האופן שבו מכונות CNC מכניות מסורתיות בגודל חדר עוברות למכונות שולחניות (כגון מכונת כרסום CNC שולחנית של Bantam tools ומכונת כרסום PCB שולחנית של Bantam tools) נובעת מפיתוח של מחשבים אישיים, מיקרו-בקרים ורכיבי ציוד אלקטרוני אחרים. ללא פיתוחים אלה, כלי מכונת CNC חזקים וקומפקטיים לא היו אפשריים כיום.
עד 1980, האבולוציה של הנדסת בקרה ולוח הזמנים לפיתוח תמיכה אלקטרונית ומחשב.
שחר המחשב האישי
בשנת 1977, שלושה "מיקרו מחשבים" שוחררו בו זמנית - Apple II, pet 2001 ו-TRS-80 - בינואר 1980, מגזין Byte הודיע כי "הגיע עידן המחשבים האישיים המוכנים". פיתוח המחשבים האישיים שודרג במהירות מאז, כאשר התחרות בין אפל ל-IBM דעכה וזרמה.
עד שנת 1984, אפל הוציאה את המקינטוש הקלאסי, המחשב האישי הראשון המיוצר באמצעות עכבר עם ממשק משתמש גרפי (GUI). מקינטוש מגיע עם macpaint ו-macwrite (המפיצים יישומי WYSIWYG WYSIWYG פופולריים). בשנה שלאחר מכן, באמצעות שיתוף פעולה עם Adobe, הושקה תוכנית גרפיקה חדשה, שהניחה את הבסיס לעיצוב בעזרת מחשב (CAD) וייצור בעזרת מחשב (CAM).
פיתוח תוכניות CAD ומצלמות
המתווך בין מחשב לכלי מכונת CNC הוא שתי תוכנות בסיסיות: CAD ו-cam. לפני שנעמיק בהיסטוריה הקצרה של שניהם, הנה סקירה כללית.
תוכניות CAD תומכות ביצירה, שינוי ושיתוף דיגיטליים של אובייקטים דו-ממדיים או תלת-ממדיים. תוכנית המצלמה מאפשרת לך לבחור כלים, חומרים ותנאים אחרים לפעולות חיתוך. כמהנדס, גם אם סיימת את כל עבודת ה-CAD ואתה יודע את מראה החלקים שאתה רוצה, מכונת הכרסום לא יודעת את הגודל או הצורה של חותך הכרסום שבו אתה רוצה להשתמש, או את הפרטים של גודל החומר שלך או סוּג.
תוכנית המצלמה משתמשת במודל שנוצר על ידי המהנדס ב-CAD כדי לחשב את תנועת הכלי בחומר. חישובי תנועה אלו, הנקראים נתיבי כלים, נוצרים אוטומטית על ידי תוכנית המצלמה כדי להשיג יעילות מרבית. כמה תוכניות מצלמות מודרניות יכולות גם לדמות על המסך כיצד המכונה משתמשת בכלי לבחירתך כדי לחתוך חומרים. במקום לחתוך שוב ושוב בדיקות של כלי מכונות בפועל, זה יכול לחסוך בלאי כלים, זמן עיבוד וצריכת חומרים.
מקורו של ה-CAD המודרני ניתן ל-1957. התוכנית בשם Pronto שפותחה על ידי מדען המחשבים פטריק ג'יי הנראטי מוכרת כאבי ה-cad/cam. בשנת 1971, הוא גם פיתח את התוכנית הנפוצה Adam, שהיא מערכת אינטראקטיבית לעיצוב גרפי, ציור וייצור שנכתבה ב- FORTRAN, שמטרתה אומניפוטנציה חוצת פלטפורמות. "אנליסטים בתעשייה מעריכים ש-70% מכל מערכות ה-cad/cam המכאניות התלת-ממדיות הזמינות כיום ניתן לייחס לקוד המקורי של Hanratty", אמרה אוניברסיטת קליפורניה אירווין, שם הוא ערך את המחקר באותה תקופה".
בסביבות 1967, פטריק ג'יי הנראטי הקדיש את עצמו לתכנון בעזרת מחשב של מחשבי מעגלים משולבים (CADIC).
בשנת 1960 פותחה התוכנית החלוצית Sketchpad של Ivan Sutherland בין שתי התוכנות של Hanratty, שהייתה התוכנית הראשונה שהשתמשה בממשק משתמש גרפי מלא.
