Una fabbrica nel cortile: come i robot ti consentono di creare i tuoi prodotti
Dimentica la produzione di massa: il prossimo grande prodotto potrebbe essere realizzato nel tuo garage con l'aiuto di piccoli robot.
Per gran parte del XX secolo, il settore manifatturiero è stato principalmente dominio di grandi fabbriche, grandi macchinari e grandi capitali. Gigantesche linee di produzione hanno eliminato automobili, ketchup, bollitori e Kevlar. La creazione di un prodotto comportava un processo di attrezzaggio molto costoso e complesso, un costo irrecuperabile che alla fine sarebbe stato ripagato attraverso il volume di vendite reso possibile dal processo di produzione.
Confrontatelo con il modo in cui la maggior parte delle cose veniva prodotta prima della rivoluzione industriale. Sì, ci sono state alcune operazioni molto grandi (mi vengono in mente la costruzione navale e le piramidi). Ma la maggior parte dei compiti, come confezionare vestiti o produrre latte, venivano svolti nei cottage, nella fattoria o in piccolissimi negozi mercantili. Queste erano le industrie artigianali di un tempo.
C’era valore in quelle piccole industrie artigianali, non ultimo l’autodeterminazione degli artigiani che creavano prodotti. Non dovevano fare affidamento su grandi aziende, enormi fabbriche o focus group per portare a termine qualcosa. D’altro canto, la complessità e le capacità dei prodotti fabbricati nelle industrie artigianali erano, necessariamente, limitate dagli strumenti e dalle risorse a cui avevano accesso i piccoli commercianti e le famiglie.
Nell'ultimo decennio circa, abbiamo avuto un piccolo ritorno all'industria artigianale. Solo che questa volta i robot danno una mano. Il risultato: prototipi, prodotti individuali e cicli di produzione brevi stanno sfornando prodotti creati da individui e piccoli gruppi, pur avendo la capacità, la qualità e la complessità di prodotti che in precedenza richiedevano milioni di dollari di investimenti, grandi fabbriche e forza lavoro molto numerosa. .
In questo articolo esploreremo la fabbricazione di desktop e come una squadra di piccoli robot consenta a chiunque di creare i propri prodotti con un investimento iniziale che spesso è inferiore al costo di un'auto usata economica.
La crescita del manifatturiero e dell’industria
La produzione su larga scala come componente attiva della società affonda le sue radici principalmente nella rivoluzione industriale tra la fine del XVIII e l’inizio del XIX secolo. Fondamentalmente, la Rivoluzione Industriale è stata quella congiuntura storica in cui gli strumenti primari del lavoro sono passati da quelli organici a quelli meccanici. In altre parole, invece di animali e persone che guidavano le azioni rotazionali che trasformavano le materie prime in parti e prodotti finiti, erano le macchine a svolgere il lavoro.
Inizialmente due fattori chiave lo resero possibile: una migliore metallurgia e la macchina a vapore. I metalli più resistenti (acciaio e ferro, soprattutto) consentivano alle macchine di resistere alle pressioni e ai carichi necessari per alimentare i processi. Il motore a vapore forniva la potenza, spesso in multipli sostanziali rispetto a ciò che pochi cavalli potevano ottenere.
Queste due innovazioni hanno portato a grandi fabbriche che ospitano grandi macchine che tagliano, pressano, macinano e fondono le materie prime in forme utilizzabili nei prodotti. La macchina a vapore combinata con una robusta metallurgia portò anche al trasporto ferroviario, che consentì di trasportare le merci più lontano, più velocemente e in maggiori volumi.
Queste tecnologie trasformarono anche il lavoro agricolo, dove le innovazioni nelle tecniche e nei macchinari agricoli, come la seminatrice e la trebbiatrice, aumentarono la produttività agricola. Ciò ha consentito a meno persone di produrre più cibo, liberando manodopera per il settore industriale.
Quando siamo entrati nel 20° secolo, abbiamo iniziato a sfruttare l’elettricità e a fornirla negli uffici e nelle case. Il motore a combustione interna soppiantò il motore a vapore per i veicoli, e il resto è storia.
