Το project RepRap

Το RepRap project ξεκίνησε στην Αγγλία το 2005 σαν μια πρωτοβουλία του Πανεπιστήμιο του Bath για την ανάπτυξη ενός  3D εκτυπωτή χαμηλού κόστους, ο οποίος  θα ήταν σε θέση να εκτυπώσει τα περισσότερα από τα δικά του πλαστικά εξαρτήματα, αλλά σήμερα υποστηρίζεται από εκατοντάδες συνεργάτες σε όλο τον κόσμο. Τα αρχικά RepRap είναι η συντόμευση της Αγγλικής φράσης Replicating Rapid prototyper.

Ως ένα ανοικτό σχέδιο, όλα τα σχέδια που παράγονται από το έργο, δημοσιεύονται κάτω από μια άδεια χρήσης ελεύθερου λογισμικού, τη GNU Γενικής  Άδειας Δημόσιας χρήσης.

Λόγω της ικανότητας της μηχανής να παράγει μερικά από τα δικά της μέρη, οι δημιουργοί οραματίστηκαν τη δυνατότητα φθηνών RepRap μονάδων, που θα καθιστούν δυνατή την κατασκευή σύνθετων προϊόντων, χωρίς την ανάγκη  εκτεταμένης βιομηχανικής υποδομής.ι Επιθυμούσαν το project να ωθήση την εξέλιξη του αντικειμένου, καθώς επίσης και να εξελιχθεί εκθετικά. Μια προκαταρκτική μελέτη υποστήριξε ότι η χρήση RepRaps για την εκτύπωση συνηθισμένων   προϊόντων, θα έχει σαν αποτέλεσμα οικονομία.

Ιστορία 

Το  RepRap project ξεκίνησε το 2005 από τον Δρ Adrian Bowyer, αναπληρωτή Καθηγητή μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Bath στην Αγγλία. Η χρηματοδότηση προερχόταν από το Engineering and Physical Sciences Research council.

Στις 13 Σεπτεμβρίου 2006, ο πρωτότυπος  RepRap 0.2 εκτύπωσε με επιτυχία το πρώτο εξάρτημα του εαυτού του.  Αυτό στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε για να αντικαταστήσει ένα ταυτόσημο εξάρτημα του, που αρχικά δημιουργήθηκε από από έναν εμπορικό 3D εκτυπωτή. Στις 9 φεβρουαρίου 2008, ο RepRap 1.0 "Δαρβίνος" κατασκεύασε με επιτυχία τουλάχιστον πάνω από τα μισά του μέρη. Πιθανώς στις 14 απριλίου 2008 να δημιουργήθηκε το πρώτο αντικείμενο τελικού χρήστη από έναν RepRap: μία βάση για να συγκρατεί με ασφάλεια ένα iPod  στο ταμπλό ενός  Ford Fiesta. Μέχρι το Σεπτέμβριο του ίδιου έτους αναφέρθηκε ότι είχαν παραχθεί τουλάχιστον 100 αντίτυπα σε διάφορες χώρες.

Τον Απρίλιο του 2009, με έναν RepRap παρήχθηκαν αυτόματα  πλακέτες ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, χρησιμοποιώντας ένα αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου και ένα σύστημα με εναλλάξιμες κεφαλές εκτύπωσης, ικανό να τυπώνει και πλαστικό και αγώγιμο διάλυμα . 

Στις 2 οκτωβρίου 2009, η δεύτερη γενιά του σχεδιασμού, που ονομάζεται "Mendel", τύπωσε το πρώτο εξάρτημά του. Το σχήμα  του Μέντελ μοιάζει περισσότερο με ένα τριγωνικό πρίσμα, αντί ενός κύβου. Ο RepRap 2.0 "Mendel", ολοκληρώθηκε τον Οκτώβριο του 2009. Στις 27 Ιανουαρίου 2010 το  Ινστιτούτο Foresight ανακοίνωσε το "Ανθρωπιστικό Βραβείο Καινοτομίας Kartik Μ. Gada " για το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός βελτιωμένου RepRap.

Ο σχεδιασμός τρίτης γενιάς, "Huxley", ονομάστηκε επίσημα στις 31 Αυγούστου του 2010. Η ανάπτυξη στηρίχτηκε σε μία σμικρυμένη έκδοση του υλικού του Mendel με το 30% του αρχικού όγκου εκτύπωσης. Μέσα σε δύο χρόνια, η κατασκευή και χρήση του RepRap και του  RepStrap διαδόθηκε ευρέως μέσα στην τεχνολογική, gadget, και μηχανολογική κοινότητα. Το 2012, ο πρώτος επιτυχής σχεδιασμός Delta, ο Rostock, είχε εντελώς διαφορετικό σχεδιασμό.  Η τελευταία έκδοση χρησιμοποιούσε OpenBeams, καλώδια (τυπικά Dyneema ή πετονιές Spectra) αντί για ιμάντες, και ούτω καθεξής, το οποίο απεικονίζει μερικές από τις τελευταίες τάσεις στα RepRaps.

