Thijs Roumen

• Laser cutting is a fast and precise fabrication process. This makes laser cutting a powerful process in custom industrial production. Since the patents on the original technology started to expire, a growing community of tech-enthusiasts embraced the technology and started sharing the models they fabricate online. Surprisingly, the shared models appear to largely be one-offs (e.g., they proudly showcase what a single person can make in one afternoon). For laser cutting to become a relevant mainstream phenomenon (as opposed to the current tech enthusiasts and industry users), it is crucial to enable users to reproduce models made by more experienced modelers, and to build on the work of others instead of creating one-offs. We create a technological basis that allows users to build on the work of others—a progression that is currently held back by the use of exchange formats that disregard mechanical differences between machines and therefore overlook implications with respect to how well parts fit together mechanically (akaLaser cutting is a fast and precise fabrication process. This makes laser cutting a powerful process in custom industrial production. Since the patents on the original technology started to expire, a growing community of tech-enthusiasts embraced the technology and started sharing the models they fabricate online. Surprisingly, the shared models appear to largely be one-offs (e.g., they proudly showcase what a single person can make in one afternoon). For laser cutting to become a relevant mainstream phenomenon (as opposed to the current tech enthusiasts and industry users), it is crucial to enable users to reproduce models made by more experienced modelers, and to build on the work of others instead of creating one-offs. We create a technological basis that allows users to build on the work of others—a progression that is currently held back by the use of exchange formats that disregard mechanical differences between machines and therefore overlook implications with respect to how well parts fit together mechanically (aka engineering fit). For the field to progress, we need a machine-independent sharing infrastructure. In this thesis, we outline three approaches that together get us closer to this: (1) 2D cutting plans that are tolerant to machine variations. Our initial take is a minimally invasive approach: replacing machine-specific elements in cutting plans with more tolerant elements using mechanical hacks like springs and wedges. The resulting models fabricate on any consumer laser cutter and in a range of materials. (2) sharing models in 3D. To allow building on the work of others, we build a 3D modeling environment for laser cutting (kyub). After users design a model, they export their 3D models to 2D cutting plans optimized for the machine and material at hand. We extend this volumetric environment with tools to edit individual plates, allowing users to leverage the efficiency of volumetric editing while having control over the most detailed elements in laser-cutting (plates) (3) converting legacy 2D cutting plans to 3D models. To handle legacy models, we build software to interactively reconstruct 3D models from 2D cutting plans. This allows users to reuse the models in more productive ways. We revisit this by automating the assembly process for a large subset of models. The above-mentioned software composes a larger system (kyub, 140,000 lines of code). This system integration enables the push towards actual use, which we demonstrate through a range of workshops where users build complex models such as fully functional guitars. By simplifying sharing and re-use and the resulting increase in model complexity, this line of work forms a small step to enable personal fabrication to scale past the maker phenomenon, towards a mainstream phenomenon—the same way that other fields, such as print (postscript) and ultimately computing itself (portable programming languages, etc.) reached mass adoption.…