L’aspetto fondamentale della rivoluzione industriale – e delle fabbriche da essa rese possibili – è stata la scala. Tutto era grande. Davvero, davvero grande. All’inizio, le fabbriche insieme alle linee di produzione impiegavano un numero enorme di persone per azionare i macchinari e assemblare parti in componenti e componenti in prodotti.
Con l’aumento del costo del lavoro tra la metà e la fine del XX secolo, molte aziende americane cercarono di ridurre i costi e di esternalizzare la produzione in paesi in cui il costo della vita era più basso. Entro la fine del XX secolo e nel nuovo millennio, i robot hanno sostituito gran parte del lavoro manuale, che stava diventando sempre più costoso a livello internazionale. Le fabbriche esternalizzate e i loro tecnici più esperti rimangono per lo più al di fuori degli Stati Uniti.
Come la produzione tradizionale può soffocare l’innovazione
Una delle maggiori sfide della produzione tradizionale è che non è possibile costruirne solo uno. Ci vogliono spese e sforzi enormi per attrezzare una fabbrica, anche se robotizzata, per produrre nuove parti. Sfortunatamente, ciò significa che iniziare con un nuovo prodotto può essere molto, molto costoso.
Questo era il problema che io e il mio amico Jim avevamo negli anni '90. Siamo entrambi ingegneri e abbiamo deciso che ciò di cui il mondo aveva bisogno era un robot semplice e programmabile che potesse essere controllato da un PC. Per realizzare il nostro prototipo, abbiamo smontato un carro armato giocattolo radiocomandato, collegato la radio al computer e collegato degli interruttori a contatto momentaneo come sensori. Quando fossimo pronti a dimostrarlo agli investitori, sarebbe stato in grado di mappare una stanza da solo. Tecnologia piuttosto avanzata per l'era di Windows 95.
Ma abbiamo riscontrato un problema. La fabbricazione della plastica richiedeva stampi di fusione anche se si desiderava solo un numero limitato di unità. Dopotutto, questo accadeva prima della stampa 3D. Quegli stampi, modelli unici utilizzati per fondere il corpo del dispositivo, costavano fino a 100.000 dollari ciascuno - e ne avevamo bisogno di almeno quattro. Quel costo, il costo degli utensili prima ancora di costruire un’unità, era troppo alto e un rischio troppo grande. Quindi non siamo mai entrati nel business della robotica.
A proposito, se avessimo potuto ordinare gli utensili, ci sarebbero voluti da sei mesi a un anno per completarli. Questo è il tempo impiegato per la fresatura manuale di questi modelli, soprattutto quando c'erano pochi macchinisti con le competenze necessarie per creare stampi prototipi. E se avessimo commesso qualche errore nella progettazione, avremmo dovuto spendere centinaia di migliaia di dollari in più e attendere altri sei mesi circa per la revisione.
Questo era il mondo della produzione e della prototipazione prima della facile disponibilità di robot per la fabbricazione di desktop.
Se realizzassimo quel progetto oggi, potremmo farlo con un Arduino da 20 dollari, un Raspberry Pi da 50 dollari e una stampante 3D da 200 dollari. E potremmo produrre in piccoli volumi semplicemente aggiungendo più stampanti 3D. Per un costo ben inferiore a quello di un iPhone 15 Pro Max, avremmo potuto realizzare 100 robot e farlo nel giro di poche settimane, non in sei mesi o un anno.
Kickstarter, che aiuta i piccoli innovatori a raccogliere fondi per nuovi prodotti e progetti, richiede che qualsiasi progetto che "implichi la produzione e la distribuzione di qualcosa di complesso, come un gadget, mostri ai sostenitori un prototipo di ciò che stanno realizzando". Nel 1995, Jim ed io non avremmo mai potuto soddisfare tale requisito perché i soli costi dello stampo sarebbero stati proibitivi. Ma con le stampanti 3D, un prototipo del genere costerebbe solo poche centinaia di dollari.
