تاريخ تكنولوجيا المعالجة باستخدام الحاسب الآلي، الجزء 3: من ورشة عمل المصنع إلى سطح المكتب

إن كيفية انتقال آلات CNC الميكانيكية التقليدية بحجم الغرفة إلى آلات سطح المكتب (مثل آلة الطحن CNC لسطح المكتب لأدوات Bantam وآلة طحن PCB لسطح المكتب لأدوات Bantam) يرجع إلى تطوير أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة التحكم الدقيقة ومكونات المعدات الإلكترونية الأخرى. بدون هذه التطورات، لن تكون أدوات CNC القوية والمدمجة ممكنة اليوم.

بحلول عام 1980، تطورت هندسة التحكم والجدول الزمني لتطور الدعم الإلكتروني والحاسوبي.

فجر الكمبيوتر الشخصي

في عام 1977، تم إطلاق ثلاثة "أجهزة كمبيوتر صغيرة" في وقت واحد - Apple II، وpet 2001، وTRS-80 - وفي يناير 1980، أعلنت مجلة بايت أن "عصر أجهزة الكمبيوتر الشخصية الجاهزة قد وصل". لقد تم تطوير تطوير أجهزة الكمبيوتر الشخصية بسرعة منذ ذلك الحين، عندما كانت المنافسة بين Apple و IBM تتأرجح بين المد والجزر.

بحلول عام 1984، أصدرت شركة Apple جهاز Macintosh الكلاسيكي، وهو أول كمبيوتر شخصي يتم إنتاجه بكميات كبيرة يعمل بالماوس ومزود بواجهة مستخدم رسومية (GUI). يأتي Macintosh مزودًا بـ macpaint وmacwrite (اللذان يعملان على نشر تطبيقات WYSIWYG WYSIWYG). وفي العام التالي، ومن خلال التعاون مع أدوبي، تم إطلاق برنامج رسومات جديد، مما وضع الأساس للتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM).

تطوير برامج CAD وCAM

الوسيط بين الكمبيوتر وأداة آلة CNC هو برنامجان أساسيان: CAD وcam. قبل أن نخوض في التاريخ الموجز لكلاهما، إليك نظرة عامة.

تدعم برامج CAD الإنشاء الرقمي والتعديل والمشاركة للكائنات ثنائية أو ثلاثية الأبعاد. يتيح لك برنامج الكاميرا اختيار الأدوات والمواد والشروط الأخرى لعمليات القطع. كمهندس، حتى لو كنت قد أكملت جميع أعمال CAD وتعرف مظهر الأجزاء التي تريدها، فإن آلة الطحن لا تعرف حجم أو شكل قاطع الطحن الذي تريد استخدامه، أو تفاصيل حجم المواد الخاصة بك أو يكتب.

يستخدم برنامج الكاميرا النموذج الذي أنشأه المهندس في CAD لحساب حركة الأداة في المادة. يتم إنشاء حسابات الحركة هذه، والتي تسمى مسارات الأدوات، تلقائيًا بواسطة برنامج الكاميرا لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. يمكن أيضًا لبعض برامج الكاميرا الحديثة أن تحاكي على الشاشة كيفية استخدام الآلة للأداة التي تختارها لقطع المواد. بدلاً من قطع الاختبارات على أدوات الآلة الفعلية مرارًا وتكرارًا، فإنه يمكن أن يوفر تآكل الأدوات ووقت المعالجة واستهلاك المواد.

يمكن إرجاع أصل CAD الحديث إلى عام 1957. ويُعرف البرنامج المسمى Pronto، الذي طوره عالم الكمبيوتر باتريك جيه. هانراتي، بأنه الأب الروحي لـ cad/cam. في عام 1971، قام أيضًا بتطوير برنامج Adam المستخدم على نطاق واسع، وهو عبارة عن نظام تصميم رسومي ورسم وتصنيع تفاعلي مكتوب بلغة FORTRAN، يهدف إلى تحقيق القدرة المطلقة عبر الأنظمة الأساسية. قالت جامعة كاليفورنيا إيرفاين، حيث أجرى البحث في ذلك الوقت: "يقدر محللو الصناعة أن 70% من جميع أنظمة الكادي/الكاميرات الميكانيكية ثلاثية الأبعاد المتوفرة اليوم يمكن إرجاعها إلى كود هانراتي الأصلي".

في حوالي عام 1967، كرّس باتريك هانراتي نفسه لتصميم أجهزة الكمبيوتر ذات الدوائر المتكاملة (CADIC) بمساعدة الكمبيوتر.

