Der Übergang von herkömmlichen mechanischen, raumgroßen CNC-Maschinen zu Desktop-Maschinen (wie der Desktop-CNC-Fräsmaschine von Bantam Tools und der Desktop-PCB-Fräsmaschine von Bantam Tools) ist auf die Entwicklung von Personalcomputern, Mikrocontrollern und anderen elektronischen Gerätekomponenten zurückzuführen. Ohne diese Entwicklungen wären leistungsstarke und kompakte CNC-Werkzeugmaschinen heute nicht möglich.
Bis 1980 begann die Entwicklung der Steuerungstechnik und der Zeitplan für die Entwicklung der Elektronik- und Computerunterstützung.
Anfänge des Personalcomputers
1977 wurden drei „Mikrocomputer“ gleichzeitig veröffentlicht – Apple II, pet 2001 und TRS-80 – im Januar 1980 verkündete das Byte-Magazin, dass „die Ära der vorgefertigten Personalcomputer angebrochen ist“. Die Entwicklung von Personalcomputern hat seitdem, als die Konkurrenz zwischen Apple und IBM nachließ, rasante Fortschritte gemacht.
1984 brachte Apple den klassischen Macintosh auf den Markt, den ersten massenproduzierten mausgesteuerten Personalcomputer mit grafischer Benutzeroberfläche (GUI). Macintosh wird mit MacPaint und MacWrite geliefert (die WYSIWYG-WYSIWYG-Anwendungen populär machen). Im folgenden Jahr wurde durch die Zusammenarbeit mit Adobe ein neues Grafikprogramm eingeführt, das den Grundstein für Computer Aided Design (CAD) und Computer Aided Manufacturing (CAM) legte.
Entwicklung von CAD- und CAM-Programmen
Der Vermittler zwischen Computer und CNC-Werkzeugmaschine sind zwei grundlegende Programme: CAD und CAM. Bevor wir uns mit der kurzen Geschichte beider befassen, finden Sie hier einen Überblick.
CAD-Programme unterstützen die digitale Erstellung, Änderung und Weitergabe von 2D- oder 3D-Objekten. Mit dem Nockenprogramm können Sie Werkzeuge, Materialien und andere Bedingungen für Schneidvorgänge auswählen. Selbst wenn Sie als Ingenieur alle CAD-Arbeiten abgeschlossen haben und das Aussehen der gewünschten Teile kennen, kennt die Fräsmaschine weder die Größe oder Form des Fräsers, die Sie verwenden möchten, noch die Details Ihrer Materialgröße oder Typ.
Das Nockenprogramm verwendet das vom Ingenieur im CAD erstellte Modell, um die Bewegung des Werkzeugs im Material zu berechnen. Diese Bewegungsberechnungen, Werkzeugpfade genannt, werden automatisch vom Nockenprogramm generiert, um maximale Effizienz zu erreichen. Einige moderne Cam-Programme können auch am Bildschirm simulieren, wie die Maschine mit dem Werkzeug Ihrer Wahl Materialien schneidet. Anstatt immer wieder Schneidtests an tatsächlichen Werkzeugmaschinen durchzuführen, können Werkzeugverschleiß, Bearbeitungszeit und Materialverbrauch eingespart werden.
Der Ursprung des modernen CAD lässt sich bis ins Jahr 1957 zurückverfolgen. Das vom Informatiker Patrick J. Hanratty entwickelte Programm namens Pronto gilt als Vater von CAD/CAM. 1971 entwickelte er außerdem das weit verbreitete Programm Adam, ein in FORTRAN geschriebenes interaktives Grafikdesign-, Zeichen- und Fertigungssystem mit dem Ziel einer plattformübergreifenden Allmacht. „Branchenanalysten schätzen, dass 70 % aller heute verfügbaren mechanischen 3D-Cad/Cam-Systeme auf Hanrattys Originalcode zurückgeführt werden können“, sagte die University of California Irvine, wo er damals die Forschung durchführte.“
Um 1967 widmete sich Patrick J. Hanratty dem computergestützten Entwurf von Computern mit integrierten Schaltkreisen (CADIC).
1960 wurde zwischen den beiden Programmen von Hanratty das bahnbrechende Programm Sketchpad von Ivan Sutherland entwickelt, das als erstes Programm eine vollständig grafische Benutzeroberfläche verwendete.