• Laserschneiden ist ein schnelles und präzises Fertigungsverfahren. Diese Eigenschaften haben das Laserschneiden zu einem starken Anwärter für die industrielle Produktion gemacht. Seitdem die Patente für die ursprüngliche Technologie begannen abzulaufen, nahm eine wachsende Gemeinschaft von Technikbegeisterten die Technologie an und begann, ihre Modelle online zu teilen. Überraschenderweise scheinen die gemeinsam genutzten Modelle größtenteils Einzelstücke zu sein (z.B. zeigten sie stolz, was eine einzelne Person an einem Nachmittag entwickeln kann). Damit das Laserschneiden zu einem relevanten Mainstream-Phänomen wird, ist es entscheidend, dass die Benutzer die Möglichkeit haben Modelle zu reproduzieren, die von erfahrenen Modellierern erstellt wurden, und somit auf der Arbeit anderer aufbauen zu können, anstatt Einzelstücke zu erstellen. Wir schaffen eine technologische Basis, die es Benutzern ermöglicht, auf der Arbeit anderer aufzubauen—eine Entwicklung, die derzeit gehemmt wird durch die Verwendung von Austauschformaten, dieLaserschneiden ist ein schnelles und präzises Fertigungsverfahren. Diese Eigenschaften haben das Laserschneiden zu einem starken Anwärter für die industrielle Produktion gemacht. Seitdem die Patente für die ursprüngliche Technologie begannen abzulaufen, nahm eine wachsende Gemeinschaft von Technikbegeisterten die Technologie an und begann, ihre Modelle online zu teilen. Überraschenderweise scheinen die gemeinsam genutzten Modelle größtenteils Einzelstücke zu sein (z.B. zeigten sie stolz, was eine einzelne Person an einem Nachmittag entwickeln kann). Damit das Laserschneiden zu einem relevanten Mainstream-Phänomen wird, ist es entscheidend, dass die Benutzer die Möglichkeit haben Modelle zu reproduzieren, die von erfahrenen Modellierern erstellt wurden, und somit auf der Arbeit anderer aufbauen zu können, anstatt Einzelstücke zu erstellen. Wir schaffen eine technologische Basis, die es Benutzern ermöglicht, auf der Arbeit anderer aufzubauen—eine Entwicklung, die derzeit gehemmt wird durch die Verwendung von Austauschformaten, die mechanische Unterschiede zwischen Maschinen außer Acht lassen und daher Auswirkungen darauf übersehen, wie gut Teile mechanisch zusammenpassen (aka Passung). Damit sich das Feld sich weiterentwickeln kann, brauchen wir eine maschinenunabhängige Infrastruktur für gemeinsame Nutzung. In dieser Dissertation präsentieren wir drei Ansätze, die uns zu diesem Ziel näherbringen: (1) 2D-Schnittpläne, die gegenüber Maschinenvariationen tolerant sind. Unser erster Ansatz ist ein minimalinvasiver Ansatz: Wir ersetzen maschinenspezifische Elemente in Schnittplänen durch tolerantere Elemente unter Verwendung mechanischer Hacks wie Federn und Keile. Die resultierenden Modelle können auf jedem handelsüblichen Laserschneider und in einer Reihe von Materialien hergestellt werden. (2) Teilen von Modellen in 3D. Um auf der Arbeit anderer aufbauen zu können, erstellen wir eine 3D-Modellierungsumgebung für das Laserschneiden (kyub). Nachdem die Benutzer ein Modell entworfen haben, exportieren sie ihre 3D-Modelle in 2D-Schnittpläne, die für die jeweilige Maschine und das vorhandene Material optimiert sind. Wir erweitern diese volumetrische Umgebung mit Werkzeugen zum Bearbeiten einzelner Platten, sodass Benutzer die Effizienz der volumetrischen Bearbeitung nutzen und gleichzeitig die detailliertesten Elemente beim Laserschneiden (Platten) steuern können. (3) Umwandlung von legacy 2D-Schnittplänen in 3D-Modelle. Um mit legacy Modellen umzugehen, entwickeln wir Software, um 3DModelle interaktiv aus 2D-Schnittplänen zu rekonstruieren. Dies ermöglicht Benutzern, die Modelle auf produktivere Weise wiederzuverwenden. Wir behandeln dies erneut, indem wir den Rekonstruierungsprozess für eine große Teilmenge von Modellen automatisieren. Die oben genannte Software ist in ein größeres System integriert (kyub, 140.000 Codezeilen). Diese Systemintegration ermöglicht es, den tatsächlichen Gebrauch voranzutreiben, was wir in einer Reihe von Workshops demonstrieren, in denen Benutzer komplexe Modelle wie voll funktionsfähige Gitarren bauen. Durch die Vereinfachung der gemeinsamen Nutzung und Wiederverwendung und die daraus resultierende Zunahme der Modellkomplexität wird diese Arbeitsrichtung und das daraus resultierende System letztendlich (teilweise) dazu beitragen, dass die persönliche Fertigung über das Maker-Phänomen hinausgeht und sich zu einem Mainstream-Phänomen entwickelt – genauso wie andere Bereiche, z.B. als Druck (Postscript) und schließlich selbst Computer (portable Programmiersprachen usw.), um eine Massenakzeptanz zu erreichen.…