في عام 1960، تم تطوير البرنامج الرائد Sketchpad الخاص بإيفان ساذرلاند بين برنامجي هانراتي، وهو أول برنامج يستخدم واجهة مستخدم رسومية كاملة.

ومن الجدير بالذكر أن برنامج AutoCAD الذي أطلقته شركة Autodesk عام 1982 هو أول برنامج CAD ثنائي الأبعاد مخصص لأجهزة الكمبيوتر الشخصية بدلاً من أجهزة الكمبيوتر الكبيرة. بحلول عام 1994، جعل AutoCAD R13 البرنامج متوافقًا مع التصميم ثلاثي الأبعاد. في عام 1995، تم إصدار SolidWorks بهدف واضح وهو جعل تصميم CAD أسهل لجمهور أوسع، ثم تم إطلاق Autodesk Inventor في عام 1999، والذي أصبح أكثر سهولة.

في منتصف الثمانينات من القرن العشرين، أظهر عرض أوتوكاد الرسومي الشهير القابل للتطوير نظامنا الشمسي بمقاس 1:1 كيلومتر. يمكنك أيضًا تكبير القمر وقراءة اللوحة الموجودة على مركبة الهبوط أبولو القمرية.

من المستحيل الحديث عن تطوير آلات CNC دون الإشادة بمبدعي البرامج الذين التزموا بتخفيض عتبة دخول التصميم الرقمي وجعله قابلاً للتطبيق على جميع مستويات المهارة. في الوقت الحاضر، Autodesk fusion 360 في المقدمة. (بالمقارنة مع برامج مماثلة مثل Mastercam وUGNX وPowerMILL، لم يتم فتح برنامج cad/cam القوي هذا في الصين.) فهو "أول أداة CAD وcam وCAE ثلاثية الأبعاد من نوعها، والتي يمكنها ربط تطوير منتجك بالكامل العملية إلى منصة سحابية مناسبة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة MAC والأجهزة المحمولة. هذا المنتج البرمجي القوي مجاني للطلاب والمعلمين والشركات الناشئة المؤهلة والهواة.

أدوات آلة CNC المدمجة المبكرة

باعتباره أحد رواد وأسلاف أدوات الآلات CNC المدمجة، كان تيد هول، مؤسس أدوات Shopbot، أستاذًا لعلم الأعصاب في جامعة ديوك. في أوقات فراغه، يحب صنع القوارب المصنوعة من الخشب الرقائقي. لقد بحث عن أداة سهلة لقطع الخشب الرقائقي، ولكن حتى سعر استخدام آلات الطحن CNC في ذلك الوقت تجاوز 50000 دولار. وفي عام 1994، أظهر لمجموعة من الأشخاص المطحنة المدمجة التي صممها في ورشته، وبذلك بدأت رحلة الشركة.

من المصنع إلى سطح المكتب: MTM snap

في عام 2001، أنشأ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مركزًا جديدًا للذرة والبت، وهو المختبر الشقيق لمختبر الوسائط في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ويرأسه البروفيسور صاحب الرؤية نيل غيرشينفيلد. يعتبر غيرشينفيلد أحد مؤسسي مفهوم Fab Lab (مختبر التصنيع). بدعم من جائزة أبحاث تكنولوجيا المعلومات البالغة 13.75 مليون دولار أمريكي المقدمة من المؤسسة الوطنية للعلوم، بدأ مركز البت والذرة (CBA) في طلب المساعدة لإنشاء شبكة استوديو صغيرة لتزويد الجمهور بأدوات التصنيع الرقمية الشخصية.

قبل ذلك، في عام 1998، افتتح غيرشنفيلد دورة بعنوان "كيفية صنع (تقريبا) أي شيء" في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لتعريف الطلاب التقنيين بآلات التصنيع الصناعية باهظة الثمن، ولكن دورته جذبت الطلاب من خلفيات مختلفة، بما في ذلك الفن والتصميم والهندسة المعمارية. لقد أصبح هذا أساس ثورة التصنيع الرقمي الشخصي.

أحد المشاريع التي ولدت من CBA هي الآلات التي تصنع (MTM)، والتي تركز على تطوير نماذج أولية سريعة يمكن استخدامها في مختبرات مصانع الرقائق. إحدى الآلات التي تم إنشاؤها في هذا المشروع هي آلة الطحن CNC المكتبية MTM snap التي أنشأها الطلاب جوناثان وارد وناديا بيك وديفيد ميليس في عام 2011. استخدام بلاستيك HDPE عالي التحمل (مقطوع من لوح تقطيع المطبخ) على روبوت كبير للمتجر باستخدام الحاسب الآلي آلة طحن، تعمل آلة الطحن ثلاثية المحاور هذه على متحكم Arduino منخفض التكلفة، ويمكنها طحن كل شيء بدقة بدءًا من ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى الرغوة والخشب. وفي الوقت نفسه، يتم تثبيته على سطح المكتب، وهو محمول وبأسعار معقولة.

