite (които популяризират WYSIWYG WYSIWYG приложения).През следващата година, чрез сътрудничество с adobe, стартира нова графична програма, която полага основите на компютърно подпомагано проектиране (CAD) и компютърно подпомагано производство (CAM).

новини3img3

Разработка на CAD и cam програми

Посредникът между компютъра и машината с ЦПУ са две основни програми: CAD и cam.Преди да се задълбочим в кратката история на двете, ето общ преглед.

CAD програмите поддържат цифрово създаване, модифициране и споделяне на 2D или 3D обекти.Програмата cam ви позволява да избирате инструменти, материали и други условия за операции по рязане.Като инженер, дори ако сте завършили цялата CAD работа и знаете външния вид на частите, които искате, фрезата не знае размера или формата на фрезата, която искате да използвате, или подробностите за размера на вашия материал или Тип.

Програмата cam използва модела, създаден от инженера в CAD, за да изчисли движението на инструмента в материала.Тези изчисления на движението, наречени траектории на инструмента, се генерират автоматично от cam програмата за постигане на максимална ефективност.Някои съвременни камерни програми могат също така да симулират на екрана как машината използва инструмента по ваш избор за рязане на материали.Вместо тестове за рязане на действителни машинни инструменти отново и отново, той може да спести износване на инструмента, време за обработка и консумация на материал.

Произходът на съвременния CAD може да бъде проследен назад до 1957 г. Програмата, наречена Pronto, разработена от компютърния учен Патрик Дж. Ханрати, е призната за баща на cad/cam.През 1971 г. той също така разработва широко използваната програма Adam, която е интерактивна система за графичен дизайн, рисуване и производство, написана на FORTRAN, насочена към всемогъществото на различни платформи.„Индустриалните анализатори изчисляват, че 70% от всички 3-D механични cad/cam системи, налични днес, могат да бъдат проследени назад до оригиналния код на Hanratty“, каза Калифорнийският университет в Ървайн, където той проведе изследването по това време“.

Около 1967 г. Patrick J. Hanratty се посвещава на компютърно проектиране на компютри с интегрални схеми (CADIC).

новини3img4

 

През 1960 г. пионерската програма Sketchpad на Иван Съдърланд е разработена между двете програми на Hanratty, която е първата програма, която използва пълен графичен потребителски интерфейс.

новини3img5

Струва си да се отбележи, че AutoCAD, стартирана от Autodesk през 1982 г., е първата 2D CAD програма специално за персонални компютри, а не за мейнфрейм компютри.До 1994 г. AutoCAD R13 направи програмата съвместима с 3D дизайн.През 1995 г. SolidWorks беше пуснат с ясната цел да направи CAD дизайна по-лесен за по-широка аудитория, а след това беше пуснат Autodesk Inventor през 1999 г., който стана по-интуитивен.

В средата на 80-те години популярна мащабируема графична демонстрация на AutoCAD показа нашата слънчева система в 1:1 километра.Можете дори да увеличите мащаба на луната и да прочетете плочата на лунния модул на Аполо.

новини3img6

Невъзможно е да се говори за развитието на CNC машини, без да се отдаде почит на създателите на софтуер, които се ангажират да намалят входния праг на цифровия дизайн и да го направят приложим за всички нива на умения.В момента Autodesk fusion 360 е начело.(в сравнение с подобен софтуер като Mastercam, UGNX и PowerMILL, този мощен cad/cam софтуер не е отварян в Китай.) това е „първият 3D CAD, cam и CAE инструмент от този вид, който може да свърже цялото ви разработване на продукти процес към платформа, базирана на облак, подходяща за PC, MAC и мобилни устройства.“Този мощен софтуерен продукт е безплатен за студенти, преподаватели, квалифицирани стартиращи фирми и аматьори.

Ранни компактни машини с ЦПУ

Като един от пионерите и предците на компактните машинни инструменти с ЦПУ, Тед Хол, основателят на инструментите shopbot, е бил професор по неврология в университета Дюк.В свободното си време обича да прави лодки от шперплат.Той потърси инструмент, който е лесен за рязане на шперплат, но дори цената на използването на CNC фрезови машини по това време надхвърляше 50 000 долара.През 1994 г. той показва на група хора компактната мелница, която проектира в работилницата си, като по този начин започва пътуването на компанията.