Gli albori dei robot per la fabbricazione di desktop
Le officine meccaniche tradizionali sono in declino da anni, soprattutto negli Stati Uniti. In parte, ciò è dovuto all’esportazione di competenze verso altri paesi, e in parte è dovuto alla diffusione di tecnologie più moderne, come la fabbricazione basata sulla robotica. Sebbene i robot abbiano certamente trasformato le grandi fabbriche, stanno anche rendendo possibile la creazione di impianti di produzione molto sofisticati in camere da letto, garage familiari e capannoni nel cortile.
La maggior parte dei dispositivi di produzione robotica su scala ridotta si adattano a una scrivania, motivo per cui chiamiamo questa categoria fabbricazione di desktop. In effetti, la maggior parte delle stampanti 3D di livello prosumer troveranno posto nell’angolo di una scrivania.
Esistono due categorie principali di strumenti di fabbricazione desktop: additivi e sottrattivi. L'additivo costruisce oggetti aggiungendo materiale, mentre il sottrattivo taglia via il materiale per creare un oggetto.
La tecnologia di fabbricazione additiva più comune è la stampa 3D. La maggior parte delle stampanti 3D utilizza la plastica, ma esistono anche stampanti 3D che utilizzano metallo, cemento e persino cioccolato. Con la stampa 3D gli oggetti vengono costruiti strato dopo strato. La tipica stampante 3D utilizza una bobina di filamento (filo di plastica), riscalda il filamento e lo preme su una piastra di costruzione o su strati precedentemente estrusi. Gli strati risultanti si legano tra loro, creando un oggetto di plastica finito.
Quando si tratta di tecnologia sottrattiva, stiamo esaminando macchine che rimuovono materiale, solitamente tagliando o macinando. Il CNC è una di queste macchine. Taglia via legno o metallo secondo una serie di istruzioni.
CNC sta per controllo numerico computerizzato e mentre il termine "CNC" si riferisce tipicamente a un singolo tipo di macchina, tutti i dispositivi di fabbricazione desktop utilizzano il controllo numerico computerizzato, anche se molti (come le stampanti 3D e i plotter da taglio) non sono chiamati CNC.
Nelle fabbriche tradizionali, una delle applicazioni più potenti degli strumenti di fabbricazione desktop è il loro utilizzo per creare maschere e attrezzature per la produzione. Immagina di avere un ingegnere esperto a Stoccolma, ma un impianto di produzione a Shenzhen.
Prima della fabbricazione controllata dal computer, se volevi portare una maschera progettata dall'ingegnere di Stoccolma allo stabilimento di produzione di Shenzhen, dovevi imballarla fisicamente e inviarla. Non solo può essere costoso e lento, ma non consente un'iterazione rapida. Con i CNC o le stampanti 3D, il file di progettazione può essere inviato via e-mail, la maschera stampata o tagliata sul posto, i risultati del test restituiti all'ingegnere e una nuova versione progettata e rispedita alla fabbrica, il tutto nel giro di poche ore.
Come utilizzo il mio esercito di minuscoli robot di fabbrica
Mia moglie ed io lavoriamo da tempo da casa e abbiamo allestito parti della nostra casa come uffici, quattro studi cinematografici separati, un laboratorio, spazi di lavorazione e un Fab Lab. Per darti un'idea di cosa possono fare questi dispositivi, descriverò come li ho utilizzati per i progetti.
Per me, il vero potere è che puoi progettare un progetto in un programma CAD. Sebbene ogni programma CAD abbia una curva di apprendimento, se riesci a creare un PowerPoint, possiedi le competenze di base per iniziare con la progettazione 3D. Dato che le mie competenze si orientano molto di più verso l'uso del computer e le mie capacità di laboratorio sono, nella migliore delle ipotesi, rudimentali, ho trovato molto più semplice affidarmi ai robot di fabbricazione per svolgere il lavoro duro.
Nel complesso, nei sette anni trascorsi da quando il caporedattore di ZDNET mi ha incoraggiato a iniziare a esplorare la stampa 3D, ho progettato e realizzato 176 progetti. Ovviamente non abbiamo tempo per esaminarli tutti, quindi esamineremo brevemente alcuni dei miei preferiti e mostreremo come ciascuno dei robot ha contribuito a renderli possibili, a partire dalle stampanti 3D.
