Pabrik di halaman belakang: Bagaimana robot memberdayakan Anda untuk menciptakan produk Anda sendiri

Lupakan manufaktur massal -- produk besar berikutnya dapat dibuat di garasi Anda dengan bantuan robot kecil.

Selama sebagian besar abad ke-20, manufaktur pada dasarnya merupakan wilayah pabrik-pabrik besar, mesin-mesin besar, dan uang dalam jumlah besar. Lini produksi raksasa memusnahkan mobil, saus tomat, ceret, dan Kevlar. Penciptaan suatu produk melibatkan proses perkakas yang sangat mahal dan rumit, biaya hangus yang pada akhirnya akan dibayar kembali melalui volume penjualan yang dimungkinkan oleh proses manufaktur.

Bandingkan dengan cara kebanyakan barang diproduksi sebelum Revolusi Industri. Ya, ada beberapa operasi yang sangat besar (pembuatan kapal dan piramida terlintas dalam pikiran). Namun sebagian besar tugas, seperti membuat pakaian atau memproduksi susu, dilakukan di pondok, di peternakan, atau di toko pedagang yang sangat kecil. Ini adalah industri rumahan dahulu kala.

Ada nilai dalam industri rumahan kecil tersebut, salah satunya adalah penentuan nasib sendiri para pengrajin yang menciptakan produk. Mereka tidak harus bergantung pada perusahaan raksasa, pabrik besar, atau kelompok fokus untuk menyelesaikan sesuatu. Di sisi lain, kompleksitas dan kemampuan produk yang dihasilkan di industri rumahan, tentu saja, dibatasi oleh alat dan sumber daya yang dapat diakses oleh pedagang kecil dan keluarga.

Dalam sepuluh tahun terakhir ini, kita telah kembali ke industri rumahan. Baru kali ini robot membantu. Hasilnya: Prototipe, produk individual, dan produksi jangka pendek menghasilkan produk yang dibuat oleh individu dan kelompok kecil, namun memiliki kemampuan, kualitas, dan kompleksitas produk yang sebelumnya membutuhkan investasi jutaan dolar, pabrik besar, dan tenaga kerja yang sangat besar. .

Dalam artikel ini, kita akan mempelajari pembuatan desktop, dan bagaimana sekelompok robot kecil memungkinkan siapa pun membuat produk sendiri dengan investasi awal yang sering kali lebih murah dibandingkan harga mobil bekas yang murah.

Pertumbuhan manufaktur dan industri

Manufaktur skala besar sebagai komponen aktif masyarakat berakar terutama pada Revolusi Industri pada akhir abad ke-18 dan awal abad ke-19. Pada intinya, Revolusi Industri adalah titik sejarah ketika instrumen utama tenaga kerja bertransisi dari organik ke mekanis. Dengan kata lain, alih-alih hewan dan manusia yang menggerakkan tindakan rotasi yang mengubah bahan mentah menjadi bagian-bagian dan barang jadi, mesinlah yang melakukan pekerjaannya.

Dua faktor kunci pada awalnya memungkinkan hal ini: metalurgi yang lebih baik dan mesin uap. Logam yang lebih kuat (sebagian besar baja dan besi) memungkinkan mesin menahan tekanan dan beban yang diperlukan untuk menggerakkan proses. Mesin uap menyediakan tenaga, seringkali dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada yang dapat dihasilkan oleh beberapa kuda.

Kedua inovasi ini menyebabkan pabrik-pabrik besar memiliki mesin-mesin besar yang memotong, menekan, menggiling, dan menggabungkan bahan mentah menjadi bentuk yang dapat digunakan dalam produk. Mesin uap yang dikombinasikan dengan metalurgi yang kuat juga mengarah pada transportasi kereta api, yang memungkinkan barang diangkut lebih jauh dan lebih cepat, serta dalam volume yang lebih besar.

Teknologi ini juga mengubah pekerjaan pertanian, dimana inovasi dalam teknik dan mesin pertanian, seperti mesin bor benih dan mesin perontok, meningkatkan produktivitas pertanian. Hal ini memungkinkan lebih sedikit orang untuk memproduksi lebih banyak makanan, sehingga membebaskan tenaga kerja di sektor industri.

Saat kita memasuki abad ke-20, kita mulai memanfaatkan listrik dan menyalurkannya ke kantor dan rumah. Mesin pembakaran internal menggantikan mesin uap untuk kendaraan, dan sisanya tinggal sejarah.

