RepRap

Allikas: Vikipeedia
RepRap versioon 1.0 (Darwin)
RepRap versioon 2.0 (Mendel)
'Mendeli' videotutvustus (ingl. k)

RepRap (lühend ingliskeelsest mõistest replicating rapid prototyper) on projekt, mille eesmärgiks on arendada 3D-printer, mis suudab iseenda komponente valmistada. Kõik projekti käigus loodud kavandid on välja antud GNU GPL vaba tarkvara litsentsi alusel. Printeri enesekopeerimisvõime eristab seda teistest sarnastest projektidest nagu Fab@Home ja CupCake Makerbot.

Praeguseni on RepRap projekt välja andnud kaks 3D-printerit: "Darwin", välja lastud 2007. aasta märtsis, ja "Mendel", välja lastud 2009. aasta oktoobris. Projekti arendajad on masinad nimetanud kuulsate Bioloogide järgi, kuna masina idee seisneb paljunemises ja pidevas arengus.[1]

Masina enesepaljundamisvõime tõttu näevad selle loojad ette võimalust RepRap-printerite odavat levitamist erinevatele inimestele ja inimrühmadele, võimaldamaks neil keerukate toodete loomist (või Internetist hankimist) ilma kuluka tööstusliku infrastruktuurita.[2] RepRapi loojad kavatsevad selle protsessi abil demonstreerida evolutsiooni ning eksponentsiaalselt suurendada ka juba olemasolevate printerite arvu.[3][4]

Eesmärgid[muuda | redigeeri lähteteksti]

RepRap projekti eesmärkideks on puhtalt ennastpaljundava seadme valmistamine, mis võimaldaks inimestel asukohast olenemata ning minimaalse kapitali eest kasutada isiklikku tootmissüsteemi, millega igapäevaelus vaja minevaid tehisesemeid valmistada.

RepRap projekti ennastpaljundav olemus võib vabalt kaasa aidata seadme kiirele levikule ning kaasa tuua ka laiatarbekauba arendus- ja tootmispõhimõtetes suure muutuse – patenteeritud toodete tööstusliku tootmise asemel hakkaks levima patenteerimata ja vabade spetsifikatsioonidega "personaaltoodang". Jättes tootearenduse ja reaalse tootmise üksikisikutele, peaks toodete täiustumisaeg kõvasti vähenema ning samas mitmekesistuma kitsatarbekaup ja selle tootmine.[5]

Teoreetilisest vaatepunktist üritab projekt tõestada järgmist hüpoteesi:

Kiirtootearendus- ja otsetrükitehnoloogiad on piisavalt mitmekülgsed, et kasutada neid von Neumanni universaalkonstruktori loomiseks.[6]

Taust[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõige esimene RepRapi poolt uue RepRapi koostamiseks valmistatud komponent, kokku pandud Vik Olliveri poolt prototüübi Zaphod abil

RepRap asutati 2005. Aastal Dr. Adrian Bowyeri poolt, kes on vanemlektor Bathi ülikooli masinaehitusteaduskonnas.[7]

2010. aasta mai seisuga maksavad lihtsamad 3D-tootmisseadmed umbes 240 000 Eesti krooni, arvestamata algmaterjalide ning tahestusainete hindu, mis võivad küündida kuni 18 000 Eesti kroonini. Nende seadmete poolt valmistatud prototüüpide tootmiskulu on ligikaudu 24 krooni/cm³. RepRap projekt on valmistanud 3D-tootmisseadme ja sellega kaasneva GNU GPL avatud tarkvaralitsentsi alusel väljastatud tarkvara, mille koostekulu on ligikaudu 4800 Eesti krooni ning mis võimaldab toodete valmistamist tootmiskuluga 25 senti/cm³.

