Lịch sử gia công CNC – Phần 4

Từ sàn nhà máy đến máy để bàn

Máy phay để bàn ra đời song song trực tiếp với sự phát triển của máy tính cá nhân, vi điều khiển và các linh kiện điện tử khác. Nếu không có những phát triển này, các máy CNC mạnh mẽ và nhỏ gọn ngày nay sẽ không thể xuất hiện.

Dưới đây là một bản tóm tắt trực quan đến năm 1980.

Dòng thời gian của sự phát triển kỹ thuật điều khiển và hỗ trợ phát triển trong điện tử và máy tính đến năm 1980 từ cuốn sách Điện trong nền kinh tế Mỹ (trang 48).

Thời kỳ bình minh của máy tính cá nhân

Vào năm 1977, ba máy tính siêu nhỏ đã được phát hành đồng thời – Apple II, PET 2001 và TRS-80. Và vào tháng 1 năm 1980, tạp chí Byte đã thông báo rằng thời kỳ của máy tính cá nhân ngoài thị trường đã xuất hiện với sự cạnh tranh khốc liệt giữa Apple và IBM.

Đến năm 1984, Apple đã phát hành Macintosh cổ điển, máy tính cá nhân điều khiển bằng chuột được sản xuất hàng loạt đầu tiên với giao diện người dùng đồ họa (GUI). Macintosh được trang bị MacPaint và MacWrite (được phổ biến WYSIWYG – những gì bạn thấy là những gì bạn nhận được – các ứng dụng). Năm sau, thông qua sự hợp tác với Adobe, các chương trình đồ họa mới đã được đưa ra, tạo tiền đề cho thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) và sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM).

Apple Macintosh 1984 huyền thoại.

Sự phát triển của các chương trình CAD và CAM

Các thành phần trung gian giữa máy tính và máy CNC là hai chương trình thiết yếu: CAD và CAM. Trước khi chúng ta đi sâu vào một lịch sử ngắn gọn của cả 2,sau đâylà một cái nhìn tổng quan. Các chương trình CAD cho phép tạo, sửa đổi và chia sẻ kỹ thuật số của đối tượng 2D hoặc 3D.

Các chương trình CAM cho phép bạn chọn các công cụ, vật liệu và các biến khác cho công việc cắt của bạn. Mặc dù bạn đã thực hiện tất cả các công việc CAD của mình và biết bạn muốn sản phẩm của mình trông như thế nào, nhưng máy phay không biết kích thước hoặc hình dạng của công cụ phay mà bạn muốn sử dụng hoặc chi tiết cụ thể về kích thước hoặc loại vật liệu của bạn.

Các chương trình CAM sử dụng mô hình bạn đã tạo trong CAD để tính toán chuyển động của dụng cụ cắt thông qua vật liệu. Các tính toán chuyển động này, được gọi là đường chạy dao, được chương trình CAM tự động tạo ra để đạt hiệu quả tối đa.

Một số chương trình CAM hiện đại cũng có thể tạo các mô phỏng trên màn hình về cách máy sẽ cắt vật liệu bằng công cụ bạn đã chọn. Chạy mô phỏng thay vì cắt đi cắt lại tiết kiệm thời gian sử dụng dụng cụ, thời gian gia công và vật liệu.

Nguồn gốc của CAD hiện đại bắt nguồn từ năm 1957 và một chương trình có tên Pronto, được thực hiện bởi nhà khoa học máy tính Patrick J. Hanratty, được công nhận là cha đẻ của CAD / CAM.

Năm 1971, ông cũng đã phát triển chương trình ADAM được áp dụng rộng rãi, một thiết kế đồ họa tương tác, phác thảo và hệ thống sản xuất được viết bằng Fortran và được thiết kế để có mặt khắp nơi trên các máy.

Đại học California Irvine, nơi ông đã tiến hành nghiên cứu vào thời điểm đó, các nhà phân tích của ngành Công nghiệp, ước tính rằng 70 phần trăm của tất cả các hệ thống CAD / CAM cơ học 3 chiều hiện có đều bắt nguồn từ mã gốc của Hanratty.

Patrick J. Hanratty làm việc trên máy tính Hỗ trợ Thiết kế Mạch tích hợp (CADIC), khoảng năm 1967.

Được phát triển giữa hai chương trình Hanratty, vào năm 1960, là chương trình đột phá của Ivan Sutherland, Sketchpad, lần đầu tiên sử dụng giao diện người dùng đồ họa tổng thể (chúng tôi đã trình bày chi tiết hơn về Sketchpad trong Phần 2 của loạt bài này).

Ivan Sutherland làm việc trên Sketchpad.

Đáng chú ý, Autodesk’s AutoCAD, được giới thiệu vào năm 1982, là chương trình CAD 2D đầu tiên được sản xuất dành riêng cho máy tính cá nhân thay vì máy tính lớn. Đến năm 1994, AutoCAD R13 đã làm cho chương trình tương thích với các thiết kế 3D. Năm 1995, SolidWorks được phát hành, được phát triển với mục đích rõ ràng là làm cho thiết kế CAD dễ tiếp cận hơn với phạm vi rộng hơn, tiếp theo là Autodesk Inventor vào năm 1999, hoạt động thậm chí còn trực quan hơn.

Vào giữa những năm 80, một bản demo AutoCAD phổ biến về đồ họa có thể mở rộng đã cho thấy hệ mặt trời của chúng ta ở tỷ lệ 1: 1 tính bằng km. Bạn thậm chí có thể phóng to mặt trăng và đọc một tấm biển trên tàu Apollo Lunar Lander.

Không thể nói về sự phát triển của máy CNC mà không đưa ra lời khuyên cho những người sáng tạo phần mềm đang làm việc để hạ thấp rào cản đối với thiết kế kỹ thuật số và làm cho nó có thể tiếp cận được với nhiều cấp độ kỹ năng khác nhau.

Đi đầu là Autodesk Fusion 360, công cụ CAD, CAM và CAE 3D đầu tiên thuộc loại kết nối toàn bộ quá trình phát triển sản phẩm của bạn trong một nền tảng dựa trên đám mây duy nhất hoạt động trên PC, Mac và thiết bị di động. Cung cấp phần mềm vô cùng mạnh mẽ miễn phí cho sinh viên, nhà giáo dục, người khởi nghiệp đủ điều kiện và nhà sản xuất với đam mê của mình.

Mô hình một bình cà phê trong Fusion 360

Máy CNC nhỏ gọn

Một trong những người tiên phong và người tạo ra máy CNC nhỏ gọn, Ted Hall, người sáng lập ShopBot Tools, là giáo sư khoa học thần kinh tại Đại học Duke, và trong thời gian rảnh rỗi, ông thích chế tạo thuyền gỗ dán.

Ông đã tìm kiếm một công cụ để tạo điều kiện cho việc cắt ván ép, nhưng thậm chí các máy CNC đã sử dụng tại thời điểm đó giá đã tăng lên $ 50K. Năm 1994, anh cho một nhóm người xem máy CNC nhỏ gọn mà ông đã thiết kế trong xưởng của mình, từ đó khởi đầu cuộc hành trình của công ty của ông.

Ted Hall khoe máy phay nhỏ gọn đầu tiên của mình.

Nhiều năm sau, Hall viết một loạt bài viết về cách chế tạo kỹ thuật số và các máy để bàn cụ thể có tiềm năng đưa sản xuất trở lại đất Mỹ. Dưới đây là một đoạn trích ngắn từ một trong những tác phẩm của anh ấy (tháng 10 năm 2016).

Các công nghệ kỹ thuật số và robot giá cả phải chăng cho sản xuất đang làm cho sản xuất quy mô nhỏ và vừa cạnh tranh thực tế trở lại. Một trường hợp đại diện cho một ngành sản xuất đổi mới xung quanh các công nghệ này đã được gọi là cuộc cách mạng công nghiệp mới, mà các doanh nghiệp nhỏ, dựa trên công nghệ kỹ thuật số được coi là cốt lõi khả thi cho nền kinh tế sản xuất mới.

Tầm nhìn cho nền kinh tế sản xuất mới này đã được xúc tác bởi công nghệ in 3D. Và, in 3D chỉ là một trong một số công nghệ chế tạo kỹ thuật số thay đổi cuộc chơi, bao gồm phương pháp cộng gộp của in 3D, các công nghệ trừ như gia công CNC và cắt laser, và nhiều biến thể của robot lắp ráp.

Hall cũng là đồng sáng lập của Nhà xe 100K, một tập thể sản xuất của các xưởng chế tạo kỹ thuật số cá nhân

Từ nhà máy đến máy phay để bàn: MTM Snap

Năm 2001, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã ra mắt Trung tâm Bits and Atoms mới, một phòng thí nghiệm liên quan với MIT Media Lab, với giáo sư có tầm nhìn Neil Gershenfeld đang nắm quyền.Gershenfeld được coi là một trong những người sáng lập ra khái niệm phòng thí nghiệm fab (phòng thí nghiệm chế tạo). Được tài trợ bởi một giải thưởng Nghiên cứu Công nghệ Thông tin trị giá 13,75 triệu đô la từ Quỹ Khoa học Quốc gia, Trung tâm Bits và Nguyên tử (CBA) bắt tay vào một nhiệm vụ giúp tạo ra một mạng lưới các hội thảo quy mô nhỏ cung cấp các công cụ chế tạo kỹ thuật số cá nhân cho công chúng.