Hal utama mengenai Revolusi Industri -- dan pabrik-pabrik yang dimungkinkan olehnya -- adalah skala. Semuanya besar. Sungguh, sangat besar. Pada awalnya, pabrik-pabrik beserta lini produksinya, mempekerjakan banyak sekali orang untuk mengoperasikan mesin-mesin dan merakit komponen-komponen menjadi komponen-komponen, dan komponen-komponen menjadi produk.

Ketika biaya pekerja meningkat pada pertengahan hingga akhir abad ke-20, banyak perusahaan Amerika berupaya mengurangi biaya dan melakukan outsourcing produksi ke negara-negara yang biaya hidupnya lebih rendah. Pada akhir abad ke-20 dan milenium baru ini, robot menggantikan sebagian besar tenaga kerja manual, yang semakin mahal secara internasional. Pabrik-pabrik yang dialihdayakan dan teknisi-teknisi mereka yang lebih ahli sebagian besar tetap berada di luar AS.

Bagaimana manufaktur tradisional dapat mematikan inovasi

Salah satu tantangan terbesar dalam manufaktur tradisional adalah Anda tidak dapat membuat satu unit saja. Dibutuhkan biaya dan upaya yang sangat besar untuk membangun sebuah pabrik, bahkan pabrik yang digerakkan oleh robot, untuk membuat suku cadang baru. Sayangnya, memulai dengan produk baru bisa sangat-sangat mahal.

Ini adalah masalah yang saya dan teman saya Jim alami pada tahun 1990-an. Kami berdua adalah insinyur dan kami memutuskan bahwa yang dibutuhkan dunia adalah robot sederhana yang dapat diprogram dan dikendalikan oleh PC. Untuk membuat prototipe kami, kami membongkar tangki mainan yang dikendalikan radio, menghubungkan radio ke komputer, dan menghubungkan sakelar kontak sesaat sebagai sensor. Pada saat kami siap untuk mendemonstrasikannya kepada investor, mereka dapat memetakan suatu ruangan dengan sendirinya. Teknologi yang cukup canggih untuk era Windows 95.

Tapi kami mengalami masalah. Fabrikasi plastik memerlukan cetakan pengecoran meskipun Anda hanya menginginkan unit dalam jumlah terbatas. Bagaimanapun, ini terjadi pada masa sebelum pencetakan 3D. Cetakan tersebut, pola sekali pakai yang digunakan untuk membuat badan perangkat, masing-masing berharga $100.000 -- dan kami membutuhkan setidaknya empat cetakan. Biaya tersebut, biaya perkakas bahkan sebelum kami membangun satu unit, terlalu mahal dan risikonya terlalu besar. Jadi kami tidak pernah terjun ke bisnis robotika.

Ngomong-ngomong, kalau kami bisa memesan peralatannya, akan memakan waktu enam bulan hingga satu tahun untuk menyelesaikannya. Itu adalah waktu yang dibutuhkan untuk menggiling pola-pola tersebut dengan tangan, terutama ketika hanya ada sedikit masinis dengan keterampilan yang diperlukan untuk membuat cetakan prototipe. Dan, jika kami melakukan kesalahan apa pun dalam desain kami, kami harus mengeluarkan ratusan ribu dolar lebih banyak dan menunggu sekitar enam bulan lagi untuk revisinya.

Itu adalah dunia manufaktur dan pembuatan prototipe sebelum tersedianya robot fabrikasi desktop dengan mudah.

Jika kita melakukan proyek itu hari ini, kita dapat melakukannya dengan Arduino seharga $20, Raspberry Pi seharga $50, dan printer 3D seharga $200. Dan kami dapat memproduksi dalam volume kecil hanya dengan menambahkan lebih banyak printer 3D. Dengan harga yang jauh lebih murah dari iPhone 15 Pro Max, kami dapat membuat 100 robot, dan menyelesaikannya dalam waktu beberapa minggu -- bukan setengah tahun hingga satu tahun.

Kickstarter, yang membantu inovator kecil mengumpulkan uang untuk produk dan proyek baru, mengharuskan proyek apa pun yang "melibatkan produksi dan distribusi sesuatu yang kompleks, seperti gadget, untuk menunjukkan kepada pendukungnya prototipe dari apa yang mereka buat." Pada tahun 1995, Jim dan saya tidak akan pernah dapat memenuhi persyaratan tersebut karena biaya cetakan saja sudah sangat mahal. Namun dengan printer 3D, prototipe seperti itu hanya berharga 100 dolar.