RepRap kasutab sadestusmodelleerimise tehnoloogiat.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõik parempoolse masina plastikosad on valmistatud vasakpoolse masina poolt. (Adrian Bowyer (vasakul) ja Vik Olliver (paremal) on RepRap projekti liikmed.)
Versioon 2, “Mendel”, hoidmas äsja trükitud komponenti, ning juhtarvuti, mille ekraanil on komponendi 3D-mudel.
  • 23. märts 2005 – RepRap ajaveebi sünd.
  • 13. september 2006 – RepRap 0.2 prototüüp trükkis edukalt iseenda esimese osa, mida kasutati, et vahetada välja osa, mis oli algselt valmistatud kommertsprinteri poolt.
  • 9. veebruar 2008 – RepRap 1.0 nimega “Darwin” suutis edukalt kopeerida üle poole oma komponentidest.
  • 14. aprill 2008 – Tõenäoliselt esimene RepRapi poolt tehtud valmistoode – Ford Fiesta armatuurlaua külge kinnituv iPodi-hoidik.
  • 29. mai 2008 – Bathi Ülikoolis valmistas esimene teise põlvkonna printer paari minuti jooksul pärast valmimist esimese komponendi järgmise põlvkonna seadme valmistamiseks.
  • 2008. aasta 23. septembri seisuga on valmistatud vähemalt 100 masinat paljudes eri riikides. Seadmete täpne arv on teadmata.[8]
  • 30. november 2008 – esimene tõendatud “kõrvaline” replikatsioon. Wade Bortz, esimene arendusmeeskonda mitte kuuluv isik, valmistas esimesena kellelegi teisele RepRapi täieliku koopia.[9] Müük toimus vahetult pärast interneti kaudu kohtumist.
  • 20. aprill 2009 – Kinnitati esimeste trükkskeemide valmistamine RepRapi poolt, kasutades automatiseeritud kontrollsüsteemi ning vahetatavat trükkotsikut, mis on võimeline trükkima nii plastikut kui elektrijuhtivusega joodist. Skeem paigaldati sama RepRapi külge, mis selle valmistas.[10]
  • 2. oktoober 2009 – Teise põlvkonna seade “Mendel” trükkis oma esimese komponendi. Mendeli üldkuju meenutab kuubiku asemel hoopis kolmnurkprismat.
  • 13. oktoober 2009 - Valmib lõplikult RepRap 2.0, "Mendel".[11]
  • 27. jaanuar 2010 – Foresight Institute lõi Kartik M. Gada-nimelise innovatsioonipreemia edasiarendatud RepRapi kavandamise ja valmistamise eest (preemiad vastavalt – 240000 Eesti krooni ja 950000 Eesti krooni).
  • 31. august 2010 – Kolmanda põlvkonna kavand “Huxley” saab ametlikult nime. Huxley väljatöötamine tugineb Mendeli riistvara miniatuursel variandil, mille tootmismaht on 30% Mendeli seadme omast.[12]

Riistvara[muuda | redigeeri lähteteksti]

Video töötavast RepRapist

Iga kiirtootearendusseade, mille eesmärgiks on enesepaljundamine, on definitsiooni järgi RepRap, kuigi praeguse seisuga baseerub enamus seadmeid Darwini või Mendeli algsel kavandil. Kuna RepRap on avatud lähtekoodiga projekt, mis edendab iseenese paljundamist, eksisteerib seadmetest ka mitmeid erinevaid variante, sest kavandajatel on vaba voli modifitseerida juba olemasolevaid seadmeid. Üldiselt koosnevad RepRapi 3D-printerid termoplastiku väljatõukeotsikust, mis on kinnitatud arvuti poolt juhitava kolmeteljelise liikuvplatvormi külge, mis omakorda on ehitatud trükitud plastikosadega ühendatud terasvaiadest. Kõiki kolme telge liigutavad samm-mootorid veorihmadega x- ja y-telgedel ning juhtkruviga z-teljel.

Termoplastiku väljatõukeotsik[muuda | redigeeri lähteteksti]

RepRap-printeri südameks on termoplastiku väljatõukeotsik. Esimesed otsikud kasutasid käikudega elektrimootorit, mis surus kruvi abil plastjõhvi kõvasti vastu kuumutuskambrit ja kitsast väljatõukeavast välja. Sellel olid siiski vead: alalisvooluga elektrimootorid ei saa kiirelt käivituda ega peatuda, mis teeb masina täpse juhtimise väga keerukaks. Hilisemad väljatõukeotsikud kasutavad samm-mootoreid, mis on mõnikord ka käikudega, et juhtida plastikjõhv kuullaagri ja soonestatud või karestatud võlli vahele.

Darwin[muuda | redigeeri lähteteksti]

Darwinil, esimesel avalikustatud RepRapi mudelil, on x-y-telgedel liikuv trükkimisotsikuga raam, mille all on z-teljel liikuv trükkimisalus. Darwini z-telg on piiratud aluse nurkades paiknevate juhtkruvidega, mis on kõik omavahel rihmadega ühendatud, et pöörlemine oleks kooskõlas. Elektroonikaskeemid on paigutatud seadme välisraamistikul olevatele terastugedele ning põhjas olevale lisaplatvormile. Printeri mitteprinditavate komponentide ehk “vitamiinide” arvu vähendamiseks on seadme kõikidel telgedel trükitavad lükandlaagrid.