Στις αρχές Ιανουαρίου 2016 η RepRapPro (συντόμευση του "RepRap Professional", και ένας επαγγελματικός κλάδος του RepRap στο UK) ανακοίνωσαν ότι θα σταματήσουν την εμπορία στις  15 Ιανουαρίου 2016. Η εξήγηση που δόθηκε ήταν η κατάλληψη της αγοράς από χαμηλού κόστους 3D εκτυπωτές  και η αδυναμία επέκτασης σε αυτή την αγορά. Η RepRapPro China συνεχίζει να λειτουργεί.

Υλικό 
Καθώς το  project σχεδιάστηκε από τον Dr Bowyer ώστε να ενθαρύνει την εξέλιξη, έχουν δημιουργηθεί πολλές παραλλαγές. Σαν   project ανοικτού κώδικα επιτρέπει στους σχεδιαστές να κάνουν μετατροπές και αντικαταστάσεις, αλλά θα πρέπει να μοιράζονται τις βελτιώσεις τους.

Σχεδιασμοί 
Υπάρχουν  πολλοί σχεδιασμοί εκτυπωτών RepRap συμπεριλαμβανομένων:

Software 

Σαν ιδέα ο RepRap είχε συλληφθεί  σαν ένα πλήρες σύστημα αντιγραφής αντικειμένων και όχι σαν ένα απλό κομμάτι hardware. Από αυτή την άποψη το σύστημα συμπεριλαμβάνει  και τα δύο: 

 Σχεδιασμό υποβοηθούμενο με Η/Υ  (CAD) με τη μορφή 3D μοντελισμού και στη συνέχεια  
 Kατασκευή υποβοηθούμενη από Η/Υ (computer-aided manufacturing -CAM).  

Έτσι διαθέτει προγράμματα και drivers οι οποίοι μετατρέπουν τα τρισδιάστατα σχέδια των χρηστών σε ένα σύνολο εντολών για το RepRap hardware.Το hardware  στη συνέχεια μετατρέπει το σύνολο εντολών σε φυσικά αντικείμενα. 

Αρχικά είχαν αναπτυχθεί  δύο σειρές εργαλείων CAM για τους  RepRap. Η πρώτη, με το όνομα "RepRap Host", είχε γραφτεί σε  Java από τον πρωτοπόρο στην ανάπτυξη του RepRap Adrian Bowyer. Η δεύτερη, "Skeinforge", είχε γραφεί ανεξάρτητα από τον Enrique Perez. Και τα δύο είναι πλήρη συστήματα για την μετατροπή τρισδιάστατων  3D μοντέλων σχεδιασμένων με υπολογιστή σε κώδικα-G. Ο κώδικας G είναι μία γλώσσα μηχανής για την καθοδήγηση του εκτυπωτή, ανεξαρτήτως μοντέλου. 

Αργότερα δημιουργήθηκαν και άλλα προγράμματα όπως το slic3r, το pronterface, και το Cura. Πρόσφατα δημιουργήθηκε το Franklin firmware το οποίο επιτρέπει  να χρησιμοποιούνται 3D RepRap  εκτυπωτές, εκτός από τη 3D εκτύπωση, και σαν γενικής χρήσης 3D ρομπότ  (π.χ. άλεση, διαχείριση υγρών, κ.λ.π..

Χρησιμοποιούνται επίσης τα κλειστού κώδικα KISSlicer και Repetier host .

Γενικά από τη RepRap κοινότητα είναι προτιμώμενα δωρεάν και ανοικτού κώδικα, 3-D προγράμματα μοντελοποίησης  όπως το Blender, το OpenSCAD και το FreeCAD, αλλά με το RepRap  μπορεί να χρησιμοποιηθεί  σχεδόν κάθε CAD ή  άλλο πρόγραμμα 3D μοντελοποίησης, αρκεί να είναι σε θέση να παράγει αρχεία .STL (το slic3r  υποστηρίζει επίσης  .obj και .amf αρχεία).

Έτσι οι δημιουργοί μπορουν να κάνουν χρήση οποιουδήποτε εργαλείου με το οποίο είναι εξοικειωμένοι, είτε πρόκειται για εμπορικά προγράμματα CAD, όπως το SolidWorks και το Autodesk AutoCAD, Autodesk Inventor, Autodesk 123D Σχέδιο, Tinkercad, ή SketchUp  μαζί με το ελεύθερο λογισμικό.

Υλικά Αντιγραφής 

ΟΙ RepRaps εκτυπώνουν αντικειμένα από ABS, Πολυγαλακτικό οξύ (PLA),  Νάυλον (ενδεχομένως όχι όλοι οι  extruders), HDPE, TPE και παρόμοια θερμοπλαστικά.

Το πολυγαλακτικό οξύ (PLA) έχει τα μηχανικά πλεονεκτήματα της υψηλής ακαμψίας, ελάχιστης στρέβλωσης (warping) και ένα ελκυστικό χρώμα. Επίσης είναι βιοδιασπώμενο και φυτικής προέλευσης.

Οι μηχανικές ιδιότητες του  PLA και του ABS που είναι τυπωμένα με εκτυπωτές RepRap, έχουν δοκιμαστεί και έχει αποδειχθεί ότι  είναι ισοδύναμες με των επαγγελματικών εκτυπωτών.

Σε αντίθεση με τους περισσότερους επαγγελματικούς εκτυπωτές, οι χρήστες των RepRap ενθαρρύνονται να πειραματιστούν με νέες μεθόδους εκτύπωσης, με την εκτύπωση νέων υλικών και να δημοσιεύσουν τα αποτελέσματά τους. Με αυτόν τον τρόπο  έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι για την εκτύπωση με νέα υλικά (όπως κεραμικά). Επιπλέον έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί αρκετές RecycleBots  για τη μετατροπή πλαστικών αποβλήτων, όπως δοχεία σαμπουάν και γάλακτος, σε φτηνό νήμα εκτύπωσης για RepRap.Υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι η χρήση αυτής της προσέγγισης κατανεμημένης ανακύκλωσης, είναι καλύτερη για το περιβάλλον.

Επιπλέον έχει επίσης αποδειχθεί ότι, η εκτύπωση 3D προϊόντων από τον καταναλωτή στο σημείο κατανάλωσης, είναι καλύτερη για το περιβάλλον .

Το RepRap project έχει εντοπίσει το πολυβινυλικό οινόπνευμα (PVA) ως δυνητικά κατάλληλο υλικό υποστήλωσης, για την στήριξη μερών που προεξέχουν και είναι στον αέρα, αν και μεγάλες προεξοχές μπορούν να γίνουν με τη χρήση σαν υλικού υποστήλωσης λεπτών στρωμάτων από το κύριο υλικό εκτύπωσης,  τα οποία μπορούν στη συνέχεια να αφαιρεθούν μηχανικά.

 Η εκτύπωση ηλεκτρονικών είναι ένας βασικός στόχος του RepRap project, έτσι ώστε να μπορεί να τυπώνει τα δικά του  κυκλωμάτα. Αρκετές μέθοδοι έχουν προταθεί:

 Wood's metal or Field's metal: κράματα χαμηλού σημείου τήξης για την ενσωμάτωση ηλεκτρικών κυκλωμάτων  στο αντικείμενο κατά τη στιγμή της κατασκευής του.
  Πολυμερή γεμισμένα με Ασήμι/άνθρακα: συνήθως χρησιμοποιούνται για την επισκευή τυπωμένων κυκλωμάτων και εξετάζονται για τη χρήση στην εκτύπωση ηλεκτρικά αγώγιμων διαδρομών.
 Άμεση εξώθηση κόλλησης
 Αγώγιμα καλώδια: μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα εξάρτημα από ένα καρούλι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκτύπωσης

Χρησιμοποιώντας έναν συγκολλητή  MIG ως κεφαλή εκτύπωσης, ένας RepRap deltabot  μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση μετάλλων όπως το χάλυβα.

Η έννοια RepRap μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε μια μηχανή φρεζαρίσματος και σε έναν συγκολλητή λέιζερ.