Stampanti 3D: ho due tipi di stampanti 3D, quelle che depositano strati di filamento per costruire un oggetto e quelle che utilizzano la luce per indurire la resina, che poi costruisce gli oggetti strato dopo strato.
Ho utilizzato stampanti 3D a filamento per molti progetti diversi. Come uno dei miei primi progetti, ho costruito un supporto che potesse sostenere i miei telecomandi sul retro della mia TV. Ho costruito un porta mattarello da montare sugli scaffali della cucina per mia moglie. Ho creato un flag per la casella di posta per far sapere al nostro corriere quando ritirare la posta. Ho costruito staffe di stoccaggio personalizzate per aggiungere scaffali nel mio laboratorio.
Ho costruito staffe speciali per il mio studio di registrazione. E ho progettato e poi prodotto più di 100 supporti per bambole per l'azienda di modelli di vestiti per bambole di mia moglie. In questo momento sto realizzando adattatori personalizzati per la raccolta della polvere per ognuno dei miei strumenti.
Non uso tanto le stampanti a resina. Producono oggetti più piccoli, ma con dettagli molto maggiori. Uno dei loro maggiori usi è creare figure in miniatura per i giochi. Dal momento che non lo faccio, non li ho utilizzati molto, se non per conoscerli e testarli per il lavoro.
Macchina CNC: ho una piccola macchina CNC delle dimensioni di una stampante 3D. Poi ho una macchina di circa 4 piedi quadrati. Questo è quello che uso di più. Quest'ultima macchina utilizza una punta roto-tagliatrice che asporta materiale. Finora è stato utilizzato su tre progetti. L'ho usato per realizzare un cassetto estraibile per una mensola. L'ho usato anche per realizzare quattro custodie identiche per le parti. Poi l'ho usato per creare uno scaffale per riporre i materiali per creare materiali. Ciascuno di questi ultimi due progetti richiedeva un livello di precisione superiore alle mie capacità di lavorazione del legno, ma il CNC li ha semplicemente raggruppati con poco o nessuno sforzo.
Laser cutter: un laser cutter taglia utilizzando un laser. In realtà, taglia legno, plastica e pelle fino a circa 1/4 di pollice di spessore. Incide su un'ampia gamma di sostanze, tra cui metallo e ardesia. L'ho usato per creare sottobicchieri regalo, cartelli da ufficio per i miei redattori e tantissime etichette per il mio magazzino di strumenti e parti. Per i primi due ho utilizzato il legno. Per le etichette ho utilizzato un foglio di plastica blu sopra e bianco sotto, permettendomi di creare lettere bianche su sfondo blu.
Taglierina per vinile: gli artigiani potrebbero aver sentito parlare di Cricut, un dispositivo controllato da computer che guida una lama, utilizzando per tagliare carta, stoffa, pelle e vinile. È molto usato nella creazione di insegne. Mia moglie lo usa per biglietti personalizzati e per creare copertine di quaderni.
Ciascuno di questi dispositivi utilizza un computer per spostare una testa di elaborazione a sinistra e a destra e talvolta su e giù. La differenza sta nel fatto se la testa di lavorazione estrude plastica fusa, taglia con un coltello o macina con una lama rotante.
Successivamente, metterò in luce alcune persone che hanno avviato attività di produzione a tutti gli effetti nei loro garage o nei capannoni del cortile.
Come i fai-da-te stanno costruendo piccole fabbriche nelle loro case e nei loro garage
Esistono molte altre macchine che eseguono molti altri tipi di operazioni controllate dal computer. Ad esempio, un ingegnere di nome Pete Rondeau utilizza un CNC per tagliare la custodia metallica di un controller e utilizza anche una macchina che preleva e posiziona componenti elettrici estremamente piccoli su un circuito. Il suo spazio produttivo di 150 piedi quadrati è il capannone del suo cortile.
