뒷마당 공장: 로봇이 자신만의 제품을 만들 수 있도록 지원하는 방법

20세기 대부분 동안 제조업은 주로 큰 공장, 큰 기계, 큰 돈의 영역이었습니다. 거대한 생산 라인이 자동차, 케첩, 주전자, 케블라를 압도했습니다. 제품을 만드는 데는 매우 비용이 많이 들고 복잡한 툴링 프로세스가 필요했으며, 이러한 매몰 비용은 결국 제조 프로세스를 통해 가능해진 판매량을 통해 상환될 수 있었습니다.

산업혁명 이전에 대부분의 물건이 생산되었던 방식과 비교해 보세요. 예, 매우 큰 규모의 작업이 있었습니다(조선 및 피라미드가 떠오릅니다). 그러나 옷을 만들거나 우유를 생산하는 것과 같은 대부분의 작업은 오두막, 농장 또는 아주 작은 상인 상점에서 이루어졌습니다. 이들은 옛날의 가내 산업.

작은 가내수공업에는 가치가 있었고, 특히 제품을 만드는 장인의 자결권도 있었습니다. 그들은 무언가를 완수하기 위해 거대 기업, 거대 공장, 포커스 그룹에 의존할 필요가 없었습니다. 반면에 가내공업에서 생산되는 제품의 복잡성과 기능은 필연적으로 소규모 상인과 가족이 보유하고 있는 도구와 자원에 의해 제한되었습니다. 입장.

지난 10년 정도 동안 우리는 가내수공업으로 약간 복귀했습니다. 이번에는 로봇이 도와주고 있습니다. 결과: 프로토타입, 개별 제품 및 짧은 생산 실행으로 인해 개인 및 소규모 그룹이 만든 제품이 대량 생산되고 있습니다. 이전에는 수백만 달러의 투자가 필요했던 제품의 기능, 품질 및 복잡성, 대규모 공장, 대규모 인력.

이 기사에서는 다음을 살펴보겠습니다. 데스크탑 제작, 소형 로봇 팀을 통해 저렴한 중고차 가격보다 저렴한 초기 투자로 누구나 자신만의 제품을 만들 수 있는 방법에 대해 설명합니다.

제조업과 산업의 성장

사회의 활동적인 구성요소인 대량 제조업은 주로 18세기 말과 19세기 초의 산업 혁명에 뿌리를 두고 있습니다. 본질적으로 산업혁명은 주요 노동 도구가 유기적 노동 도구에서 기계 도구로 전환되는 역사적 전환점이었습니다. 즉, 원자재를 부품과 완제품으로 변환하는 회전 작업을 동물과 사람이 주도하는 대신 기계가 작업을 수행했습니다.

처음에 이것을 가능하게 한 두 가지 핵심 요소는 더 나은 야금술과 증기 기관이었습니다. 더 강한 금속(주로 강철 및 철)을 사용하면 기계가 프로세스에 필요한 압력과 부하를 견딜 수 있습니다. 증기 기관은 종종 몇 마리의 말이 달성할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 힘을 제공했습니다.

이 두 가지 혁신으로 인해 원자재를 자르고, 압축하고, 분쇄하고, 융합하여 제품에 사용할 수 있는 형태로 만드는 대형 기계를 갖춘 대규모 공장이 탄생했습니다. 견고한 야금술과 결합된 증기 기관은 철도 운송으로 이어져 상품을 더 멀리, 더 빠르게, 더 많은 양으로 운송할 수 있게 되었습니다.

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이러한 기술은 또한 농업 작업을 변화시켜 파종기와 탈곡기와 같은 농업 기술과 기계의 혁신으로 농업 생산성을 높였습니다. 이로 인해 더 적은 수의 사람들이 더 많은 식량을 생산할 수 있게 되었고 산업 부문의 노동력이 해방되었습니다.

20세기로 접어들면서 우리는 전기를 활용하여 사무실과 가정에 공급하기 시작했습니다. 내연기관이 차량용 증기기관을 대체했고, 나머지는 역사다.

산업 혁명과 이를 통해 가능해진 공장의 핵심은 규모. 모든 것이 컸습니다. 정말, 정말 크다. 초기에 공장은 생산 라인과 함께 기계를 작동하고 부품을 부품으로 조립하고 부품을 제품으로 조립하기 위해 엄청난 수의 인력을 고용했습니다.

20세기 중후반에 노동자의 인건비가 상승하자 많은 미국 기업들은 비용 절감을 모색하고 생활비가 더 저렴한 국가에 생산을 아웃소싱했습니다. 20세기 말과 새천년이 되자 로봇은 국제적으로 점점 더 많은 비용이 드는 육체 노동의 상당 부분을 대체했습니다. 아웃소싱 공장과 전문 기술자는 대부분 미국 이외의 지역에 남아 있습니다.

전통적인 제조업이 혁신을 억압하는 방법

전통적인 제조업의 가장 큰 과제 중 하나는 하나만 만들 수 없다는 것입니다. 새로운 부품을 만들기 위해 공장, 심지어 로봇이 운영하는 공장이라도 장비를 갖추려면 엄청난 비용과 노력이 필요합니다. 불행하게도 이는 새로운 제품을 시작하는 데 매우 많은 비용이 소요될 수 있음을 의미합니다.

이것이 내 친구 Jim과 내가 1990년대에 겪었던 문제였습니다. 우리는 둘 다 엔지니어이고 세상에 필요한 것은 PC로 제어할 수 있는 간단하고 프로그래밍 가능한 로봇이라고 결정했습니다. 프로토타입을 만들기 위해 우리는 무선 조종 장난감 탱크를 분해하고 무선 조종 장치를 컴퓨터에 연결하고 순간 접촉 스위치를 센서로 연결했습니다. 우리가 투자자들에게 시연할 준비가 되었을 때 자체적으로 방을 모두 매핑할 수 있었습니다. Windows 95 시대에 비해 꽤 진보된 기술입니다.

그런데 문제가 생겼습니다. 제한된 수의 단위만 원하더라도 플라스틱 제조에는 주조 금형이 필요했습니다. 결국 이것은 3D 프린팅 이전 시대의 일이었습니다. 장치 본체를 주조하는 데 사용된 일회성 패턴인 금형은 개당 100,000달러가 넘었고 우리는 그 중 적어도 4개가 필요했습니다. 그 비용, 즉 우리가 하나의 장치를 만들기 전의 툴링 비용은 너무 비싸고 위험이 너무 컸습니다. 그래서 우리는 로봇 사업에 뛰어든 적이 없습니다.

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그런데, 우리가 툴링을 주문할 수 있었다면 완성하는 데 6개월에서 1년이 걸렸을 것입니다. 특히 프로토타입 금형을 만드는 데 필요한 기술을 갖춘 기계공이 거의 없었을 때 이러한 패턴을 손으로 밀링하는 데 시간이 오래 걸렸습니다. 그리고 만약 우리가 디자인에 어떤 실수라도 했다면 우리는 수십만 달러를 더 지출해야 했고 수정을 위해 6개월 정도 더 기다려야 했을 것입니다.

데스크탑 제작 로봇을 쉽게 사용할 수 있기 전에는 제조 및 프로토타입 제작의 세계였습니다.

오늘 그 프로젝트를 한다면 20달러짜리 Arduino, 50달러짜리 Raspberry Pi, 200달러짜리 3D 프린터만 있으면 할 수 있을 것입니다. 그리고 3D 프린터를 더 추가하기만 하면 소량으로도 생산할 수 있었습니다. iPhone 15 Pro Max 가격보다 훨씬 저렴하면 로봇 100대를 만들 수 있으며, 반년에서 1년이 아니라 몇 주 안에 완료할 수 있습니다.

소규모 혁신가들이 새로운 제품과 프로젝트를 위한 자금을 모으는 데 도움을 주는 Kickstarter, 모든 프로젝트가 필요합니다 "후원자에게 프로토타입을 보여주기 위해 장치와 같은 복잡한 것을 제조 및 배포하는 것이 포함됩니다. 그들은 만들고 있습니다." 1995년에 Jim과 나는 그 요구 사항을 결코 충족할 수 없었습니다. 금지. 그러나 3D 프린터를 사용하면 그러한 프로토타입의 비용은 몇 백 달러 정도 밖에 되지 않습니다.

데스크탑 제작 로봇의 시작

전통적인 기계 공장은 수년 동안 쇠퇴해 왔습니다., 특히 미국에서는요. 부분적으로는 기술을 다른 국가로 수출하기 때문이고, 부분적으로는 로봇 기반 제작과 같은 보다 현대적인 기술의 등장 때문입니다. 로봇은 확실히 대규모 공장을 변화시켰을 뿐만 아니라 여분의 침실, 가족 차고 및 뒷마당 창고에 매우 정교한 생산 시설을 만드는 것도 가능하게 만들고 있습니다.