Mendel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mendel asendas Darwini lükandlaagrid kuullaagritega, kasutades täpselt piiritletud kavandit, et vähendada hõõrdumist ning hakkama saada ka mitte täpselt kohakuti olevate komponentidega. Mendeli kavandis on ümber paigutatud ka teljed – trükkimisalus liigub ainult mööda y-telge ning trükkimisotsik mööda x-telge ning üles-alla. See viib Mendeli raskuskeskme allapoole ning muudab seadme Darwinist kompaktsemaks ja eemaldab ka liigse piiratuse, mis on tingitud Darwini neljast nurkmisest juhtkruvist. Mendeli poolt valmistatava objekti maksimaalne laius ja pikkus on 200 mm x 200 mm (8” x 8”) ning maksimaalne kõrgus 140 mm (5.5”).[13]

RepStraps[muuda | redigeeri lähteteksti]

Muid 3D-printereid (nagu näiteks kommertsprinter “Makerbot” ning muudel viisidel valmistatud masinad nagu “Meccano”) saab kasutada RepRap-protsessile kaasa aitamiseks ja kiirendamiseks, valmistades nendega RepRapi komponente. Paljud sellised masinad põhinevad RepRapi kavanditel ning kasutavad RepRapi elektroonikakomponente. Nende seadmete koondnimetus RepRapi-kommuuni kuuluvate inimeste seas on RepStrap (inglise keeles bootstrap RepRap). RepStrap on igasugune seade, mis on oma olemuselt vaba kavandiga riistvaraga kiire prototüüpimise seade, millega saab valmistada RepRapi komponente ning on ise valmistatud viisidel, mis ei kuulu tehniliselt RepRapi projekti alla.[14]

Mõned RepStrap-kavandid on sarnased Darwinile või Mendelile, kuid neid on muudetud nii, et neid saab valmistada laserlõikusplekist või freesitud osadest.[15][16] Teistel, nagu näiteks Makerbot, on ühiseid elemente RepRapi-kavanditega, eriti elektroonikaga, kuid on strukturaalselt täiesti muudetud.

Elektroonika[muuda | redigeeri lähteteksti]

RepRapi elektroonika koosneb enamasti skeemidest, mis põhinevad populaarsel avatud lähtekoodiga platvormil Arduino, ning samm-mootorite kontrollimiseks mõeldud lisaskeemidest. Praeguse versiooni elektroonika kasutab Arduino-skeemidest tuletatud Sanguino emaplaati ning lisaks veel kohandatud Arduino-skeemi väljatõukeotsiku juhtimiseks. Taoline arhitektuur võimaldab kavandeid laiendada kasutamaks eraldi kontrolleritega lisaotsikuid.

Tarkvara[muuda | redigeeri lähteteksti]

RepRap on kavandatud täielikuks kopeerimissüsteemiks, mitte lihtsalt riistvaraliseks seadeldiseks. Selle saavutamiseks kasutab RepRap-süsteem 3D-raalprojekteerimissüsteemi ning raalvalmistustarkvara ja -draivereid, mis muudavad RepRapi kasutajate kavandid täielikult RepRap-seadmele kõlbulikeks juhtnöörideks, mille abil seade kavandist reaalseid objekte teeb.

RepRapi jaoks on arendatud kaks komplekti raalvalmistustööriistu. “RepRap Host” nime kandva süsteemi kirjutas RepRapi põhiarendaja Adrian Bowyer programmeerimiskeelega Java. Teise süsteemi, “Skeinforge”, kirjutas omaalgatuslikult Enrique Perez. Mõlemad süsteemid on täiesti eraldi viisid 3D-mudelite arvjuhtimiskoodiks muutmiseks.

Praktiliselt iga raalprojekteerimis- või 3D-modelleerimisprogramm on sobiv RepRapiga kasutamiseks, kui see on võimeline väljastama stereolitograafilisi faile. RepRapiga tootmise protsessis osalejad kasutavad enamasti endale kõige tuttavamaid tööriistu, olgu selleks siis CAD-tarkvarapaketid nagu SolidWorks või avatud lähtekoodiga 3D-modelleerimisprogrammid nagu Blender.