Es ist erwähnenswert, dass AutoCAD, das 1982 von Autodesk eingeführt wurde, das erste 2D-CAD-Programm speziell für Personalcomputer und nicht für Großrechner ist. 1994 machte AutoCAD R13 das Programm kompatibel mit 3D-Design. Im Jahr 1995 wurde SolidWorks mit dem klaren Ziel veröffentlicht, die CAD-Konstruktion einem breiteren Publikum zu erleichtern, und 1999 wurde Autodesk Inventor eingeführt, das intuitiver wurde.
Mitte der 1980er Jahre zeigte eine beliebte skalierbare grafische AutoCAD-Demo unser Sonnensystem in 1:1 Kilometern. Sie können sogar auf den Mond heranzoomen und die Plakette auf dem Apollo-Mondlander lesen.
Es ist unmöglich, über die Entwicklung von CNC-Maschinen zu sprechen, ohne den Softwareentwicklern Tribut zu zollen, die sich dafür einsetzen, die Einstiegsschwelle des digitalen Designs zu senken und es für alle Qualifikationsniveaus anwendbar zu machen. Derzeit steht Autodesk Fusion 360 im Vordergrund. (Im Vergleich zu ähnlicher Software wie Mastercam, UGNX und PowerMILL wurde diese leistungsstarke CAD/CAM-Software noch nicht in China eingeführt.) Es handelt sich um „das erste 3D-CAD-, CAM- und CAE-Tool seiner Art, das Ihre gesamte Produktentwicklung verbinden kann.“ Prozess auf eine cloudbasierte Plattform, die für PC, MAC und mobile Geräte geeignet ist.“ Dieses leistungsstarke Softwareprodukt ist für Studenten, Pädagogen, qualifizierte Start-ups und Amateure kostenlos.
Frühe kompakte CNC-Werkzeugmaschinen
Als einer der Pioniere und Vorfahren kompakter CNC-Werkzeugmaschinen war Ted Hall, der Gründer von Shopbot Tools, Professor für Neurowissenschaften an der Duke University. In seiner Freizeit baut er gerne Boote aus Sperrholz. Er suchte nach einem Werkzeug, mit dem sich Sperrholz leicht schneiden ließ, aber selbst der Preis für die Verwendung von CNC-Fräsmaschinen überstieg damals 50.000 US-Dollar. 1994 zeigte er einer Gruppe von Menschen die von ihm entworfene Kompaktmühle in seiner Werkstatt und startete damit die Reise des Unternehmens.
Von der Fabrik auf den Desktop: MTM snap
Im Jahr 2001 gründete das Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein neues Bit- und Atomzentrum, das Schwesterlabor des MIT Media Laboratory, das vom visionären Professor Neil Gershenfeld geleitet wird. Gershenfeld gilt als einer der Begründer des Fab Lab (Manufacturing Laboratory)-Konzepts. Mit der Unterstützung des mit 13,75 Millionen US-Dollar dotierten Informationstechnologie-Forschungspreises der National Science Foundation begann das Bit and Atom Center (CBA) um Hilfe beim Aufbau eines kleinen Studionetzwerks zu bitten, um der Öffentlichkeit persönliche digitale Fertigungswerkzeuge zur Verfügung zu stellen.
Zuvor, 1998, eröffnete Gershenfeld am Massachusetts Institute of Technology einen Kurs mit dem Titel „Wie man (fast) alles herstellt“, um Technikstudenten an teure industrielle Fertigungsmaschinen heranzuführen, aber sein Kurs zog Studenten mit unterschiedlichem Hintergrund an, darunter Kunst und Design und Architektur. Dies ist zur Grundlage der persönlichen digitalen Fertigungsrevolution geworden.
Eines der aus CBA hervorgegangenen Projekte ist Machines That Make (MTM), das sich auf die Entwicklung schneller Prototypen konzentriert, die in Laboren von Waferfabriken verwendet werden können. Eine der in diesem Projekt entstandenen Maschinen ist die MTM-Snap-Desktop-CNC-Fräsmaschine, die 2011 von den Studenten Jonathan Ward, Nadya Peek und David Mellis entwickelt wurde. Unter Verwendung von hochbelastbarem Snap-HDPE-Kunststoff (geschnitten aus dem Küchenschneidebrett) auf einer großen Shopbot-CNC Diese 3-Achsen-Fräsmaschine läuft auf einem kostengünstigen Arduino-Mikrocontroller und kann alles präzise fräsen, von Leiterplatten bis hin zu Schaumstoff und Holz. Gleichzeitig ist es auf dem Desktop installiert, tragbar und erschwinglich.
