RepRap sau Rapid Prototyping pentru hobby-şti

Tehnologii

de Diana Popescu

RepRap sau Rapid Prototyping pentru hobby-şti

Fabricarea prin procedee Rapid Prototyping (RP – fabricaţie pe straturi) a unei piese (sau ansam­blu) are ca punct de plecare modelul virtual tridimensional al acesteia, obţinut prin modelare într-un sistem 3D CAD. Acest model este apoi transferat în format .stl şi transmis software-ului maşinii pentru a fi secţionat cu plane paralele între ele şi perpendiculare pe direcţia de fabricaţie. Fiecare secţiune astfel obţinută este materializată printr-o anumită metodă (solidificarea unei răşini sau a unui material termofuzibil, aglomerarea pulberilor, lipirea materialelor sub formă de foi etc.), fiind mai întâi trasate contururile exterioare şi interioare ale secţiunii şi apoi „umplut” întregul strat. După depunerea unui strat de material, platforma pe care se construieşte obiectul se deplasează pe direcţia de construire cu o valoare egală cu grosimea stratului, iar următorul strat este depus peste cel anterior în mod identic.

 Foto deschidere: Extruderul de la modelul RepRap Darwin

În continuare, vom prezenta modalităţile prin care elementele acestui flux: 3D CAD — format .stl — maşină RP pot fi asigurate prin resurse de tip „open source”, într-o abordare care are ca scop oferirea informaţiilor pentru accesul la tehnologie RP mai ieftină, un fel de printare 3D de uz personal. Astfel, pentru obţinerea modelului 3D al obiectului pot fi utilizate software-uri gratuite CAD (OpenSCAD, FreeCAD, Google Sketchup etc.), iar pentru partea „hardware” există diferite variante de maşini RepRap (www.reprap.org) sau similare (de exemplu Fab@Home http://www.fabathome.org) pentru care pe internet sunt disponibile gratuit toate informaţiile necesare construirii lor.

Proiectul RepRap (abreviere de la Replicating Rapid-prototyper) a fost iniţiat în 2004 de Adrian Bowyer, profesor la Universitatea din Bath, Marea Britanie, în ideea construirii unei maşini care se poate „replica” singură. Astfel, RepRap este o maşină de fabricaţie pe straturi  construită din piese din plastic care pot fi obţinute tot pe maşini de tip RepRap, toate informaţiile necesare fabricării acesteia fiind de tip „open source”, atât partea software, cât şi partea hardware. Ideea de bază a proiectului este dezvoltarea unei maşini accesibile nu doar din punct de vedere financiar, ci şi ca mod de fabricare (DIY - do it yourself). Prin urmare, maşinile construite sub umbrela acestui proiect au costuri scăzute, iar cunoştinţele necesare, elementele componente care stau la baza obţinerii lor (modele 3D, desene etc.), îmbunătăţirile aduse de membrii comunităţii sunt toate distribuite ca informaţii gratuite pe site-uri dedicate cum ar fi Thingiverse iniţiat în 2008 de Zach Smith - membru al comunităţii RepRap (www.thingiverse.com/).

Această iniţiativă RepRap determină nu doar stimularea inovaţiei, dar conduce şi la deschiderea de noi perspective în domeniul dezvoltării de obiecte (produse) fizice prin folosirea „surselor libere”. Viabilitatea unui astfel de demers este demonstrată prin crearea unei adevărate comunităţi în domeniul fabricării rapide folosind printere de tip open source, dar, mai important, această abordare poate fi văzută ca un pas important către accesul non-exclusiv, liber şi comun la informaţii despre tehnologii de fabricaţie („hardware”) după modelul comunităţilor OSS – Open Source Software  (v. nou înfiinţata Open Source Hardware Association şi ţelurile sale).

Numărul de maşini RepRap, sau similare ca şi concept, instalate în lume creşte exponenţial, ca o dovadă cuantificabilă a faptului că viziunea lui Bowyer despre o maşină care se poate replica (clona) singură se adevereşte. Bowyer menţionează cele mai importante 3 aspecte ale maşinii concepute de el (detalii la: http://reprap.org/wiki/Wealth_Without_Money):

  1. Numărul de maşini în funcţiune şi bogăţia/valoarea pe care acestea o produc poate creşte exponenţial;
  2. Maşina devine subiectul evoluţiei prin selecţie artificială; 
  3. Maşina creează bogăţie/valoare cu ajutor minim de fabricaţie industrială.

În ultimă instanţă, este vorba, aşa cum extrem de potrivit apare exprimat pe site-ul Bits From Bytes (http://www.bitsfrombytes.com), unul dintre proiectele desprinse din RepRap (dar transformat ulterior într-o afacere profitabilă prin achiziţia companiei britanice de către 3D Systems în 2010), de o „democratizare” a printării 3D.

Părăsind registrul conceptual al proiectului RepRap şi al impactului acestuia asupra domeniului RP şi revenind la maşinile RepRap, menţionăm că tehnica de construcţie a straturilor de material folosită este prin extrudarea unui filament de material. Denumirea folosită de comunitatea RepRap este FFF - Fused Filament Fabrication, fiind vorba, de fapt, de tehnica Fused Deposition Modeling – denumire care este proprietatea firmei Stratasys.

