Hände

Ich wette, die Handsäge hat wirklich einige Dinge verändert. Eines Tages hackst du mit einer Axt einen Baumstamm ab. Es ist eine schweißtreibende, schreckliche Arbeit und die Ergebnisse sind nie das, was man erwarten würde. Am nächsten Tag führt der clevere neue Lehrling unten in der Schmiede seine Betaversion seiner neuen Saw-Erfindung vor und sucht nach Testern, Investoren und einer Freundin. Von diesem Tag an ist die Arbeit nicht mehr dieselbe. Es handelt sich nicht um eine schrittweise Änderung, sondern um eine Veränderung. Schlicht und einfach.

Dies ist einer dieser Momente. Die Welt der Werkzeuge erlebt einen neuen Wandel, und ich denke, dies ist das erste von vielen Werkzeugen, die die Art und Weise, wie wir bauen, verändern werden.

Wie bei den meisten Dingen, die eine große Veränderung darstellen, gibt es die Komponenten, aus denen sie aufgebaut werden, schon seit einiger Zeit. Tatsächlich existiert das eigentliche Objekt in den meisten Fällen schon seit Jahren in der einen oder anderen Form. Wie bei einem Riss in einem Damm kommt irgendwann jemand auf die Variation der Idee, die genau richtig ist. Das erfüllt tatsächlich das, was alles andere versprochen hat. Es ist nicht neu, aber es ist der Unterschied zwischen Rohöl und Benzin.

Abgesehen von meinem poetischen Gekrächze ist der Ursprung des Schöpfers die Zukunft der Herstellung von Dingen. Es ist verlockend, es auf den Punkt zu bringen und zu sagen, dass es sich um eine CNC-Maschine oder einen Fräser handelt. Es ist einfach mehr als das. Es macht uns mehr. Plötzlich sind komplexe Schnitte auf jeder ebenen Fläche ein Kinderspiel. Wirklich einfach. Es gibt keine endlosen Stunden mit Bandsäge und Schleifmaschine. Es ist nicht nötig, dass eine 25.000-Dollar-Portalfräse eine halbe Garage einnimmt. Keine Layout-Tools erforderlich. Sie müssen sich keine Gedanken über die Ausrichtung machen. Es besteht nicht einmal die Notwendigkeit, zwischen dem Tool und einem Computer zu wechseln. Es kann sowohl das Design-Tool als auch das Produktions-Tool sein. Es ist wie ein Zauberstift, der alles, was er zeichnet, heraufbeschwört. Aber selbst ich musste es sehen, um es zu glauben.

Shaper Origin ist ein Augmented-Reality-CNC-Fräser. Der erweiterte Teil besteht aus einer Reihe von Sensoren und einem Bordcomputer. Sie geben ihm ein paar Referenzpunkte auf einer Oberfläche und er verwendet diese, um seine Position auf der Oberfläche zu verfolgen. Anschließend wird Ihre Ansicht dieser Oberfläche durch eine Darstellung der Pfade erweitert, die Sie erstellen, bearbeiten oder schneiden möchten.

Im Gegensatz zu den meisten AR-Geräten erweitert es nicht nur die Ihnen zur Verfügung stehenden Daten, sondern verändert tatsächlich physische Dinge in der Welt um es herum. Dazu gehört auch Ihre Fähigkeit, das Tool zu nutzen. Wenn Sie den Router zum Verfolgen der auf dem Display projizierten Pfade verwenden, korrigiert er automatisch alle Fehler, die Sie machen, indem er das gegenüberliegende Bit verschiebt. Früher bestand Ihre beste Freihandarbeit möglicherweise darin, sich nicht weiter als einen halben Zoll vom Pfad entfernt zu halten. Jetzt sind Sie auf magische Weise in der Lage, einen Hundertstel Zoll zu treffen.

Es gibt zweifellos viele Zutaten in der geheimen Soße, die den Ursprung ausmacht. Eines davon ist das vom System verwendete Passerband. Das Band sieht aus wie ein ständig zufälliges Dominomuster (und ist es auch). Es gibt nur ein paar hundert mögliche Dominosteine, aber die Computer-Vision-Software des Tools interpretiert sowohl die Dominosteine ​​als auch ihre Beziehung zu benachbarten Dominosteinen. Wenn man bedenkt, dass das Band sich endlos wiederholt und zufällig angeordnet ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich auf demselben Werkstück dieselben Bandsegmente in derselben Ausrichtung befinden, praktisch gleich null.

Eine wirklich coole Funktion des Bandes, die Origin zu seinem Vorteil nutzt, ist die Funktion als Identifizierungsmarkierung. Da es sehr unwahrscheinlich ist, dass das Band jemals zweimal dieselbe Konfiguration aufweist, kann Origin die Konfiguration des platzierten Bandes als eindeutige Kennung für das Material verwenden. Nehmen wir an, Sie haben ein Stück baltische Birke in der Ecke Ihres Ladens stehen. Vor ein paar Monaten hast du ein paar Zahnräder aus Holz herausgeschnitten. Nun, wenn Sie ein neues Stück daraus ausschneiden müssen, erkennt Origin sofort die Anordnung des Klebebands darauf. Es wird wissen, wo zuvor das Zahnrad ausgeschnitten wurde. Es ist dann möglich, eine komplette Materialbibliothek in Ihrer Werkstatt zu haben, ohne dass für den Schnittvorgang nur sehr wenig Einrichtungsaufwand erforderlich ist.

Was die Platzierung des Bandes angeht, ist Origin nicht wählerisch. Es wird nur der relative Abstand zum Band verwendet, sodass das Band in jeder beliebigen Ausrichtung platziert werden kann. Es müssen keine Anstrengungen unternommen werden, um das Band in einer bestimmten Ausrichtung zu halten. Origin kann herausfinden, wo es sich befindet, solange es für maximale Genauigkeit mindestens sechs Dominosteine ​​in seinem Sichtfeld sehen kann.

Zuletzt. Wenn Sie das Passerband überschneiden oder feststellen, dass Sie mehr Klebeband benötigen. Es ist absolut trivial, mehr hinzuzufügen. Legen Sie es einfach auf die Oberfläche und scannen Sie es erneut. Sie verlieren Ihren Fortschritt am Werkstück nicht.

Der Kern von Origin ist dieser Mechanismus. Zwei exzentrische Nocken befinden sich in zwei Armen und bilden so ein sehr kompaktes Fünfgelenkgestänge. Es ist so nichtlinear, wie es nur geht, aber glücklicherweise ist es deterministisch. Da ohnehin alles computergesteuert ist, spielt das überhaupt keine Rolle. Jeder Mikrocontroller könnte die erforderliche Transformation mühelos durchführen. Das bedeutet, dass es keine sperrigen Linearführungen gibt, was ein kompaktes Gerät ermöglicht.

Darüber hinaus bieten die Exzenternocken große mechanische Vorteile für schnelle, kompakte und eingeschränkte Bewegungen. Dies ist besonders wichtig, wenn es darum geht, die hemmungslosen und unkoordinierten Bewegungen eines Hackaday-Autors auszugleichen. Sowohl Mike Szczys als auch ich konnten das Werkzeug in die Hand nehmen und fehlerfrei und mit minimalem Training damit schneiden.

Da steckt sicher ein Trick dahinter. Durch die Übung konnten die Shaper-Mitarbeiter deutlich engere Toleranzen einhalten. Origin hat tatsächlich ziemlich viel Feedback dazu. Anstatt die Schnittgeschwindigkeit in GCODE einzustellen, stellt der Benutzer sie durch Bewegen des Geräts ein. Dies ist besonders praktisch, wenn Sie zerbrechliches Material schneiden oder sich dem Ende eines Bretts nähern. Anstatt einfach zu akzeptieren, dass es zu einer Explosion kommt, können Sie den Schnitt verlangsamen und besonders sanft vorgehen. Es bietet viel Kontrolle. Es ist kein Tool, das die Arbeit für Sie erledigt, Origin ist ein Tool, das Sie bei der Arbeit besser macht.

Origin erhält den größten Teil seiner Tracking-Leistung von einer sorgfältig montierten Kamera auf der nach vorne gerichteten Seite des Geräts. Da die Algorithmen die genaue Position der Kamera relativ zum Schneidwerkzeug kennen, kann sie sich vom Referenzband aus rückwärts bewegen, um ihre Position zu bestimmen. Natürlich ist es nicht alles so einfach. Es hat jahrelange Arbeit gekostet, die Genauigkeit zu erreichen, die Origin bietet, und es wird eine Weile dauern, bis die zweifellos bald aufkommende Konkurrenz mit ihnen mithalten kann.

Auf dem Foto oben können wir einen wirklich guten Blick auf das Display von Origin werfen. Das Dreieck in der Mitte ist eine Menüschaltfläche. Beim Schneiden wird die Position des Bohrers mit einem Kreis in der Mitte des Bildschirms angezeigt. Wenn Sie auf den unteren Bildschirmrand schauen, können Sie einige umrissene Teile sehen. Diese müssen noch ausgeschnitten werden. Um ein Teil zu platzieren, bewegen und drehen Sie Origin einfach, bis das Teil richtig darunter auf der Platine ausgerichtet ist – Origin funktioniert genau wie eine Maus.

Das Trapez in der Mitte ist die eigentliche Live-Ansicht der Kamera. Alle hervorgehobenen Dominosteine ​​sind diejenigen, die Origin verwendet, um seine Position zu halten. Alles rund um das Trapez ist für das Gerät blind, es gibt ein Bild wieder, das es zuvor gescannt hat. Auf diese Weise erhält der Benutzer einen sehr guten Überblick über das Werkstück. Ziemlich cool.

Origin kann eine Vielzahl von Pfaden in seinem internen Speicher speichern. Es kann auch Vektorpfade aus der Cloud übernehmen, diese direkt über die Touchscreen-Oberfläche des Tools generieren und dankenswerterweise auch Designs von USB-Laufwerken lesen. (Sieht dich an, Glowforge).

Eine der coolsten Funktionen, die bereits erwähnt wurde, ist, dass Origin tatsächlich zum Zeichnen der benötigten Pfade verwendet werden kann. Möchten Sie ein 30-mm-Loch schneiden? Markieren Sie mit einem Bleistift ein X an der Stelle, an der Sie die Mitte des Lochs haben möchten. Bewegen Sie den Ursprung, bis Sie das X auf dem Bildschirm sehen können. Platzieren Sie den Mittelpunkt des Kreises auf dem X und ziehen Sie dann den Ursprung, um die Größe zu ändern. Geben Sie optional einfach die Größe des Kreises über die Bildschirmtastatur ein. Es sind mehr als Umrisse möglich. Sie können beispielsweise ganz einfach eine Tasche für ein verstecktes Scharnier entwerfen, ohne jemals eine CAD- oder Vektorsoftware öffnen zu müssen.

Das Beste am Origin ist seine Reaktionsfähigkeit. Es wurde viel Arbeit darauf verwendet, es unter die Schwelle der menschlichen Wahrnehmung zu bringen. Robert B. Miller schrieb erstmals 1968, dass jedes Benutzeroberflächenelement innerhalb einer Zehntelsekunde reagieren muss, sonst bemerkt der Benutzer die Verzögerung. Wenn man den hohen Verarbeitungsaufwand bedenkt, der mit dieser Art von Maschine verbunden ist, grenzt es fast an ein Wunder, dass es ihnen gelingt, unter diesem Schwellenwert zu bleiben.

Wir haben nur einen flüchtigen Blick auf die Abertausenden von Entwicklungsstunden geworfen, die zweifellos in Origin geflossen sind. Zum Glück haben sie uns eine Reihe toller Highlights beschert.

Der Ursprung von Shaper und Origin begann mit einem Rahmen. Kein Maschinenrahmen oder irgendetwas technisch Schwieriges; Alec Rivers, einer der Gründer des Unternehmens, beschloss, dass er ein Foto sehr gerne richtig rahmen würde. Soweit wir wissen, wurde dem Gründer ein paar Stunden nach Beginn des Projekts – vielleicht sogar ein paar Tränen der Frustration später – klar, dass Holzbearbeitung absolut nicht sein Ding war.

Allerdings kann kein Mangel lange unbehelligt vom Fortschritt überleben. Die Technik wartet immer im Schatten und ist bereit, ein Problem zu lösen. „Sicherlich kann man dafür einfach einen Roboter bauen“, dachte Alec. „Es wäre einfach, einfach das Gegenteil von all den Fehlern zu tun, die ich mache“, folgte er der logischen Entwicklung; Gedanken ungehindert.

Uns wurde gesagt, dass es fünf Jahre her sind und der Bilderrahmen noch nicht gebaut wurde, aber stattdessen haben wir den Shaper Origin, wie wir ihn heute sehen.

Es begann mit einer Bildverarbeitungskamera und einer tragbaren xy-Plattform. Diese Plattform verwendete normale Leitspindeln und Linearlager, um die Übersetzungen durchzuführen. Es wurde davon ausgegangen, dass der Benutzer auf die Z-Tiefe achten würde. Die nächste Iteration war die erste mit dem heute verwendeten Mechanismus. Die Z-Tiefe wurde weiterhin vom Benutzer verwaltet. Sie müssten den Router manuell eintauchen.

Im nächsten Moment interagiert Hackaday zum ersten Mal mit Origin auf einer Makerfaire. Das Gerät beginnt sich weiterzuentwickeln. Vorbei sind die klobigen Griffe und besseres Industriedesign beginnt, Einfluss zu nehmen. Dennoch ist es weit von der Maschine entfernt, die wir heute sehen. Wie weit es gekommen ist, können Sie dem folgenden Video entnehmen (Shaper änderte seinen Namen im Jahr 2015 von Taktia in Shaper):

Weitere Benutzertests und Entwicklungen fügten die Z-Achsensteuerung hinzu. Das ist eine wichtige Entwicklung. Es ist nicht nur möglich, Taschen zu fräsen, sondern Origin kann sich jetzt auch zurückziehen, wenn es einen Fehler erkennt oder der Schnitt abgeschlossen ist. Endlich sieht Origin aus wie die Maschine, die wir heute sehen. Wir sind uns nicht sicher, ob die kommerzielle Version ähnlich aussehen wird, gehen aber davon aus, dass sie ähnlich sein wird.

Es war eine ziemliche Herausforderung, einen Hersteller zu finden, der das Passerband herstellen konnte. Das Muster muss nicht nur unendlich randomisiert sein, es muss auch äußerst genau gedruckt werden, sonst weist Origin Fehler bei der Positionierung auf. Ilan Moyer, der andere Mitbegründer von Shaper, gab zu, dass sie ursprünglich befürchtet hatten, dass sie es selbst schaffen müssten. Zu diesem Zweck konstruierte er ein ziemlich cooles Setup. Ein industrieller Tintenstrahlkopf würde ein kontinuierliches Muster auf eine sorgfältig aufgerollte Bandspule drucken. Ein Python-Skript kontrollierte alles. Zum Glück gelang es ihnen schließlich, den Produktionsprozess einem professionellen Klebebandhersteller beizubringen, der Shaper nun mit dem magischen Klebeband beliefert.

Natürlich erfordert ein so kompliziertes Gerät umfangreiche Tests. Das Shaper-Team hat sich viele interessante interne Lösungen zum Testen seiner Maschine ausgedacht.

Beispielsweise muss das Band für den Werkstatteinsatz optimiert werden. Es muss auf verschiedenen Oberflächen haften. Es muss günstig sein. Es muss sich rückstandsfrei von der Oberfläche lösen lassen. Es muss auch langlebig sein. Schließlich wird eine Werkzeugmaschine im Einsatz mehrmals über die Oberfläche geschabt.

Shaper hatte die erste Auflage professionell hergestellter Klebebänder bestellt. Sie hatten auch das gesamte Sortiment an angebotenen Abriebbeschichtungen bestellt. Es war an der Zeit, die Bandspezifikationen fertigzustellen, aber sie kamen zu der Erkenntnis, dass ihre Tests bis zu diesem Zeitpunkt zu unwissenschaftlich waren, um einen klaren Gewinner hervorzubringen. Also taten sie das Einzige, was Sinn machte. Sie bauten aus dem, was sie hatten, eine Testmaschine.

Die Maschine ist einfach. Ein Arduino treibt einen schwebenden Kopf, auf den etwas Sandpapier geklebt ist, hin und her. Es zählt die Zyklen. Das Band mit dem geringsten Schaden würde als klarer Sieger hervorgehen.

Ein weiteres Problem war das der Spindel. Während der Dewalt-Router, den jeder zu verwenden scheint, in Ordnung und gut ist; Es gibt Hunderte von Frässpindeln, und Shaper wollte eine finden, die die beste Leistung, Kontrolle, Qualität und Kosten für die Integration in Origin bietet. Der einzige Weg, dies sicher zu wissen, besteht darin, alle Optionen auszuprobieren. Aber es gibt ein Problem. Wie testet man überhaupt eine Spindel? Haben Sie den ganzen Tag über einen Praktikanten, der Holz bearbeitet und dabei ein subjektives Protokoll über die Leistung der Spindel führt?

Wir waren von dem Testgerät ziemlich überwältigt, aber andererseits sind diese Jungs auch sehr clever. Sie fanden eine Möglichkeit, die Spindel beliebig zu belasten. Dazu befestigen sie einen wirklich starken Magneten am Ende einer Welle, die an der Spindel befestigt ist. Der Magnet schwebt über einer Aluminiumplatte. Indem sie den Magneten näher und weiter von der Platte entfernen, können sie die Last dynamisch anpassen, indem sie Wirbelströme im Metall induzieren. Natürlich erwärmt sich die Platte dadurch ziemlich stark, wenn sie 500 Watt Leistung verbraucht, aber es gab ihnen die Möglichkeit, jede der auf dem Markt erhältlichen Spindeln zu testen. Ein bisschen handelsübliche Wasserkühlung für CPUs und die Maschine kann unbegrenzt laufen.

Jeremy Blum hat ein einfaches Touchscreen-Bedienfeld entwickelt, das Spindelmetriken in Echtzeit protokolliert und es ihnen ermöglicht, die Spindeln zu schieben, bis sie kaputt gehen. Wir würden gerne ihre Daten für alle Router auf dem Markt sehen.

In ihrem Blog „Hinter den Kulissen“ gehen sie ausführlicher darauf ein, aber ein weiterer Grund für ihren Erfolg ist ihr hervorragendes System zur Fehlerverfolgung und Testergebnisse. Das obige Gerät heißt „The Basket“ – sie scherzen gern, dass sich alle ihre „Eier“ ​​(ihre handgefertigten Beta-Prototypen) in einem Korb befinden. Der Korb verwendet eine speziell entwickelte Software zum Ein- und Auschecken von Einheiten und zum Protokollieren detaillierter Fehlerberichte für jede Einheit. Selbstverständlich ist das Regal auch vollständig mit Origin erstellt. Wir sind der Meinung, dass sich allein die Fähigkeit, Löcher in der richtigen Größe für Stecker zu schneiden, lohnt.

Der Korb kann nachverfolgen, wer das Werkzeug verwendet, wer das Werkzeug kaputt gemacht hat, seinen aktuellen Status und vieles mehr. Sie nutzen es sogar, um den Überblick über Betatester zu behalten. Alle Daten werden nahtlos an das interne Beta-Protokollierungssystem übertragen. Ein Problem, mit dem jeder Ingenieur konfrontiert ist, wenn er Tests an einer neu entwickelten Hardware durchführt, besteht darin, ob die Probleme, die er sieht, auf einen Konstruktionsfehler oder nur auf einen Montagefehler zurückzuführen sind. Der beste Weg, solche Entscheidungen zu treffen, sind gut organisierte Protokolle.

Glücklicherweise hat Shaper vor kurzem damit begonnen, weitere Videos des Geräts in Aktion zu veröffentlichen. Die einfache Antwort lautet: Alles, was Sie sich vorstellen können, mit einem Shopbot oder Shapeoko zu bauen, ist Freiwild. Aber Sie können noch viel mehr tun, da es beim Bauen von Hüllen keine Grenzen gibt und Sie nicht aus Blech bestehende Materialien, wie vorhandene Schreibtische und bereits installierte Paneele usw., schneiden können. Shaper empfiehlt derzeit, Origin für holzähnliche Materialien und weiche Metalle zu verwenden , Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Sie haben jedoch viele Tests mit Fliesen und Granit durchgeführt. Da dafür lediglich das Passband erforderlich ist, kann damit alles von der Größe einer Streichholzschachtel bis hin zu etwas so großer Größe wie einem 30-Fuß-Konferenztisch hergestellt werden. Die meisten der in diesem Artikel gezeigten Prüfstände wurden mit dem Gerät erstellt. Unten finden Sie eine Playlist mit weiteren Beispielvideos.

Nach langem Warten hat Shaper Vorbestellungen für das Gerät eröffnet. Sie hoffen, im nächsten Jahr die ersten Produktionseinheiten in den Händen der Menschen zu haben. Denken Sie daran, dass dies kein Kickstarter ist, bei dem sie sagen: „Ich bin mir ziemlich sicher, dass es funktionieren wird, wir kennen einen Typen“, sie sind jetzt schon seit fünf Jahren dabei. Wir wetten also auf eine gute Chance, dass es für sie gut ausgehen wird. Es gibt einige Frühbucherrabatte, die bis zum endgültigen geschätzten Verkaufspreis von 2.099 US-Dollar reichen.

Nachdem ich Shaper's Origin verwendet habe, gibt es kein Werkzeug, das ich mehr zu meinem persönlichen Shop hinzufügen möchte. Ich habe jahrelang davon geträumt, einen Shopbot zu besitzen, aber selbst wenn ich es mir leisten könnte, wären die Chancen, dass ich einen Platz hätte, der groß genug dafür wäre, noch geringer. Dies eröffnet einfach so viele Möglichkeiten für die Herstellung. Für die meisten Dinge, für die ich einen CNC- oder Laserschneider verwendet habe, reicht dies aus. Für die meisten Dinge, für die ich mir eine komplette Holzwerkstatt gewünscht habe, ist dies ausreichend. Es hat die Größe eines Brotkastens, ist einfach zu bedienen und praktisch.