대부분의 소규모 로봇 제조 장치는 책상 위에 들어갈 수 있으므로 이 범주를 데스크탑 제작이라고 부릅니다. 실제로 대부분의 프로슈머 수준의 3D 프린터는 책상 모서리에 딱 맞습니다.

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데스크탑 제작 도구에는 덧셈과 뺄셈이라는 두 가지 주요 범주가 있습니다. 덧셈은 재료를 추가하여 개체를 만들고, 빼기는 재료를 잘라내어 개체를 만듭니다.

가장 일반적인 적층 제조 기술은 3D 프린팅입니다. 대부분의 3D 프린터는 플라스틱을 사용하지만, 금속, 콘크리트, 심지어 초콜릿까지 사용하는 3D 프린터도 있습니다. 3D 프린팅을 사용하면 개체가 레이어별로 만들어집니다. 일반적인 3D 프린터는 필라멘트 스풀(플라스틱 실)을 사용하여 해당 필라멘트를 가열한 다음 이를 빌드 플레이트나 이전에 압출된 레이어에 누릅니다. 결과 레이어는 서로 결합되어 완성된 플라스틱 개체를 만듭니다.

절삭 기술의 경우 일반적으로 절단이나 연삭을 통해 재료를 제거하는 기계를 살펴봅니다. CNC는 그러한 기계 중 하나입니다. 일련의 지침에 따라 나무나 금속을 절단합니다.

CNC는 컴퓨터 수치 제어를 의미하며 "CNC"라는 용어는 일반적으로 단일 유형의 기계, 모든 데스크톱을 나타냅니다. 3D 프린터 및 비닐 절단기와 같은 많은 장치가 CNC라고 불리지 않더라도 제조 장치는 컴퓨터 수치 제어를 사용합니다.

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전통적인 공장에서 데스크탑 제작 도구의 가장 강력한 응용 프로그램 중 하나는 이를 사용하여 제조용 지그와 고정 장치를 만드는 것입니다. 스톡홀름에 전문 엔지니어가 있고 선전에 제조 시설이 있다고 상상해 보세요.

컴퓨터로 제어되는 제작 이전에는 스톡홀름의 엔지니어가 설계한 지그를 선전의 제조 현장으로 가져오려면 물리적으로 포장하여 보내야 했습니다. 비용이 많이 들고 느릴 뿐만 아니라 빠른 반복도 불가능합니다. CNC 또는 3D 프린터를 사용하면 설계 파일을 이메일로 보낼 수 있고 지그를 현장에서 인쇄하거나 절단할 수 있으며 테스트 결과를 확인할 수 있습니다. 엔지니어에게 반환되고 새 버전이 설계되어 공장으로 다시 보내졌습니다. 시간.

작은 공장 로봇 군대를 사용하는 방법

아내와 나는 오랫동안 재택근무를 해왔고 집의 일부를 사무실, 별도의 촬영 스튜디오 4곳, 작업장, 공예 공간 및 팹랩. 이러한 장치가 무엇을 할 수 있는지에 대한 아이디어를 제공하기 위해 프로젝트에 어떻게 사용했는지 살펴보겠습니다.

나에게 있어 진정한 힘은 CAD 프로그램에서 프로젝트를 설계할 수 있다는 것입니다. 각 CAD 프로그램에는 학습 곡선이 있지만 PowerPoint를 만들 수 있다면 3D 디자인을 시작하기 위한 기본 기술을 갖추고 있습니다.. 내 기술은 컴퓨터 사용에 더 많이 의존하고 작업 기술은 기껏해야 초보적이기 때문에 어려운 작업을 수행하기 위해 제조 로봇에 의존하는 것이 훨씬 더 쉽다는 것을 알았습니다.

ZDNET의 편집장이 나에게 3D 프린팅을 탐구하도록 권유한 이후 7년 동안 나는 176개의 프로젝트를 디자인하고 구축했습니다. 물론, 모두 조사할 시간은 없으므로 제가 가장 좋아하는 몇 가지를 간략하게 살펴보고 3D 프린터를 시작으로 각 로봇이 이를 가능하게 하는 데 어떻게 도움이 되었는지 보여 드리겠습니다.

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3D 프린터: 저는 두 가지 종류의 3D 프린터를 가지고 있습니다. 하나는 필라멘트 층을 쌓아 물체를 만드는 것이고, 다른 하나는 빛을 사용하여 수지를 경화시킨 다음 층별로 물체를 만드는 것입니다.