Awal mula robot fabrikasi desktop

Bengkel mesin tradisional telah mengalami penurunan selama bertahun-tahun, terutama di AS. Hal ini sebagian disebabkan oleh ekspor keterampilan ke negara lain, dan sebagian lagi disebabkan oleh munculnya teknologi yang lebih modern, seperti fabrikasi berbasis robot. Meskipun robot telah mengubah pabrik-pabrik besar, mereka juga memungkinkan terciptanya fasilitas produksi yang sangat canggih di kamar tidur cadangan, garasi keluarga, dan gudang di halaman belakang.

Sebagian besar perangkat manufaktur robot skala kecil akan muat di atas meja, itulah sebabnya kami menyebut kategori ini fabrikasi desktop. Faktanya, sebagian besar printer 3D tingkat prosumer dapat ditempatkan di sudut meja.

Ada dua kategori utama alat fabrikasi desktop: aditif dan subtraktif. Aditif membangun objek dengan menambahkan material, sedangkan subtraktif memotong material untuk membuat objek.

Teknologi fabrikasi aditif yang paling umum adalah pencetakan 3D. Kebanyakan printer 3D menggunakan plastik, namun ada juga printer 3D yang menggunakan bahan logam, beton, bahkan coklat. Dengan pencetakan 3D, objek dibuat lapis demi lapis. Printer 3D pada umumnya menggunakan gulungan filamen (benang plastik), memanaskan filamen tersebut, dan menekannya ke pelat pembuat atau lapisan yang telah diekstrusi sebelumnya. Lapisan yang dihasilkan terikat satu sama lain, menciptakan benda plastik jadi.

Terkait teknologi subtraktif, kita melihat mesin yang menghilangkan material, biasanya dengan memotong atau menggiling. CNC adalah salah satu mesin tersebut. Ini memotong kayu atau logam sesuai dengan serangkaian instruksi.

CNC adalah singkatan dari kontrol numerik komputer dan meskipun istilah "CNC" biasanya mengacu pada satu jenis mesin, semua perangkat fabrikasi desktop menggunakan kontrol numerik komputer, meskipun banyak (seperti printer 3D dan pemotong vinil) tidak disebut CNC.

Di pabrik tradisional, salah satu aplikasi alat fabrikasi desktop yang paling kuat adalah menggunakannya untuk membuat jig dan perlengkapan untuk manufaktur. Bayangkan Anda memiliki seorang insinyur ahli di Stockholm, tetapi fasilitas manufakturnya berada di Shenzhen.

Sebelum fabrikasi yang dikendalikan komputer, jika Anda ingin mengirimkan jig yang dirancang oleh insinyur di Stockholm ke lantai produksi di Shenzhen, Anda harus mengemas dan mengirimkannya secara fisik. Hal ini tidak hanya mahal dan lambat, tetapi juga tidak memungkinkan dilakukannya iterasi yang cepat. Dengan CNC atau printer 3D, file desain dapat dikirim melalui email, jig dicetak atau dipotong di lokasi, hasil pengujian dikembalikan ke teknisi, dan versi baru dirancang dan dikirim kembali ke pabrik -- semuanya dalam hitungan jam.

Bagaimana saya menggunakan pasukan robot pabrik kecil saya

Saya dan istri sudah lama bekerja dari rumah, dan telah menyiapkan sebagian rumah kami sebagai kantor, empat lokasi studio syuting terpisah, bengkel, ruang kerajinan, dan Fab Lab. Untuk memberi Anda gambaran tentang apa yang dapat dilakukan perangkat ini, saya akan menjelaskan cara saya menggunakannya untuk proyek.

Bagi saya, kekuatan sebenarnya adalah Anda dapat merancang proyek dalam program CAD. Meskipun setiap program CAD memiliki kurva pembelajaran, jika Anda dapat membuat PowerPoint, Anda memiliki keterampilan dasar untuk memulai desain 3D. Karena keterampilan saya lebih condong ke arah penggunaan komputer dan keterampilan toko saya, paling banter, belum sempurna, saya merasa lebih mudah mengandalkan robot fabrikasi untuk melakukan kerja keras.

Secara keseluruhan, dalam tujuh tahun sejak pemimpin redaksi ZDNET mendorong saya untuk mulai menjelajahi pencetakan 3D, saya telah merancang dan membangun 176 proyek. Tentu saja, kita tidak punya waktu untuk mensurvei semuanya, jadi kita akan melihat sekilas beberapa robot favorit saya dan menunjukkan bagaimana masing-masing robot membantu mewujudkannya, dimulai dengan printer 3D.

Printer 3D: Saya memiliki dua jenis printer 3D, printer yang menyimpan lapisan filamen untuk membentuk suatu objek dan printer yang menggunakan cahaya untuk mengeraskan resin, yang kemudian membentuk objek lapis demi lapis.