 Foto 2: Open Source Hardware

O maşină RepRap are patru componente principale: partea de structură mecanică („hardware”), extruderul, partea electronică şi partea software. Pentru formarea straturilor, capul de extrudare, deplasabil pe axele x şi y, depune rânduri subţiri de material pe o platformă deplasabilă pe verticală (direcţia axei z), prin trasarea, mai întâi, a perimetrelor şi apoi umplerea stratului folosind anumite strategii, de obicei în zigzag la ±45o. După depunerea unui strat platforma coboară, iar capul de extrudare depune un al doilea strat peste primul, formând astfel obiectul într-un mod aditiv.

Fişierul .stl generat din modelul tridimensional al obiectului este citit de un software de secţionare, informaţiile obţinute fiind linii de cod G, care reprezintă traiectoriile de mişcare ale capului de extrudare. Un astfel de software este Skeinforge (bazat pe scripturi Python), creat special în cadrul proiectului RepRap. Pentru transmiterea codului G către maşină poate fi utilizat ReplicatorG, un alt software open source dedicat, care „conduce” maşinile RepRap, dar şi cele ale MakerBot.

Având în vedere multitudinea de software-uri dezvoltate în cadrul comunităţii RepRap, doar o parte dintre configuraţii (combinaţii între partea electronică şi software) sunt testate şi recomandate: http://reprap.org/wiki/Basic_Starter_Working_Configurations.

În ceea ce priveşte partea hardware, aşa cum am precizat deja, pe site-ul comunităţii se găsesc fişierele .stl cu modelele componentelor care pot fi „printate” pe o maşină RepRap sau comercială. De asemenea, sunt indicate sursele de unde se pot achiziţiona diverse alte componente care nu pot fi printate (cum ar fi motoare pas cu pas sau componente electrice şi electronice).

Extruderul este una dintre cele mai importante părţi ale maşinii, dimensiunile uzuale ale filamentelor de material fiind 1.75mm sau 3mm. Materialul este încălzit treptat în extruder la temperaturi de 150-250oC, în funcţie de tipul de material utilizat şi extrudat printr-o duză cu un diametru de 0.3-1mm (0.5mm fiind valoarea cea mai des utilizată).

Primul model de RepRap fabricat a fost Darwin, urmat de Mendel, Huxley, Prusa sau Wallace, fiecare cunoscând diferite versiuni. Aceste maşini pot fi (1) cumpărate direct în variantă deja asamblată, (2) cumpărate ca un kit complet, urmând ca utilizatorul să realizeze asamblarea componentelor, sau (3) pe baza desenelor, modelelor şi a cunoştinţelor disponibile în comunitate, se poate fabrica o variantă de maşină cumpărând piese componente de la producători şi de la alţi posesori de maşini de tip RepRap. Un exemplu de site (lansat în decembrie 2012) de unde se pot comanda elemente componente pentru MendelMax (de la MaxBots), un printer 3D bazat pe modelul Mendel de la RepRap, este Maker’s Tool Works: http://www.makerstoolworks.com/. De asemenea, pe Thingiverse se pot găsi modelele componentelor în format .stl pentru acelaşi MendelMax (http://www.thingiverse.com/thing:12645) – pentru a fi fabricate şi apoi asamblate, soluţie preferată de hobby-şti.

În loc de concluzie, vă îndemnăm să profitaţi cât mai mult posibil de informaţiile partajate, actualmente liber, în comunitatea open source RepRap sau în altele de acelaşi gen, istoria arătându-ne, în nenumărate situaţii, că astfel de iniţiative altruiste (şi cumva utopice) sunt, mai devreme sau mai târziu, transformate în resurse financiare importante pentru diverse grupuri de interese. În acest context amintim că recent MakerBot (desprins tot ca proiect open source hardware din RepRap) a lansat un model nou de printer 3D (Replicator 2 – preţ 2200$) fără a pune la dispoziţie sursele, stârnind astfel comentarii deloc prietenoase din partea comunităţii.

De asemenea, îi invităm pe cititorii din România, care au construit sau cumpărat o astfel de maşină, să ne contacteze şi să ne împărtăşească părerea şi experienţa lor.

 

Foto 3: RepRap Huxley

Principii Open Source Hardware Association (OSHA), sursa: http://www.oshwa.org/about/

  1. Educarea indivizilor şi a publicului în general despre OHWA. 
  2. Organizarea mişcării OSHWA în jurul ideii de împărtăşire a valorilor şi principiilor. 
  3. Oferirea de informaţii şi sfaturi despre bunele practici şi standardele pentru Open Source Hardware (OSH). 
  4. Încurajarea învăţării colaborative, a schimbului de cunoştinţe şi a coeziunii sociale prin conferinţe şi alte evenimente concentrate pe subiectul OSH. 
  5. Promovarea utilizării şi dezvoltării de hardware sursa deschisă, inclusiv încurajarea dezvoltării educaţionale şi economice. 
  6. Colectarea, compilarea şi publicarea datelor despre mişcarea OSHWA. 
  7. Desfăşurarea, în condiţiile legii, a oricăror altor activităţi, care pot fi utile pentru atingerea scopurilor prezentate mai sus. 

Diana Popescu este dr. ing. Universitatea Politehnica București


  • Articol selectat în secțiunea specială Industry 4.0 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord