従来の機械式の室内サイズの CNC マシンがデスクトップ マシン (Bantam tools デスクトップ CNC フライス盤や Bantam tools デスクトップ PCB フライス盤など) にどのように移行したかは、パーソナル コンピューター、マイクロコントローラー、その他の電子機器コンポーネントの発展によるものです。これらの開発がなければ、今日の強力でコンパクトな CNC 工作機械は不可能でした。
1980 年までに、制御エンジニアリングが進化し、電子およびコンピューターのサポートの開発スケジュールが決まりました。
パソコンの黎明期
1977 年に Apple II、pet 2001、TRS-80 という 3 つの「マイクロコンピュータ」が同時に発売され、1980 年 1 月にはバイト誌が「既成パーソナル コンピュータの時代が到来した」と発表しました。 Apple と IBM の間の競争が栄枯盛衰を迎えて以来、パーソナル コンピュータの開発は急速に進歩してきました。
1984 年までに、Apple は、グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) を備えた最初の量産型マウス駆動パーソナル コンピュータであるクラシック Macintosh をリリースしました。 Macintosh には、macpaint と macwrite (WYSIWYG WYSIWYG アプリケーションを普及させる) が付属しています。翌年、Adobe との協力により、新しいグラフィックス プログラムが開始され、コンピューター支援設計 (CAD) とコンピューター支援製造 (CAM) の基礎が築かれました。
CAD、CAMプログラムの開発
コンピュータと CNC 工作機械の間の仲介者となるのは、CAD と Cam という 2 つの基本プログラムです。両方の簡単な歴史を掘り下げる前に、ここで概要を説明します。
CAD プログラムは、2D または 3D オブジェクトのデジタル作成、変更、共有をサポートします。カムプログラムにより、工具、材料、その他の条件を選択して切削加工を行うことができます。エンジニアとして、CAD 作業をすべて完了し、必要な部品の外観がわかったとしても、フライス盤は使用したいフライスの大きさや形状、材料のサイズや形状の詳細を知りません。タイプ。
カム プログラムは、エンジニアが CAD で作成したモデルを使用して、材料内の工具の動きを計算します。ツールパスと呼ばれるこれらの動作計算は、最大の効率を達成するためにカム プログラムによって自動的に生成されます。最新のカム プログラムの中には、機械が選択したツールを使用して材料を切断する方法を画面上でシミュレートできるものもあります。実際の工作機械で何度も切削テストを行う必要がなく、工具の摩耗、加工時間、材料の消費を節約できます。
現代の CAD の起源は 1957 年に遡ります。コンピューター科学者のパトリック J. ハンラッティによって開発されたプロントという名前のプログラムは、CAD/CAM の父として知られています。 1971 年には、クロスプラットフォームの全能性を目指して、FORTRAN で書かれたインタラクティブなグラフィック デザイン、描画、製造システムである、広く使用されているプログラム Adam も開発しました。 「業界アナリストらは、現在利用可能なすべての 3D 機械 CAD/CAM システムの 70% はハンラッティのオリジナル コードに遡ることができると推定しています」と、当時同氏が研究を行ったカリフォルニア大学アーバイン校は述べています。
1967 年頃、パトリック J. ハンラッティは、集積回路 (CADIC) コンピューターのコンピューター支援設計に専念しました。
1960 年に、Ivan Sutherland の先駆的なプログラムである Sketchpad が、Hanratty の 2 つのプログラムの間に開発されました。これは、完全なグラフィカル ユーザー インターフェイスを使用した最初のプログラムでした。
1982 年に Autodesk によって発売された AutoCAD は、メインフレーム コンピュータではなくパーソナル コンピュータ専用の最初の 2D CAD プログラムであることは注目に値します。 1994 年までに、AutoCAD R13 はプログラムを 3D 設計と互換性のあるものにしました。 1995 年に、より幅広いユーザーにとって CAD 設計を容易にするという明確な目的を持った SolidWorks がリリースされました。その後、より直感的になった Autodesk Inventor が 1999 年に発売されました。
1980 年代半ば、人気のスケーラブル グラフィック AutoCAD デモでは、太陽系が 1:1 キロメートルで示されていました。月をズームインして、アポロ月着陸船の銘板を読むこともできます。
デジタル設計の敷居を下げ、すべてのスキル レベルに適用できるようにすることに尽力したソフトウェア作成者に敬意を表せずに、CNC マシンの開発について語ることはできません。現在、Autodesk fusion 360 が最前線にあります。 (Mastercam、UGNX、PowerMILL などの同様のソフトウェアと比較して、この強力な CAD/CAM ソフトウェアは中国ではまだオープンされていません。) これは「この種の最初の 3D CAD、CAM、および CAE ツールであり、製品開発全体を結び付けることができます」 PC、MAC、モバイルデバイスに適したクラウドベースのプラットフォームへのプロセスを進めます。」この強力なソフトウェア製品は、学生、教育者、資格のあるスタートアップ企業、およびアマチュアにとって無料です。
初期の小型CNC工作機械