Saya telah menggunakan printer 3D filamen untuk banyak proyek berbeda. Sebagai salah satu desain pertama saya, saya membuat dudukan yang dapat menahan remote control di bagian belakang TV saya. Saya membuat dudukan rolling pin yang dipasang di rak dapur untuk istri saya. Saya membuat tanda kotak surat untuk memberi tahu operator surat kami kapan harus mengambil surat. Saya membuat braket penyimpanan khusus untuk menambahkan rak di bengkel saya.

Saya membuat braket khusus untuk studio rekaman saya. Dan saya merancang dan kemudian memproduksi lebih dari 100 stand boneka untuk perusahaan pola pakaian boneka istri saya. Saat ini, saya membuat adaptor pengumpul debu khusus untuk setiap peralatan saya.

Saya tidak terlalu sering menggunakan printer resin. Mereka menghasilkan objek yang lebih kecil, namun dengan detail yang jauh lebih besar. Salah satu kegunaan terbesarnya adalah membuat figur miniatur untuk bermain game. Karena saya tidak melakukan itu, saya tidak terlalu memanfaatkannya, kecuali untuk mempelajarinya dan mengujinya untuk pekerjaan.

Mesin CNC: Saya memiliki satu mesin CNC kecil seukuran printer 3D. Lalu saya punya mesin yang luasnya sekitar 4 kaki persegi. Itu yang paling sering saya gunakan. Mesin terakhir ini menggunakan mata bor berputar untuk menghilangkan material. Sejauh ini, sudah digunakan pada tiga proyek. Saya menggunakannya untuk membuat laci tarik untuk rak. Saya juga menggunakannya untuk membuat empat kotak penyimpanan suku cadang yang identik. Kemudian saya manfaatkan untuk membuat rak penyimpanan bahan untuk bahan kerajinan. Masing-masing dari dua proyek terakhir ini memerlukan tingkat ketelitian melebihi keterampilan pertukangan kayu saya, namun CNC hanya mengerjakannya secara batch dengan sedikit atau tanpa usaha.

Pemotong laser: Pemotong laser memotong menggunakan laser. Sebenarnya, ia memotong kayu, plastik, dan kulit dengan ketebalan sekitar 1/4 inci. Ini mengukir pada berbagai macam bahan, termasuk logam dan batu tulis. Saya menggunakannya untuk membuat tatakan gelas hadiah, tanda kantor untuk editor saya, dan banyak sekali label untuk penyimpanan alat dan suku cadang saya. Untuk dua yang pertama, saya menggunakan kayu. Untuk labelnya, saya menggunakan lembaran plastik berwarna biru di bagian atas dan putih di bagian bawah, memungkinkan saya membuat huruf putih dengan latar belakang biru.

Pemotong vinil: Perajin mungkin pernah mendengar tentang Cricut, perangkat yang dikendalikan komputer yang memandu bilah pisau, menggunakan untuk memotong kertas, kain, kulit, dan vinil. Ini banyak digunakan dalam pembuatan tanda. Istri saya menggunakannya untuk kartu khusus dan membuat sampul buku catatan.

Masing-masing perangkat ini menggunakan komputer untuk menggerakkan kepala pemrosesan ke kiri dan ke kanan, dan terkadang ke atas dan ke bawah. Perbedaannya adalah apakah kepala pengolah tersebut mengekstrusi plastik cair, memotong dengan pisau, atau menggiling dengan pisau berputar.

Selanjutnya, saya akan menyoroti beberapa orang yang telah mendirikan operasi manufaktur penuh di garasi atau gudang di halaman belakang rumah mereka.

Bagaimana para DIYers membangun pabrik kecil di rumah dan garasi mereka

Ada banyak mesin lain yang melakukan banyak jenis operasi yang dikendalikan komputer. Misalnya, seorang insinyur bernama Pete Rondeau menggunakan CNC untuk memotong kotak pengontrol logam, dan juga menggunakan mesin yang mengambil dan menempatkan komponen listrik yang sangat kecil ke papan sirkuit. Ruang produksi seluas 150 kaki persegi adalah gudang di halaman belakang rumahnya.

Andy Bird menggunakan mesin CNC di garasi dua mobilnya untuk membuat barang-barang yang dia jual di pameran kerajinan dan untuk klien khusus. Dalam video ini, dia menunjukkan bagaimana dia menggunakan mesin CNC-nya untuk memotong 87 perokok bourbon (alat yang memasukkan asap beraroma ke bourbon). Dia juga menggunakan laser untuk mengukir peta Kentucky pada setiap perokok.