저는 다양한 프로젝트에 필라멘트 3D 프린터를 사용해 왔습니다. 나의 첫 번째 디자인 중 하나로, 나는 다음과 같은 마운트를 만들었습니다. 내 리모컨을 잡아 내 TV 뒷면에. 저는 아내를 위해 주방 선반에 장착할 수 있는 밀대 홀더를 만들었습니다. 나는 사서함 플래그 우편물 수령 시기를 우편배달원에게 알리기 위해. 내가 지 었지 맞춤형 보관 브래킷 내 작업장에 선반을 추가하려고요.

녹음 스튜디오를 위한 특별한 브래킷을 만들었습니다. 그리고 아내의 인형옷 패턴회사를 위해 100개가 넘는 인형 스탠드를 디자인하고 제작했습니다. 지금은 모든 도구에 맞는 맞춤형 집진 어댑터를 만들고 있습니다.

저는 레진 프린터를 그다지 많이 사용하지 않습니다. 그들은 더 작은 물체를 생성하지만 훨씬 더 세밀하게 만듭니다. 가장 큰 용도 중 하나는 게임용 미니어처 피규어를 만드는 것입니다. 나는 그렇게 하지 않기 때문에, 그것들에 대해 배우고 작업을 위해 테스트하는 것 외에는 그것들을 많이 사용하지 않았습니다.

CNC 기계: 3D 프린터 크기의 작은 CNC 기계가 하나 있습니다. 그리고 약 4피트 평방미터 크기의 기계가 있습니다. 그것이 제가 가장 많이 사용하는 것입니다. 후자의 기계는 재료를 제거하는 회전 절단 비트를 사용합니다. 지금까지 세 가지 프로젝트에서 사용되었습니다. 선반용 인출식 서랍을 만드는 데 사용했어요. 또한 이를 사용하여 동일한 부품 보관 케이스 4개를 만들었습니다. 그런 다음 그것을 재료 제작용 재료 보관대를 만드는 데 사용했습니다. 이 마지막 두 프로젝트에는 각각 내 목공 기술 이상의 정밀도가 필요했지만 CNC는 거의 또는 전혀 노력하지 않고 일괄 처리했습니다.

레이저 커터: 레이저 절단기는 레이저를 사용하여 절단합니다. 실제로 목재, 플라스틱, 가죽을 최대 약 1/4인치 두께까지 절단합니다. 금속, 슬레이트 등 다양한 물질에 조각합니다. 만들어서 사용했어요 선물 컵 받침, 편집자를 위한 사무실 표지판, 도구 및 부품 보관을 위한 수많은 라벨이 있습니다. 처음 두 개는 나무를 사용했습니다. 라벨에는 위쪽은 파란색, 아래쪽은 흰색인 플라스틱 시트를 사용하여 파란색 배경에 흰색 글자를 만들 수 있었습니다.

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비닐 절단기: 공예가들은 들어본 적이 있을 것이다. 크리컷, 칼날을 안내하여 종이, 천, 가죽, 비닐을 자르는 컴퓨터 제어 장치입니다. 간판 제작에 많이 사용됩니다. 제 아내는 이를 맞춤형 카드와 노트북 커버 제작에 사용합니다.

이러한 각 장치는 컴퓨터를 사용하여 처리 헤드를 왼쪽과 오른쪽, 때로는 위아래로 움직입니다. 차이점은 가공 헤드가 용융된 플라스틱을 압출하는지, 칼로 자르는지, 회전하는 칼날로 갈아주는지 여부입니다.

다음으로 차고나 뒷마당 창고에서 본격적인 제조 작업을 시작한 몇몇 사람들을 조명하겠습니다.

DIYer가 집과 차고에 작은 공장을 짓는 방법

다른 많은 유형의 컴퓨터 제어 작업을 수행하는 다른 기계도 많이 있습니다. 예를 들어, 엔지니어라는 사람이 있습니다. 피트 론도 CNC를 사용하여 금속 컨트롤러 케이스를 절단하고, 매우 작은 전기 부품을 집어 회로 기판에 배치하는 기계도 사용합니다. 그의 150평방피트 규모의 제조 공간은 그의 뒷마당 창고입니다..