Materjalid[muuda | redigeeri lähteteksti]

RepRap 0.1 eset valmistamas

RepRap trükib esemeid termopolümeeridest nagu näiteks ABS või PLA.

PLA tehniliseks eeliseks on kõrge jäikus, vähene väändumine ja meeldiv läbipaistev värvus. Samuti on PLA ka biolagunev ning taimse päritoluga. Vastupidiselt laiatarbeprinteritele julgustab RepRap eksperimenteerima uute materjalide ja töötlemisviisidega ning saadud tulemusi teistelegi avaldama. Sellisel viisil on välja töötatud täiesti uusi vahendeid, et kasutada uudseid materjale (nagu näiteks keraamikat).[17]

RepRap-projekti raames pole veel õnnestunud leida sobivat materjali, millega oleks võimalik valmistada praegu mitteprinditavaid tugistruktuuri komponente.

Elektrijuhid[muuda | redigeeri lähteteksti]

RepRap-projekti suuremaks eesmärgiks on trükkplaatide valmistamine. See võimaldaks valmistada seadme enda jaoks sobivaid elektroonikaskeeme. Selle saavutamiseks on välja pakutud mitmeid võimalusi:

Enesepaljundamise piirangud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuigi tundub tõenäolisena, et RepRap saab suurema osa oma komponentidest lähitulevikus madala taseme algmaterjalidest iseseisvalt valmistada, on selleks siiski vaja mitut eri tüüpi paljundamatuid komponente nagu näiteks sensorid, samm-mootorid ja mikrokontrollerid. Kindel osa nendest vahenditest tuleb RepRapi enesepaljundamisprotsessi väliselt valmistada. Eesmärgiks on siiski tulevaste edasiarendatud RepRap-kavandite abil võimalikult lähedale jõuda täieliku enesepaljundamisprotsessini.

Projekti algusest saati on RepRapi meeskond kaalunud igasuguseid võimalusi elektrit juhtivate vahendite tootmisprotsessiga integreerimiseks. Selle saavutamine peaks avama mitmeid võimalusi ühenduskaablite, trükkplaatide ja võib-olla isegi mootorite valmistamiseks, mida saab RepRapiga valmistatavate toodete loomiseks kasutada.[20] Erinevaid elektrijuhte kasutades saaks luua tavalistest elektrit juhtivatest radadest erinevate funktsioonidega elektroonikakomponente, sarnaselt John Sargrove’i 1940. aastatel alguse saanud projektiga ECME.

Praegu töötatakse ka selle kallal, et luua isevalmistatud Sarruse ahelaid, millega muuta ringliikumist lineaarseks liikumiseks.[21] See asendaks praegu kasutatavaid juhtvardaid ning suurendaks nende komponentide osakaalu, mida RepRap suudab ise valmistada.

Projekti liikmed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Meccano repstrap RepRap 0.1 prototüübi loomiseks (valmistanud Vik Olliver)

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. "Future Plans, RepRap Wiki".
  2. J. M Pearce, C. Morris Blair, K. J. Laciak, R. Andrews, A. Nosrat and I. Zelenika-Zovko, “3-D Printing of Open Source Appropriate Technologies for Self-Directed Sustainable Development”, Journal of Sustainable Development 3(4), pp. 17-29 (2010). Kogu artikkel [1]
  3. "Philosophy Page, RepRap Wiki".
  4. "Wealth Without Money, Adrian Bowyer".
  5. "Introduction to Reprap". ReprapDocs.
  6. "ReRap - the Replication Rapid Prototyper Project, IdMRC".
  7. "Adrian Bowyer". University of Bath.
  8. Matthew Power. "Mechanical Generation §". Seedmagazine.com.
  9. "ItemsMade - RepRapWiki". Reprap.org.
  10. "First reprapped circuit". RepRap blog.
  11. "Mendel Uploaded!". RepRap blog.
  12. "Huxley". RepRap Home Page.
  13. "Mendel, RepRap Wiki".
  14. "RepStrap, RepRap Wiki".
  15. "Isaac RepStrap, RepRap Wiki".
  16. "Lasercut Mendel, RepRap Wiki".
  17. "First successfully printed ceramic vessel". Unfold Fab.
  18. "First RepRapped Circuit". Rhys Jones.
  19. "RepRap SpoolHead".
  20. "MaterialsScience". ReprapDocs.
  21. New Scientist 29 May 2010, I replicator
  22. "Diamond Age Solutions".
  23. "Erik de Bruijn's Google Profile".