コンパクト CNC 工作機械の先駆者および先祖の 1 人であるショップボット ツールの創設者であるテッド ホールは、デューク大学の神経科学の教授でした。余暇には、合板ボートを作るのが好きです。彼は合板を簡単に切断できる工具を探しましたが、当時の CNC フライス盤でも 50,000 ドルを超えていました。 1994 年に、彼は自分のワークショップで設計したコンパクトなミルを人々に見せ、これが会社の旅の始まりでした。
工場からデスクトップへ: MTM スナップ
2001 年、マサチューセッツ工科大学 (MIT) は、MIT メディア研究所の姉妹研究所である新しいビットおよびアトム センターを設立し、先見の明のあるニール ガーシェンフェルド教授が所長を務めました。ガーシェンフェルドは、ファブラボ (製造研究所) 概念の創設者の 1 人であると考えられています。国立科学財団からの 1,375 万米ドルの情報技術研究賞の支援を受けて、ビット アンド アトム センター (CBA) は、一般の人々にパーソナル デジタル製造ツールを提供するための小規模なスタジオ ネットワークの構築への支援を求め始めました。
それに先立ち、1998 年にガーシェンフェルドはマサチューセッツ工科大学で「（ほぼ）何でも作る方法」と呼ばれるコースを開講し、技術学生に高価な工業用製造機械を紹介しましたが、彼のコースには芸術、デザインなどさまざまな背景を持つ学生が集まりました。そして建築。これはパーソナルデジタル製造革命の基礎となっています。
CBA から生まれたプロジェクトの 1 つは、ウェーハ工場の実験室で使用できるラピッドプロトタイプの開発に焦点を当てた Machines that Make (MTM) です。このプロジェクトで誕生した機械の 1 つが、2011 年に学生のジョナサン ワード、ナディア ピーク、デビッド メリスによって作成された MTM スナップ デスクトップ CNC フライス盤です。大型のショップボット CNC で頑丈なスナップ HDPE プラスチック (キッチンのまな板から切り出した) を使用しています。この 3 軸フライス盤は、低コストの Arduino マイクロコントローラーで動作し、PCB からフォームや木材に至るまであらゆるものを正確にフライス加工できます。同時に、デスクトップにインストールされ、ポータブルで手頃な価格です。
当時、ショップボットやエピローグなどの一部の CNC フライス盤メーカーは、より小型で安価なデスクトップ バージョンのフライス盤をリリースしようとしていましたが、それでも非常に高価でした。
MTM スナップはおもちゃのように見えますが、デスクトップのフライス加工を完全に変えました。
真のファブラボの精神で、MTM スナップ チームは、ユーザーが自分で作成できるように部品表も共有しました。
MTM スナップの作成直後、チーム メンバーのジョナサン ウォードは、エンジニアのマイク エスティーとフォレスト グリーン、材料科学者のダニエル アップルストーンと協力して、「21 世紀に貢献する」ためのメンター (製造実験と推進) と呼ばれる DARPA の資金提供を受けたプロジェクトを実行しました。
チームはサンフランシスコのotherlabで働き、手頃な価格、精度、使いやすさを備えたデスクトップCNCフライス盤を製造することを目標に、MTMスナップ工作機械の設計を再結合して再検討しました。彼らはこれを othermill と名付けました。これは、Bantam tools デスクトップ PCB フライス盤の前身です。
3 世代にわたるその他のミルの進化
2013 年 5 月、他の機械会社のチームはクラウドファンディング活動の立ち上げに成功しました。 1 か月後の 6 月に、shopbot ツールは、職場の Web サイトで直接使用できるように設計された handibot と呼ばれるポータブル CNC マシンのキャンペーンを開始しました (これも成功しました)。これら 2 つのマシンの主な特長は、付属のソフトウェア (otherplan と fabmo) が、それぞれ直感的で使いやすい WYSIWYG プログラムになるように設計されており、幅広いユーザーが CNC 処理を使用できることです。これら 2 つのプロジェクトのサポートが証明しているように、コミュニティはこの種のイノベーションに対して準備ができていることは明らかです。
Handibot の象徴的な明るい黄色のハンドルは、その携帯性を示しています。
工場からデスクトップへの継続的なトレンド
2013 年に最初のマシンが商用利用されて以来、デスクトップのデジタル マニュファクチャリングの動きはアップグレードされてきました。現在、CNC フライス盤には、ワイヤー曲げ機から編み機、真空成形機、ウォーター ジェット切断機、レーザー切断機など、工場からデスクトップまで、あらゆる種類の CNC 機械が含まれています。
工場の作業場からデスクトップに移行される CNC 工作機械の種類は着実に増加しています。
もともと MIT で生まれたファブ ラボラトリーの開発目標は、強力だが高価なデジタル製造機械を普及させ、賢明な心をツールで武装させ、そのアイデアを物理的な世界に持ち込むことです。これらのツールを使用して過去の専門家を取得できるのは、経験のある人だけです。現在、デスクトップ製造革命により、プロの精度を維持しながらコストを大幅に削減することで、ファブラボから個人のワークショップに至るまで、このアプローチがさらに進化しています。
この軌跡が続くにつれて、人工知能 (AI) をデスクトップの製造とデジタル デザインに統合するという刺激的な新しい開発が行われています。これらの発展が製造業やイノベーションにどのような影響を与え続けるかはまだわかりませんが、私たちは部屋サイズのコンピューターと強力な製造ツールが大規模な機関や企業に完全に結び付けられていた時代から大きく進歩しました。力は今私たちの手の中にあります。
投稿日時: 2022 年 7 月 19 日