앤디 버드 그는 두 대의 차고에 있는 CNC 기계를 사용하여 공예품 쇼에서 판매하는 품목을 제작하고 맞춤 고객을 위해 판매합니다. ~ 안에 이 비디오, 그는 CNC 기계를 사용하여 87명의 버번 흡연자(버번에 향이 나는 연기를 주입하는 장치)를 잘라내는 방법을 보여줍니다. 그는 또한 각 흡연자에게 레이저를 사용하여 켄터키 지도를 새겼습니다.

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트래비스 래스롭 마이터 쏘용 집진 어댑터를 설계하는 매우 어려운 과제에 도전한 기계 엔지니어입니다. 마이터 톱은 엄청난 양의 톱밥을 분출합니다. 각 브랜드와 모델의 마이터쏘는 서로 다르며, 모두 각자의 방식으로 먼지를 뿜어냅니다. Lathrop은 CAD와 3D 프린터를 사용하여 이 문제를 해결하고 마이터쏘 사용자에게 3D 프린팅된 어댑터를 판매했습니다. 촬영 당시 이 비디오, 그는 방금 10번째 3D 프린터를 구입했습니다. 그의 프린터는 그의 집 곳곳에 흩어져 있었습니다. 이후 그는 사무실을 임대해 그곳에서 계속해서 성장하는 인쇄 농장을 운영하고 있습니다.

Sam Clark은 노스캐롤라이나에 농가를 짓고 자신의 소유지에 있는 창고에서 SamCraft YouTube 채널을 운영하고 있습니다. 그의 인기 제품 중 하나는 각인이 새겨진 슬레이트 코스터 세트입니다. ~ 안에 이 비디오에서 그는 레이저 커터를 사용하여 컵받침 조각용 지그를 만드는 방법을 보여주고, 그런 다음 레이저를 사용하여 실제 컵받침 자체를 조각하는 방법을 보여줍니다.

물론 CNC, 레이저 절단기, 3D 프린터만이 생산 사업을 시작하기 위해 차고에 설치할 수 있는 유일한 컴퓨터 제어 로봇 장치는 아닙니다. 그러나 그것들은 상당히 저렴하고, 설치하기가 상당히 쉬우며, 가계 전력이 부족하고 매우 큰 프로젝트를 수행할 수 있습니다.

생산수단의 민주화

한 세기 남짓 전에 "강도 남작" 마치 존 D. Rockefeller(석유 산업), Andrew Carnegie(철강 산업) 또는 Cornelius Vanderbilt(철도)가 공장을 건설하고 산업을 시작합니다.

소수의 사람들만이 도구, 공장, 인프라를 구축하고 배포할 여유가 있었습니다. 그들은 노동 도구를 사용하여 상품을 만들고 생산하는 노동력에 막대한 영향력을 행사했습니다. 서비스.

물론 여전히 큰 공장은 존재한다. 대유행 이전에, Foxconn은 200,000명의 직원을 고용했습니다. 단지 아이폰을 만들기 위해서였고, 그것은 전 세계 아이폰 공급량의 절반에 불과했습니다. 그들은 대유행이 더욱 고질적인 단계에 진입한 이후 천천히 재고용을 해왔고, 이후 Apple은 일부 제조 시설을 다른 국가로 이전했습니다.

그러나 우리가 살펴본 것처럼 이제 한두 명의 인간과 몇 명의 로봇 도우미로 구성된 인력으로 대량 생산을 수행하는 것도 가능합니다.

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또한 복잡한 작업을 완료하는 방법에 대한 지식은 길드와 상인들 사이에서 가장 가까운 곳에 보관되었습니다. 기술을 갖춘 사람의 견습생이 아니었다면 물건을 만드는 데 필요한 더 복잡한 작업을 수행하는 방법을 배울 기회가 없었습니다. 하지만 YouTube를 통해 이러한 지식도 민주화되었으며, 무엇이든 수행하는 방법을 배우고 싶다면 간단한 검색어를 입력하면 됩니다.

그래서 여기 있습니다. 전문지식은 더 이상 갇혀있지 않습니다. 로봇 제작을 통해 훨씬 더 큰 공장에서 생산되는 제품만큼 좋은 제품의 프로토타입을 만들고 제조할 수 있습니다. 금융비용 측면에서는 진입장벽이 낮다.

지금 필요한 것은 디자인 능력, 동기부여, 창의적 사고, 결단력뿐입니다. 이는 성공하려는 의지를 가진 누구에게나 모든 종류의 가능성을 열어줍니다.

그럼 무엇을 생산할 건가요? 아래 댓글을 통해 알려주세요.

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