ראוי לציין כי AutoCAD, שהושקה על ידי Autodesk ב-1982, היא תוכנית ה-CAD הדו-ממדית הראשונה המיועדת במיוחד למחשבים אישיים ולא למחשבי מיינפריים. עד 1994, AutoCAD R13 הפכה את התוכנית לתואמת לעיצוב תלת מימד. בשנת 1995, SolidWorks שוחרר במטרה ברורה להקל על עיצוב CAD עבור קהל רחב יותר, ואז Autodesk Inventor הושק בשנת 1999, שהפך אינטואיטיבי יותר.
באמצע שנות ה-80, הדגמת AutoCAD גרפית פופולרית להרחבה הראתה את מערכת השמש שלנו ב-1:1 קילומטרים. אתה יכול אפילו להגדיל את הירח ולקרוא את הלוח על נחתת הירח אפולו.
אי אפשר לדבר על פיתוח מכונות CNC מבלי לתת כבוד ליוצרי התוכנה המחויבים לצמצם את סף הכניסה של העיצוב הדיגיטלי ולהפוך אותו ליישום בכל רמות המיומנות. נכון לעכשיו, Autodesk fusion 360 נמצא בחזית. (בהשוואה לתוכנות דומות כמו Mastercam, UGNX ו-PowerMILL, תוכנת ה-cad/cam החזקה הזו לא נפתחה בסין.) היא "הכלי התלת-ממדי CAD, cam ו-CAE הראשון מסוגו, שיכול לחבר את כל פיתוח המוצר שלך תהליך לפלטפורמה מבוססת ענן המתאימה למחשב, MAC ומכשירים ניידים." מוצר תוכנה רב עוצמה זה מוצע בחינם לסטודנטים, מחנכים, סטארט-אפים מוסמכים וחובבנים.
כלי מכונת CNC קומפקטיים מוקדמים
כאחד החלוצים והאבות הקדמונים של כלי מכונת CNC קומפקטיים, טד הול, מייסד כלי ה-shopbot, היה פרופסור למדעי המוח באוניברסיטת דיוק. בזמנו הפנוי הוא אוהב לייצר סירות דיקט. הוא חיפש כלי שקל לחתוך דיקט, אבל אפילו המחיר של שימוש במכונות כרסום CNC באותה תקופה עלה על $50,000. ב-1994 הוא הראה לקבוצת אנשים את הטחנה הקומפקטית שעיצב בבית המלאכה שלו, וכך התחיל את המסע של החברה.
מהמפעל לשולחן העבודה: MTM snap
בשנת 2001, המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) הקים מרכז ביט ואטום חדש, שהוא מעבדת האחות של מעבדת המדיה של MIT, ובראשה עומד בעל החזון פרופסור ניל גרשנפלד. גרשנפלד נחשב לאחד ממייסדי קונספט Fab Lab (מעבדת ייצור). בתמיכת פרס מחקר טכנולוגיית המידע בסך 13.75 מיליון דולר מהקרן הלאומית למדע, מרכז bit and atom (CBA) החל לבקש עזרה ביצירת רשת אולפנים קטנה שתספק לציבור כלי ייצור דיגיטליים אישיים.
לפני כן, בשנת 1998, פתח גרשנפלד קורס בשם "איך לעשות (כמעט) כל דבר" במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס כדי להכיר לסטודנטים טכניים מכונות ייצור תעשייתיות יקרות, אבל הקורס שלו משך אליו תלמידים מרקעים שונים, כולל אמנות, עיצוב ואדריכלות. זה הפך לבסיס מהפכת הייצור הדיגיטלי האישי.
אחד הפרויקטים שנולדו מ-CBA הוא מכונות מייצרות (MTM), המתמקד בפיתוח אבות טיפוס מהירים שניתן להשתמש בהם במעבדות מפעלי פרוסות. אחת המכונות שנולדו בפרויקט זה היא מכונת כרסום CNC שולחנית מסוג MTM, שנוצרה על ידי הסטודנטים ג'ונתן וורד, נדיה להציץ ודיוויד מליס בשנת 2011. שימוש בפלסטיק HDPE כבד כבד (חתוך מלוח החיתוך במטבח) על CNC shopbot גדול. מכונת כרסום, מכונת כרסום 3 צירים זו פועלת על מיקרו-בקר Arduino בעלות נמוכה, ויכולה לכרסם במדויק הכל מ-PCB ועד קצף ועץ. במקביל, הוא מותקן על שולחן העבודה, נייד ובמחיר סביר.
