Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

MakerBot Origins: Die Revolution wird gespritzt

[Anmerkung des Herausgebers: Dies ist eine Neuauflage unserer ursprünglichen Geschichte von Becky Stern in Make: Band 21 über die Gründung von MakerBot Industries, die am Mittwoch bekannt gegeben wurde, dass Stratasys, ein weltweiter Player im industriellen 3D-Druck, den Kauf erworben hat.]

Drei Cupcakes: Mayer, Smith und Pettis mit ihren Open-Source-3D-Druckern.

"Dies ist der wilde Westen des 3D-Drucks", erklärt Bre Pettis, während wir in der sogenannten "Bot Cave" stehen. In diesem Lagerraum in der Innenstadt von Brooklyn, New York, befindet sich MakerBot Industries, ein Open-Source-Hardware-Startup mit der Mission den Traum der Desktop-Herstellung für jeden Menschen auf der Welt zu verwirklichen. Der Bot Cave und seine Regale bieten mehr Hackerspace als Superhelden-Versteck und sind voll mit Elektronik, Verpackungsmaterial und Prototyp-Maschinen. Etwas an diesem Ort hat das Gefühl eines geheimen Versteckes, auch wenn das High-Tech-Superheld-Fahrzeug in der Garage ein Single-Speed-Lenker ist.

Die junge Firma ist auf die Herstellung von Kit-basierten 3D-Druckern spezialisiert. 3D-Druck wird auch als "Rapid Prototyping" oder "Fabbing" bezeichnet. Mit diesem Begriff wird eine Gruppe von Technologien bezeichnet, mit denen virtuelle 3D-Pläne in reale Objekte übersetzt werden. Im Gegensatz zu computergesteuerten Fräsmaschinen, die mit einem Materialblock beginnen und ihn in eine endgültige Form bringen, werden beim 3D-Druck Materialschichten aufgebaut.

Dieses additive Verfahren wird im Allgemeinen auf zwei Arten erreicht: Pulverbett oder Extrusion. Bei dem Pulverbettverfahren legt ein Werkzeugkopf ein Bindemittel selektiv über ein Bett aus pulverförmigem Baumaterial ab, senkt dann das Bett ab und streicht über eine andere Schicht losen Pulvers. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Objekt vollständig ist. Dann kann es von losen Pulvern aus dem Bottich gehoben und abgestaubt werden. Beim Extrusionsverfahren legt der Werkzeugkopf ein dünnes Filament aus durch Wärme erweichten Material (normalerweise ABS-Kunststoff) in Schichten ab, die beim Abkühlen aushärten und ein fertiges Objekt bilden.

Muster der CupCake-Ausgabe, erhältlich in Creme und Schwarz.

Vor weniger als einem Jahr gründeten Zach “Hoeken” Smith, Adam Mayer und Bre Pettis MakerBot Industries. Alle drei Männer, die sich durch den Brooklyn Hackerspace NYC Resistor trafen, waren in den letzten fünf Jahren in der Baumarktbranche aktiv (Pettis produzierte in den vergangenen Jahren Videos für MAKE). Der erste Prototyp der CupCake CNC, die Flaggschiff-3D-Druckmaschine von MakerBot, wurde gerade rechtzeitig fertiggestellt, um im März 2009 in Austin die SXSW-Konferenz für Musik, Film und Technologie zu präsentieren.

Pettis verbrachte das Wochenende damit, Plastik-Shot-Gläser zu drucken. Dank der positiven Presse und der Begeisterung in der Online-Baumarktbranche hatten die drei Mitte April die ersten 20 Maschinen in die eifrigen Hände von frühen Adopters geliefert.

Hoeken, Mayer und Pettis kündigten ihren Job und lebten in den ersten zehn Monaten der Operation vom Sparen. Freunde Adrian Bowyer (von der RepRap Research Foundation) und Jakob Lodwick (Gründer von Vimeo) stellten Startkapital zur Verfügung, und seitdem ist das Geschäft stetig gewachsen. Bis zum Jahresende war die Losgröße von 20 auf 150 Maschinen gestiegen, wobei ungefähr einmal im Monat ein Los versendet wurde. Das Basis-Kit kostet 750 US-Dollar.

Die Technologie hinter der Cup-CNC ähnelt dem RepRap, dem ersten Open-Source-3D-Drucker, der speziell für die Nachbildung seiner eigenen Teile entwickelt wurde. Der CupCake verwendet das RepRap-Motherboard, das Smith, 26, entworfen hat. Es verwendet seine eigene Sanguino-Mikrocontroller-Plattform, selbst eine kompatible Ableitung von Arduino.