новини3img7

От завода до работния плот: MTM snap

През 2001 г. Масачузетският технологичен институт (MIT) създаде нов център за битове и атоми, който е дъщерната лаборатория на Media Laboratory на MIT и се ръководи от далновидния професор Нийл Гершенфелд.Гершенфелд се смята за един от основателите на концепцията Fab Lab (Производствена лаборатория).С подкрепата на наградата за изследване на информационните технологии в размер на 13,75 милиона щатски долара от Националната научна фондация, Центърът за битове и атоми (CBA) започна да търси помощ за създаване на малка студийна мрежа, която да предостави на обществеността персонални инструменти за цифрово производство.

Преди това, през 1998 г., Гершенфелд отвори курс, наречен „как да направим (почти) всичко“ в Масачузетския технологичен институт, за да запознае студентите по технически науки със скъпи промишлени производствени машини, но курсът му привлече студенти от различни среди, включително изкуство, дизайн и архитектура.Това се превърна в основата на революцията в персоналното цифрово производство.

Един от проектите, родени от CBA, е Machines that make (MTM), който се фокусира върху разработването на бързи прототипи, които могат да се използват в лаборатории за фабрики за вафли.Една от машините, родени в този проект, е настолната CNC фреза MTM snap, създадена от студентите Джонатан Уорд, Надя Пийк и Дейвид Мелис през 2011 г. Използвайки здрава HDPE пластмаса (изрязана от кухненската дъска за рязане) върху голям shopbot CNC фреза, тази 3-осна фреза работи с евтин микроконтролер Arduino и може точно да фрезова всичко от PCB до пяна и дърво.В същото време той е инсталиран на работния плот, преносим и достъпен.

По това време, въпреки че някои производители на CNC фрезови машини като shopbot и epilog се опитваха да пуснат по-малки и по-евтини настолни версии на фрезови машини, те все още бяха доста скъпи.
MTM snap изглежда като играчка, но напълно е променил фрезоването на работния плот.

В духа на истинска Fab Lab, екипът на MTM snap дори сподели своя списък с материали, така че да можете да го направите сами.

Малко след създаването на MTM snap, членът на екипа Джонатан Уорд работи с инженерите Майк Ести и Форест Грийн и учен по материали Даниел Епълстоун, за да изпълни проект, финансиран от DARPA, наречен ментор (производствен експеримент и промоция), за да „служи на 21-ви век“.

Екипът работи в otherlab в Сан Франциско, рекомбинира и преразгледа дизайна на MTM snap машина с цел да произведе настолна CNC фреза с разумна цена, точност и лекота на използване.Те го нарекоха othermill, което е предшественик на настолната фреза за печатни платки Bantam tools.

новини3img8

Еволюция на три поколения други мелници

През май 2013 г. екипът на other machine Co. успешно стартира дейност за групово финансиране.Месец по-късно, през юни, shopbot tools стартира кампания (също успешна) за преносима CNC машина, наречена handibot, която е проектирана да се използва директно на работния уебсайт.Основното качество на тези две машини е, че съпътстващият софтуер – otherplan и fabmo – са проектирани да се превърнат съответно в интуитивни и лесни за използване WYSIWYG програми, така че широка публика да може да използва CNC обработка.Очевидно, както доказва подкрепата на тези два проекта, общността е готова за този тип иновации.

Емблематичната ярко жълта дръжка на Handibot обявява неговата преносимост.

новини3img9

Непрекъсната тенденция от фабриката до работния плот

Откакто първата машина беше пусната в търговска употреба през 2013 г., движението за цифрово производство на настолни компютри беше надградено.CNC фрезовите машини вече включват всички видове CNC машини от фабрики до настолни компютри, от машини за огъване на тел до плетачни машини, машини за вакуумно формоване, машини за рязане с водна струя, машини за лазерно рязане и др.

Видовете CNC машинни инструменти, прехвърлени от фабричните работилници към настолни компютри, нарастват стабилно.

news3img

Целта на разработката на лабораторията Fab, първоначално родена в MIT, е да популяризира мощни, но скъпи цифрови производствени машини, да въоръжи умните умове с инструменти и да пренесе техните идеи във физическия свят.Само опитни хора могат да получат минали професионалисти с тези инструменти.Сега революцията в производството на настолни компютри напредва още повече в този подход, от Fab лаборатории до лични работилници, като значително намалява разходите, като същевременно поддържа професионална точност.

Докато тази траектория продължава, има вълнуващи нови разработки в интегрирането на изкуствения интелект (AI) в производството на настолни компютри и дигиталния дизайн.Как тези развития продължават да влияят върху производството и иновациите, остава да видим, но ние изминахме дълъг път от ерата на компютри с размер на стая и мощни производствени инструменти, изцяло обвързани с големи институции и компании.Сега властта е в нашите ръце.


Време на публикуване: 19 юли 2022 г