Andy Bird utilizza la macchina CNC nel suo garage per due auto per fabbricare gli articoli che vende alle mostre di artigianato e per clienti personalizzati. In questo video, mostra come ha utilizzato la sua macchina CNC per tagliare 87 fumatori di bourbon (un dispositivo che infonde al bourbon fumo aromatizzato). Ha anche utilizzato un laser per incidere una mappa del Kentucky su ciascun fumatore.
Travis Lathrop è un ingegnere meccanico che ha accettato una sfida molto difficile: progettare un adattatore per la raccolta delle polveri per una troncatrice. Le troncatrici emettono un'enorme quantità di segatura. Ogni marca e modello di troncatrice è diverso e tutti sputano polvere a modo loro. Lathrop ha utilizzato il CAD e una stampante 3D per risolvere il problema e ha venduto adattatori stampati in 3D agli utenti di troncatrici. Al momento delle riprese di questo video, aveva appena acquistato la sua decima stampante 3D. Le sue stampanti erano sparse per tutta la casa. Da allora ha affittato un ufficio e da lì gestisce la sua tipografia in continua crescita.
Sam Clark ha costruito una fattoria nella Carolina del Nord, dove gestisce il suo canale YouTube SamCraft da un capannone nella sua proprietà. Uno dei suoi prodotti più popolari è un set di sottobicchieri in ardesia incisi. In questo video mostra come utilizza un laser cutter per costruire una maschera per incidere i sottobicchieri, quindi mostra come utilizza il laser per incidere i sottobicchieri veri e propri.
Naturalmente, CNC, macchine da taglio laser e stampanti 3D non sono gli unici dispositivi robotici controllati da computer che puoi installare nel tuo garage per avviare un'attività di produzione. Ma sono diventati abbastanza economici, ragionevolmente facili da installare, consumano l’energia domestica e possono realizzare progetti molto grandi.
Democratizzare i mezzi di produzione
Poco più di un secolo fa, ci voleva la ricchezza di “baroni ladri” come John D. Rockefeller (industria petrolifera), Andrew Carnegie (industria siderurgica) o Cornelius Vanderbilt (ferrovie) per costruire fabbriche e avviare industrie.
Solo una manciata di persone poteva permettersi di costruire e implementare strumenti, fabbriche e infrastrutture, il che a sua volta significava che avevano un’influenza enorme sulla forza lavoro, che utilizzava quegli strumenti di lavoro per creare beni e servizi.
Naturalmente esistono ancora le grandi fabbriche. Prima della pandemia, Foxconn impiegava 200.000 lavoratori solo per produrre iPhone, e questo valeva solo per metà della fornitura mondiale di iPhone. Hanno lentamente riassunto da quando la pandemia è entrata nella sua fase più endemica e da allora Apple ha spostato parte della sua produzione in altri paesi.
Ma, come abbiamo visto, ora è anche possibile realizzare produzioni in serie con una forza lavoro composta da uno o due esseri umani e alcuni aiutanti robotici.
Un tempo, inoltre, le conoscenze pratiche per portare a termine compiti complessi erano tenute a portata di mano tra corporazioni e commercianti. Se non eri apprendista di qualcuno con le competenze, non avevi alcuna possibilità di imparare come svolgere alcuni dei compiti più complessi richiesti per creare le cose. Ma con YouTube, anche questa conoscenza è stata democratizzata e se vuoi imparare a fare praticamente qualsiasi cosa, basta una semplice stringa di ricerca.
Allora eccoci qua. La conoscenza specializzata non è più tenuta sotto chiave. La fabbricazione robotica consente di prototipare e quindi produrre articoli che sono buoni quanto qualsiasi altro prodotto in fabbriche molto più grandi. In termini di costi finanziari, la barriera all’ingresso è bassa.
Tutto ciò che serve ora sono capacità di progettazione, motivazione, pensiero creativo e determinazione. Ciò apre ogni sorta di possibilità a chiunque abbia la volontà di avere successo.
Allora cosa produrrai? Fateci sapere nei commenti qui sotto.
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