Während der Entwurfsphase für die Maschine testeten Smith, Mayer (35) und Pettis (37) Prototypenteile für den Laserschneider CupCake on NYC Resistor. Sie arbeiteten rund um die Uhr und entschieden sich am Ende ihres zweiten Falles von Ramen-Nudeln für ein Design.

Im Gegensatz zu RepRap, dessen Werkzeugkopf sich auf einer stationären Plattform ablagert, bewegt sich der CupCake-Extruder nur auf und ab. Die 10 cm große quadratische Bauplattform bewegt sich seitlich, um den dünn extrudierten Kunststofffilm in der Form der zu bedruckenden Schicht entlang zu spreizen.

Ein stationärer Werkzeugkopf minimiert den Kraft- und Größenbedarf und macht die CupCake-CNC deutlich leichter als der RepRap. Und das sind Sprünge und Grenzen, die kleiner sind als die Prototypen im Mainframe-Stil - so tragbar, dass die Leute es auf Partys mitbringen. Der CupCake wiegt und schnurrt beim Drucken. Wenn Sie die Maschine beobachten - innen mit LEDs beleuchtet - für einen dramatischen Effekt - sitzen Sie am Lagerfeuer.

MakerBot wird mit der Maschine als Bausatz geliefert, der Motoren, Riemenscheiben, Leiterplatten und lasergeschnittenes Sperrholz umfasst. Das bedeutet, dass Sie es selbst bauen. Sie akzeptieren Vorbestellungen und versenden Maschinen in Chargen. Wenn Besitzer früherer Chargen ihre Maschinen bauen und verwenden, machen sie Vorschläge und Verbesserungen für das Design der Maschine. Diese Verbesserungen werden in zukünftigen Batches implementiert und stehen den aktuellen Benutzern als Upgrade zur Verfügung.

Während die ersten Serien die mühsam langweilige Aufgabe erforderten, viele ICs für die Oberflächenmontage an das Motherboard zu löten, werden die neuesten CupCakes mit komplett zusammengebauter Elektronik ausgeliefert, was den Montageprozess erheblich vereinfacht. Die Maschine kommt wie Ikea-Möbel zusammen; es ist mit etwas mehr als einem Inbusschlüssel zusammengebaut.

Der CupCake CNC ist der erste seiner Art auf seinem Gebiet. Pettis vergleicht es vertrauensvoll mit früheren PCs wie dem Altair und Apple I, wobei er die Hardware des selbstgebastelten Computers und die versierte Benutzerbasis enthusiastischer Bastler angibt. Wo zuvor etwas Besonderes erforderlich war, mussten große Maschinen im Mainframe-Stil in Forschungseinrichtungen mit eingeschränktem Zugang installiert werden. Durch den Bau einer CupCake-CNC wird der Mainframe auf Ihren Desktop verschoben.

Die Artikel, die die CupCake-CNC herstellen kann, ähneln denen eines herkömmlichen 3D-Druckers. Das Paradigma ist jedoch völlig anders. Der Benutzereingriff mit den Muttern und Bolzen der Technologie ist viel tiefer und die Kosten sind viel niedriger.

MakerBot-Betreiber kommunizieren über Gruppen bei Google und Flickr und sind aufeinander angewiesen, um Probleme zu lösen und einen reibungslosen Betrieb ihrer Maschinen zu gewährleisten. Dieses verteilte Support-Netzwerk bedeutet weniger Kundensupport für die drei Gründer, die gewartet werden müssen - obwohl sie zugeben, täglich viele Stunden Support-E-Mails zu beantworten.

Ein paralleles Projekt, Thingiverse, hilft der MakerBot-Community, erfolgreich zu sein. Thingiverse wurde im Sommer 2008 von Smith und Pettis als Website für die Freigabe von Quelldateien für Laserschneider ins Leben gerufen. Thingiverse konnte problemlos für die Freigabe von 3D-Dateien erweitert werden. Das Design der Site unterstützt den gleichen iterativen Prozess, der für die Gestaltung des CupCake verwendet wurde.

Mit Thingiverse können Benutzer eine Seite für eine "Sache" erstellen, die maschinenlesbare Pläne zum Schneiden oder Drucken, Bilder oder Renderings der Sache sowie Anweisungen zum Erstellen eigener Seiten enthält. Benutzer können dann eigene Versionen der Sache veröffentlichen oder sogar Verbesserungen vornehmen und eine abgeleitete Sache veröffentlichen, die mit dem Original verknüpft ist.