Obwohl einige CNC-Fräsmaschinenhersteller wie Shopbot und Epilog zu dieser Zeit versuchten, kleinere und günstigere Desktop-Versionen von Fräsmaschinen auf den Markt zu bringen, waren diese immer noch recht teuer.
MTM Snap sieht aus wie ein Spielzeug, hat das Desktop-Fräsen jedoch völlig verändert.
Ganz im Sinne eines echten Fab Labs hat das MTM-Snap-Team sogar seine Materialliste geteilt, damit Sie es selbst herstellen können.
Kurz nach der Gründung von MTM Snap arbeitete Teammitglied Jonathan Ward mit den Ingenieuren Mike Estee und Forrest Green sowie der Materialwissenschaftlerin Danielle Applestone zusammen, um ein von der DARPA finanziertes Projekt namens „Mentor“ (Herstellungsexperiment und Förderung) durchzuführen, um „dem 21. Jahrhundert zu dienen“.
Das Team arbeitete bei otherlab in San Francisco, kombinierte und untersuchte das Design der MTM-Snap-Werkzeugmaschine erneut mit dem Ziel, eine Desktop-CNC-Fräsmaschine mit angemessenem Preis, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit herzustellen. Sie nannten es Othermill, den Vorgänger der Desktop-PCB-Fräsmaschine von Bantam Tools.
Entwicklung von drei Generationen anderer Mühlen
Im Mai 2013 startete das Team von other machine Co. erfolgreich eine Crowdfunding-Aktivität. Einen Monat später, im Juni, startete shopbot tools eine (ebenfalls erfolgreiche) Kampagne für eine tragbare CNC-Maschine namens Handibot, die direkt auf der Arbeitswebsite verwendet werden soll. Die Hauptqualität dieser beiden Maschinen besteht darin, dass die zugehörige Software – otherplan und fabmo – als intuitive bzw. benutzerfreundliche WYSIWYG-Programme konzipiert ist, sodass ein breites Publikum die CNC-Bearbeitung nutzen kann. Wie die Unterstützung dieser beiden Projekte beweist, ist die Community offensichtlich für diese Art von Innovation bereit.
Der ikonische leuchtend gelbe Griff von Handibot verrät seine Tragbarkeit.
Kontinuierlicher Trend von der Fabrik zum Desktop
Seit die erste Maschine im Jahr 2013 kommerziell genutzt wurde, hat sich die Bewegung der digitalen Desktop-Fertigung weiterentwickelt. Zu den CNC-Fräsmaschinen zählen heute alle Arten von CNC-Maschinen, von Fabriken bis hin zu Desktop-Maschinen, von Drahtbiegemaschinen bis hin zu Strickmaschinen, Vakuumformmaschinen, Wasserstrahlschneidemaschinen, Laserschneidemaschinen usw.
Die Zahl der CNC-Werkzeugmaschinen, die von Werkshallen auf den Schreibtisch übertragen werden, nimmt stetig zu.
Das Entwicklungsziel des ursprünglich am MIT gegründeten Fab-Labors besteht darin, leistungsstarke, aber teure digitale Fertigungsmaschinen bekannt zu machen, kluge Köpfe mit Werkzeugen auszustatten und ihre Ideen in die physische Welt zu übertragen. Nur erfahrene Personen können mit diesen Tools ehemalige Profis gewinnen. Jetzt treibt die Desktop-Fertigungsrevolution diesen Ansatz weiter voran, von Fab-Laboren bis hin zu Privatwerkstätten, indem sie die Kosten erheblich senkt und gleichzeitig die professionelle Genauigkeit beibehält.
Im weiteren Verlauf dieser Entwicklung gibt es spannende neue Entwicklungen bei der Integration künstlicher Intelligenz (KI) in die Desktop-Fertigung und das digitale Design. Es bleibt abzuwarten, wie sich diese Entwicklungen weiterhin auf Fertigung und Innovation auswirken, aber wir sind weit von der Ära raumgroßer Computer und leistungsstarker Fertigungswerkzeuge entfernt, die vollständig an große Institutionen und Unternehmen gebunden waren. Die Macht liegt jetzt in unseren Händen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Juli 2022