באותה תקופה, למרות שחלק מיצרני מכונות כרסום CNC כגון shopbot ו- epilog ניסו לשחרר גרסאות שולחניות קטנות וזולות יותר של מכונות כרסום, הן עדיין היו יקרות למדי.
MTM snap נראה כמו צעצוע, אבל הוא שינה לחלוטין את כרסום שולחן העבודה.
ברוח Fab Lab אמיתית, צוות ה-Snap של MTM אפילו שיתף את כתב החומרים שלהם כדי שתוכלו להכין אותו בעצמכם.
זמן קצר לאחר יצירת MTM snap, חבר הצוות ג'ונתן וורד עבד עם המהנדסים מייק אסתי ופורסט גרין ומדענית החומרים דניאל אפלסטון כדי לבצע פרויקט במימון DARPA בשם mentor (ניסוי ייצור וקידום) כדי "לשרת את המאה ה-21".
הצוות עבד ב-otherlab בסן פרנסיסקו, שילב מחדש ובחן מחדש את העיצוב של כלי הצמד MTM, במטרה לייצר מכונת כרסום CNC שולחנית במחיר סביר, דיוק וקלות שימוש. הם קראו לו othermill, שהוא קודמו של מכונת כרסום PCB שולחנית של Bantam tools.
אבולוציה של שלושה דורות של טחנה אחרת
במאי, 2013, הצוות של Other Machine Co. השיק בהצלחה פעילות מימון המונים. חודש לאחר מכן, ביוני, השיק shopbot tools קמפיין (גם מוצלח) למכונת CNC ניידת בשם handibot, אשר מיועדת לשימוש ישירות באתר העבודה. האיכות העיקרית של שתי המכונות הללו היא שהתוכנות הנלוות - otherplan ו- fabmo - נועדו להפוך לתוכניות WYSIWYG אינטואיטיביות וקלות לשימוש, בהתאמה, כך שקהל רחב יוכל להשתמש בעיבוד CNC. ברור, כפי שמוכיחה התמיכה של שני הפרויקטים הללו, הקהילה מוכנה לסוג זה של חדשנות.
הידית האייקונית של Handibot בצהוב בהיר מכריזה על הניידות שלה.
מגמה מתמשכת מהמפעל לשולחן העבודה
מאז שהמכונה הראשונה הוכנסה לשימוש מסחרי ב-2013, שודרגה תנועת הייצור הדיגיטלי של שולחנות העבודה. מכונות כרסום CNC כוללות כיום את כל סוגי מכונות ה-CNC ממפעלים ועד למחשבים שולחניים, ממכונות כיפוף תיל ועד מכונות סריגה, מכונות ליצירת ואקום, מכונות חיתוך סילון מים, מכונות חיתוך בלייזר וכו'.
סוגי כלי מכונת CNC המועברים מסדנאות המפעל למחשבים שולחניים גדלים בהתמדה.
מטרת הפיתוח של מעבדת Fab, שנולדה במקור ב-MIT, היא להפיץ מכונות ייצור דיגיטליות חזקות אך יקרות, לחמש מוחות חכמים בכלים ולהביא את הרעיונות שלהם לעולם הפיזי. רק אנשים מנוסים יכולים להשיג אנשי מקצוע מהעבר עם הכלים הללו. כעת, מהפכת ייצור שולחנות העבודה מקדמת עוד יותר את הגישה הזו, ממעבדות Fab לסדנאות אישיות, על ידי הפחתה משמעותית בעלויות תוך שמירה על דיוק מקצועי.
ככל שהמסלול הזה נמשך, יש התפתחויות חדשות ומרגשות בשילוב בינה מלאכותית (AI) בייצור שולחני ועיצוב דיגיטלי. כיצד ההתפתחויות הללו ממשיכות להשפיע על הייצור והחדשנות נותר לראות, אך עברנו כברת דרך מהעידן של מחשבים בגודל חדרים וכלי ייצור רבי עוצמה הקשורים לחלוטין למוסדות וחברות גדולות. הכוח נמצא כעת בידיים שלנו.
זמן פרסום: 19 ביולי 2022