Benutzer können weit und breit Modelle zum Drucken freigeben. Zum Beispiel hat Benutzer Zaggo in Offenberg, Deutschland, ein Pfeifenmodell gepostet, und eine halbe Stunde später hielten Benutzer in New York das frisch gedruckte Objekt in der Hand, heiß vom Bot. Auf der Seite jedes Objekts werden Diskussionen über die Montagetechnik oder zukünftige Revisionen geführt. Da Probleme gemeinsam und öffentlich gelöst werden, profitiert die Gemeinschaft davon.

Das CupCake CNC-Kit ist in verschiedenen Versionen erhältlich, um den Bedürfnissen derjenigen zu entsprechen, die bereits einige der Komponenten zur Hand haben. Wenn Sie bereits Zugang zu einem Laserschneider oder einem CNC-Werkzeugkopf haben, können Sie ein Kit abnehmen, das ohne die lasergeschnittenen Körperteile geliefert wird, oder nur den Extruder kaufen. Die Modularität der Maschine und ihre offenen Pläne machen sie für Bastler interessant, die von hackerunfreundlichen „Black Box“ -Technologien abgestellt werden.

Open Source-Modellierung für den 3D-Druck ist ebenfalls in der Entwicklung. In Hacking-Kreisen verlieren die Standard-3D-Modellierungsplattformen (Closed Source, teuer) von Maya und SolidWorks langsam an freien, offenen Paketen wie Art of Illusion und Blender.

Unabhängig davon, wie sie ihre Modelle herstellen, verwenden die meisten Benutzer von CupCake Skeinforge (ein punkiges, aber freies Python-Skript), um das virtuelle Objekt in eine Reihe von schichtweisen Anweisungen für den Kunststoffextruder und die Plattform zu schneiden. Ein weiteres Open Source-Paket, ReplicatorG, wird verwendet, um diese Werkzeugpfadanweisungen zum Drucken an das Gerät zu senden.

Es ist möglich, die großen 3D-Modellierungssoftwarepakete vollständig zu umgehen, indem Objekte vollständig durch mathematische Regeln skriptiert werden. Diese skriptgesteuerten oder „parametrisierten“ Objekte können auf zwei Arten entstehen: Ein Skript generiert entweder eine STL-Datei (das De-facto-Standarddatenübertragungsformat), die wie ein Standardmodell aufgeschnitten wird, oder es generiert den zu steuernden G-Code der Werkzeugkopf

Die Liste der geplanten Verbesserungen an der CupCake-CNC ist lang und aufregend. Was Sie derzeit drucken können, ist begrenzt, da kein druckfähiges Trägermaterial vorhanden ist. Kommerzielle Drucker auf Extrusionsbasis haben zwei Extruder: einen für den Hauptkunststoff und einen für das Trägermaterial, das bei Bedarf abgeschieden wird, um dem Hauptextruder einen Platz zu geben, an dem Kunststoff platziert werden kann, der eine vorherige Schicht überhängen kann. Die Implementierung von Support-Material hat für MakerBot hohe Priorität, ist aber auch eine große Herausforderung.

Als sie sich auf die Consumer Electronics Show in diesem Monat vorbereiteten, hofften die drei, Elektronikverbesserungen wie ein neues Arduino Mega-basiertes Motherboard, integrierte USB-Unterstützung und neue Mikroschrittmotoren für eine feinere Bewegungssteuerung zu enthüllen.

Andere Mitglieder der Maker-Community engagieren sich ebenfalls. Charles Pax, ein Kollege aus NYC Resistor, arbeitet an Ideen für ein Förderband, um fertige Objekte aus dem Erstellungsbereich von CupCake zu transportieren, um den Druckprozess zu automatisieren.

"Ich möchte eine Desktop-Fabrik", sagt er, "aber ich möchte nicht als Fabrikarbeiter arbeiten müssen."

Die Ziele von MakerBot enden jedoch nicht beim CupCake. Geplant ist bereits ein Desktop-3D-Scanner, der sich mit dem CupCake-CNC-Drucker zusammenfügt, um die Wasch- / Trockner-Kombination der DIY-Fertigung herzustellen.

Sie arbeiten auch daran, in PLA, einem biologisch abbaubaren Kunststoff auf Maisbasis, drucken zu können. Bei dem Stück Widerstand handelt es sich jedoch um einen Extruder, der anstelle von Kunststoff Kuchenglasur verwendet. Der Frostruder-Prototyp befindet sich derzeit in der zweiten Version. Die Tage des CNC-Cupcake-Frostings stehen vor der Tür.

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