Trước đó, vào năm 1998, Gershenfeld đã tạo ra một lớp học tại MIT có tên là Làm thế nào để tạo ra (gần như) bất cứ thứ gì, với ý định giới thiệu cho sinh viên công nghệ các máy chế tạo công nghiệp đắt tiền, nhưng lớp học của ông đã thu hút sinh viên từ nhiều nền tảng khác nhau, bao gồm nghệ thuật, thiết kế và kiến ​​trúc. Điều này trở thành cơ sở cho một cuộc cách mạng trong chế tạo kỹ thuật số cá nhân.

Một trong những dự án được tạo ra từ CBA là Machines That Make (MTM), tập trung vào phát triển các máy tạo mẫu nhanh có thể được sử dụng trong phòng thí nghiệm fab. Và một trong những máy được tạo ra từ dự án này là máy phay CNC để bàn MTM Snap của các sinh viên Jonathan Ward, Nadya Peek và David Mellis, được tạo ra vào năm 2011.

Được bọc trong nhựa HDPE vừa vặn nặng (cắt ra khỏi máy phay CNC Shopbot khổ lớn), máy phay 3 trục này chạy trên bộ vi điều khiển Arduino giá rẻ và có khả năng phay chính xác mọi thứ từ PCB đến bọt và gỗ, tất cả đều vừa vặn trên máy để bàn và có thể xách tay với giá cả phải chăng.

Vào thời điểm đó, trong khi một số nhà sản xuất máy phay CNC như ShopBot và Epilog đang làm việc để phát hành các phiên bản máy để bàn nhỏ hơn, rẻ hơn của các máy của họ, thì chúng vẫn khá đắt.

MTM Snap trông giống như một món đồ chơi nhưng là cuộc cách mạng hóa ngành phay để bàn.Nhóm MTM Snap thậm chí đã chia sẻ danh sách vật liệu (Bill of Material) của họ để bạn có thể tự làm.

Một bản phác thảo xử lý giao tiếp qua USB với Arduino. Arduino sau đó điều khiển ba bảng điều khiển bước riêng biệt điều khiển các động cơ bước cho các trục X, Y và Z.

Ngay sau khi tạo ra MTM Snap, thành viên nhóm Jonathan Ward đã hợp tác với các kỹ sư Mike Estee và Forrest Green và nhà khoa học vật liệu Danielle Applestone để hợp tác trong một dự án do DARPA tài trợ có tên MENTOR (Sản xuất thử nghiệm và tiếp cận cộng đồng).Nhóm, làm việc tại Otherlab ở San Francisco, đã tập hợp lại và xem xét lại thiết kế máy MTM Snap, với mục tiêu tạo ra một máy phay CNC để bàn giá cả phải chăng, chính xác, dễ sử dụng mà họ đặt tên là Othermill.

Sự phát triển của ba thế hệ Othermill.

Nhóm Other Machine Co. đã phát động chiến dịch gây quỹ cộng đồng thành công vào tháng 5 năm 2013. Một tháng sau, vào tháng 6, ShopBot Tools đã phát động một chiến dịch (cũng thành công) cho một máy CNC cầm tay có tên HandiBot, được dùng trực tiếp để làm việc cho các công việc tại công trường

Xu hướng phát triển của máy CNC để bàn

  Sự đa dạng của các máy CNC đã chuyển từ gia công trên sàn nhà máy sang dạng để bàn và đang tăng lên đều đặn.Các phòng thí nghiệm fab ban đầu được sinh ra từ MIT được phát triển với mục tiêu dân chủ hóa truy cập vào các máy chế tạo kỹ thuật số mạnh mẽ, cấm chi phí, tạo ra những bộ óc sáng sủa với các công cụ để đưa ý tưởng của họ vào thế giới vật chất. Các công cụ vốn chỉ dành cho các chuyên gia dày dạn kinh nghiệm trong quá khứ.

Giờ đây, cuộc cách mạng sản xuất máy gia công để bàn đang tiến xa hơn một bước bằng cách giảm mạnh chi phí trong khi vẫn duy trì độ chính xác chuyên nghiệp, từ phòng thí nghiệm fab đến xưởng cá nhân. Khi quỹ đạo phát triển tiếp tục, sẽ còn có những phát triển mới thú vị trong việc kết hợp trí tuệ nhân tạo (AI) vào sản xuất máy để bàn và thiết kế bằng kỹ thuật số.

Trên đây là 4 phần trong loạt bài giới thiệu về lịch sử và sự phát triển của gia công CNC. Cám ơn các bạn đã dành thời gian đón đọc.

Mọi chia sẻ và yêu cầu xin vui lòng liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ & CNC VIỆT NAM​

Hotline: 0916639355 | Email: Sales02@cncvina.com.vn