Travis Lathrop adalah seorang insinyur mesin yang menghadapi tantangan yang sangat sulit: merancang adaptor pengumpul debu untuk gergaji mitra. Gergaji mitra mengeluarkan serbuk gergaji dalam jumlah besar. Setiap merek dan model gergaji mitra berbeda-beda, dan semuanya memuntahkan debu dengan caranya masing-masing. Lathrop menggunakan CAD dan printer 3D untuk mengatasi masalah tersebut dan menjual adaptor cetak 3D kepada pengguna gergaji mitra. Pada saat pembuatan video ini, dia baru saja membeli printer 3D miliknya yang ke-10. Printernya tersebar di seluruh rumahnya. Sejak itu, dia menyewa kantor dan menjalankan peternakan percetakannya yang terus berkembang dari sana.

Sam Clark telah membangun wisma di Carolina Utara, tempat dia mengoperasikan saluran YouTube SamCraft dari sebuah gudang di propertinya. Salah satu produknya yang lebih populer adalah satu set tatakan gelas batu tulis berukir. Dalam video ini, dia menunjukkan bagaimana dia menggunakan pemotong laser untuk membuat jig untuk mengukir tatakan gelas, dan kemudian menunjukkan bagaimana dia menggunakan laser untuk mengukir tatakan gelas itu sendiri.

Tentu saja, CNC, pemotong laser, dan printer 3D bukan satu-satunya perangkat robotik yang dikendalikan komputer yang dapat Anda pasang di garasi Anda untuk memulai bisnis produksi. Namun alat-alat tersebut sudah cukup murah, cukup mudah dipasang, tidak menggunakan listrik rumah tangga, dan dapat menyelesaikan beberapa proyek yang sangat besar.

Demokratisasi alat-alat produksi

Lebih dari satu abad yang lalu, dibutuhkan kekayaan dari "baron perampok" seperti John D. Rockefeller (industri minyak), Andrew Carnegie (industri baja), atau Cornelius Vanderbilt (kereta api) untuk membangun pabrik dan meluncurkan industri.

Hanya segelintir orang yang mampu membangun dan menggunakan peralatan, pabrik, dan infrastruktur, yang pada gilirannya berarti bahwa mereka mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap angkatan kerja, yang menggunakan instrumen-instrumen kerja tersebut untuk menciptakan barang dan jasa.

Pabrik-pabrik besar tentu saja masih ada. Sebelum pandemi, Foxconn mempekerjakan 200.000 pekerja hanya untuk membuat iPhone, dan jumlah tersebut hanya mewakili setengah dari pasokan iPhone dunia. Mereka perlahan-lahan merekrut kembali pekerja sejak pandemi ini memasuki fase yang lebih endemik, dan Apple sejak itu memindahkan sebagian produksinya ke negara lain.

Namun, seperti yang telah kita lihat, kini dimungkinkan untuk melakukan produksi massal dengan tenaga kerja yang terdiri dari satu atau dua orang dan beberapa robot pembantu.

Dulu, pengetahuan bagaimana cara menyelesaikan tugas-tugas kompleks hanya dimiliki oleh guild dan pedagang. Jika Anda tidak magang pada seseorang yang memiliki keterampilan tersebut, Anda tidak memiliki kesempatan untuk mempelajari cara melakukan beberapa tugas yang lebih rumit yang diperlukan untuk membuat sesuatu. Namun dengan YouTube, pengetahuan tersebut juga telah didemokratisasi, dan jika Anda ingin mempelajari cara melakukan apa saja, Anda hanya perlu mencari string pencarian.

Jadi di sinilah kita. Pengetahuan khusus tidak lagi dikurung. Fabrikasi robotik memungkinkan pembuatan prototipe dan kemudian memproduksi barang-barang sebagus apa pun yang diproduksi di pabrik yang jauh lebih besar. Dari segi biaya finansial, hambatan masuknya rendah.

Yang dibutuhkan saat ini hanyalah keterampilan desain, motivasi, pemikiran kreatif, dan tekad. Itu membuka segala macam kemungkinan bagi siapa pun yang memiliki keinginan untuk sukses.

Jadi apa yang akan Anda hasilkan? Beri tahu kami di komentar di bawah.

Anda dapat mengikuti pembaruan proyek saya sehari-hari di media sosial. Pastikan untuk berlangganan buletin pembaruan mingguan saya di Substack, dan ikuti saya di Twitter di @DavidGewirtz, di Facebook di Facebook.com/DavidGewirtz, di Instagram di Instagram.com/DavidGewirtz, dan di YouTube di YouTube.com/DavidGewirtzTV.