في ذلك الوقت، على الرغم من أن بعض الشركات المصنعة لآلات الطحن CNC مثل shopbot و epilog كانت تحاول إطلاق إصدارات سطح مكتب أصغر وأرخص من آلات الطحن، إلا أنها كانت لا تزال باهظة الثمن.
تبدو أداة MTM snap وكأنها لعبة، ولكنها غيرت طريقة طحن سطح المكتب تمامًا.

انطلاقًا من روح Fab Lab الحقيقية، قام فريق MTM snap بمشاركة قائمة المواد الخاصة بهم حتى تتمكن من صنعها بنفسك.

بعد وقت قصير من إنشاء MTM Snap، عمل عضو الفريق جوناثان وارد مع المهندسين مايك إستي وفورست جرين وعالمة المواد دانييل أبلستون لتنفيذ مشروع ممول من DARPA يسمى المرشد (تجربة التصنيع والترويج) "لخدمة القرن الحادي والعشرين".

عمل الفريق في مختبر آخر في سان فرانسيسكو، حيث قام بإعادة تجميع وإعادة فحص تصميم أداة آلة القطع MTM، بهدف تصنيع آلة طحن CNC مكتبية بسعر معقول ودقة وسهولة في الاستخدام. أطلقوا عليها اسم "othermill"، وهو سلف آلة طحن ثنائي الفينيل متعدد الكلور لسطح المكتب من Bantam Tools.

تطور ثلاثة أجيال من مطحنة أخرى

في مايو 2013، نجح فريق شركة Other Machine Co. في إطلاق نشاط تمويل جماعي. وبعد شهر، في يونيو، أطلقت أدوات Shopbot حملة (ناجحة أيضًا) لآلة CNC محمولة تسمى handibot، والتي تم تصميمها للاستخدام مباشرة على موقع العمل. الميزة الرئيسية لهذين الجهازين هي أن البرامج المصاحبة -otherplan وfabmo - مصممة لتصبح برامج WYSIWYG بديهية وسهلة الاستخدام، على التوالي، بحيث يمكن لجمهور واسع استخدام معالجة CNC. ومن الواضح، كما يثبت دعم هذين المشروعين، أن المجتمع جاهز لهذا النوع من الابتكار.

يُعلن المقبض الأصفر الزاهي المميز من هانديبوت عن إمكانية حمله.

الاتجاه المستمر من المصنع إلى سطح المكتب

منذ أن تم وضع الجهاز الأول في الاستخدام التجاري في عام 2013، تمت ترقية حركة التصنيع الرقمي لسطح المكتب. تشمل آلات الطحن CNC الآن جميع أنواع آلات CNC بدءًا من المصانع وحتى أجهزة الكمبيوتر المكتبية، بدءًا من آلات ثني الأسلاك إلى آلات الحياكة، وآلات التشكيل الفراغي، وآلات القطع بنفث الماء، وآلات القطع بالليزر، وما إلى ذلك.

تتزايد أنواع أدوات آلة CNC المنقولة من ورش المصانع إلى أجهزة الكمبيوتر المكتبية بشكل مطرد.

الهدف التطويري لمختبر Fab، الذي ولد في الأصل في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، هو تعميم آلات التصنيع الرقمية القوية ولكن باهظة الثمن، وتسليح العقول الذكية بالأدوات، وتقديم أفكارهم إلى العالم المادي. يمكن للأشخاص ذوي الخبرة فقط الحصول على محترفين سابقين باستخدام هذه الأدوات. والآن، تعمل ثورة تصنيع أجهزة الكمبيوتر المكتبية على تعزيز هذا النهج، بدءًا من مختبرات Fab وحتى ورش العمل الشخصية، من خلال تقليل التكاليف بشكل كبير مع الحفاظ على الدقة المهنية.

ومع استمرار هذا المسار، هناك تطورات جديدة ومثيرة في دمج الذكاء الاصطناعي (AI) في تصنيع أجهزة الكمبيوتر المكتبية والتصميم الرقمي. ويبقى أن نرى كيف تستمر هذه التطورات في التأثير على التصنيع والابتكار، ولكننا قطعنا شوطاً طويلاً من عصر أجهزة الكمبيوتر بحجم الغرفة وأدوات التصنيع القوية المرتبطة بالكامل بالمؤسسات والشركات الكبيرة. السلطة الآن في أيدينا.