Κατασκευή 
Ο στόχος του έργου είναι ένας RepRap να είναι σε θέση να κατασκευάσει, στο εγγύς μέλλον, αυτόνομα  πολλά από τα μηχανικά του εξαρτήματα, χρησιμοποιώντας πόρους χαμηλού επιπέδου. Όμως διάφορα εξαρτήματα, όπως αισθητήρες, βηματικοί κινητήρες ή μικροελεγκτές δεν μπορούν να αναπαραχθούν χρησιμοποιώντας τη RepRap 3D τεχνολογία εκτύπωσης.  Έτσι πρέπει να παράγονται ανεξάρτητα από τη RepRap διαδικασία αυτοαναπαραγωγής. Ο στόχος είναι μελλοντικά να προσεγγίσει ασυμπτωτικά το 100% της αυτοαναπαραγωγής μέσα από μια εξελικτική σειρά γενεών. Για παράδειγμα, από την έναρξη του έργου η RepRap ομάδα έχει διερευνήσει μια ποικιλία προσεγγίσεων για την ενσωμάτωση  στο προϊόν ηλεκτρικά αγώγιμων μέσων. Η μελλοντική επιτυχία αυτής της πρωτοβουλίας θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα για την ενσωμάτωση καλωδίων σύνδεσης, τυπωμένων κυκλωμάτων και ενδεχομένως, ακόμη και ηλεκτρικών κινητήρων σε RepRapped προϊόντα. Παραλλαγές στη φύση των εξωθουμένων, ηλεκτρικά αγώγιμων υλικών  θα μπορούσαν να παράγουν ηλεκτρικά  εξαρτήματα με διαφορετικές λειτουργίες από απλά αγώγιμες ηλεκτρικές διαδρομές, με τον ίδιο τρόπο που έγινε στη δεκαετία του 1940 με τη διαδικασία ψεκασμένων κυκλωμάτων με το όνομα Circuit Making Equipment (ECME), που περιγράφονται στο άρθρο σχετικά με τον σχεδιαστή τους, τον Τζον Sargrove.

Τα  τυπωμένα ηλεκτρονικά (Printed electronics ) είναι μια άλλη σχετική προσέγγιση. Ένα άλλο μη αντιγράψιμο εξάρτημα είναι το ράβδοι με σπείρωμα για τις γραμμικές κινήσεις. Μια έρευνα σε εξέλιξη είναι η χρήση αναπαραγόμενων συνδέσμων Sarrus για την  αντικατάστασή τους.

Μέλη του έργου 
Στην "ομάδα Πυρήνα" του έργου περιλαμβάνονται:

 Ο Dr Adrian Bowyer, πρώην Ανώτερος Λέκτορας του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο του Bath
 Michael S. Hart (απεβίωσε το 2011), δημιουργός του Project Gutenberg, Illinois.

Στόχοι 

Ο δεδηλωμένος στόχος του RepRap project είναι να παράγει μία συσκευή που να μπορεί να αναπαράγει τον ευατό της όχι σαν αυτοσκοπό, αλλά μάλλον για να βάλει στα χέρια των ατόμων, οπουδήποτε στον πλανήτη, με μια ελάχιστη δαπάνη κεφαλαίου, ένα σύστημα που θα επιτρέψει σε ένα οποιοδήποτε άτομο να κατασκευάσει πολλά από τα αντικείμενα που χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή. Από θεωρητική άποψη, το έργο επιχειρεί να αποδείξει την υπόθεση ότι "Γρήγορη διαμόρφωση πρωτοτύπου και οι 

τεχνολογίες άμεσης γραφής  είναι αρκετά ευέλικτες, ώστε να μπορoύν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μιας von Neumanns universal costructor".

Εκπαιδευτικές εφαρμογές 
Σύμφωνα με ορισμένους μελετητές, η τεχνολογία RepRap  έχει μεγάλες προοπτικές ανάπτυξης σε εκπαιδευτικές εφαρμογές. Οι RepRaps έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί για μία κινητή ρομποτική εκπαιδευτική πλατφόρμα. Μερικοί συγγραφείς έχουν υποστηρίξει ότι οι RepRaps προσφέρουν μια άνευ προηγουμένου "επανάσταση" στην εκπαίδευση STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics-Επιστήμη, Τεχνολογία, Μηχανική και Μαθηματικά. Τα στοιχεία για τις εν λόγω αξιώσεις προέρχονται, τόσο από τη χαμηλού κόστους δυνατότητα για ταχεία προτυποποίηση στην τάξη από τους μαθητές, όσο και από την κατασκευή χαμηλού κόστους, υψηλής ποιότητας επιστημονικού εξοπλισμού από  open hardware  σχέδια, που θα αποτελέσουν open-source εργαστήρια.

Σημειώσεις

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Επίσημη ιστοσελίδα
 Το βίντεο της ομιλίας από τον Adrian Bowyer για RepRap

Βιομηχανικός σχεδιασμός
Τυπογραφία
Αναδυόμενες τεχνολογίες