RepRap

RepRap (eine Abkürzung für „Replicating Rapid Prototyper “) ist ein Projekt zur Entwicklung kostengünstiger 3D-Drucker , die die meisten ihrer Komponenten selbst drucken können. Als Open-Source-Designs werden alle im Rahmen des Projekts erstellten Designs unter einer freien Softwarelizenz , der GNU General Public License , veröffentlicht . ^{[ 1 ]}

Da diese Maschinen Teile selbst herstellen können, sahen die Autoren die Möglichkeit kostengünstiger RepRap-Einheiten, die die Fertigung komplexer Produkte ohne umfangreiche industrielle Infrastruktur ermöglichen würden. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Sie gingen davon aus, dass sich der RepRap in diesem Prozess weiterentwickeln und seine Anzahl exponentiell steigen würde. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Eine Vorstudie zeigte, dass der Einsatz von RepRap zum Drucken gängiger Produkte zu Kosteneinsparungen führt. ^{[ 7 ]}

Das RepRap-Projekt begann 2005 in England als Initiative der Universität Bath , besteht aber mittlerweile aus Hunderten von Mitarbeitern weltweit. ^{[ 5 ]}

RepRap wurde 2005 von Adrian Bowyer , einem Dozenten für Maschinenbau an der Universität Bath in England, gegründet. Die Finanzierung erfolgte durch den Engineering and Physical Sciences Research Council .

Am 13. September 2006 druckte der RepRap 0.2-Prototyp das erste identische Bauteil, das anschließend das Originalteil eines kommerziellen 3D-Druckers ersetzte. Am 9. Februar 2008 fertigte RepRap 1.0 „Darwin“ mindestens ein Exemplar von mehr als der Hälfte seiner im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellten Bauteile. Am 14. April 2008 produzierte RepRap ein Endprodukt: eine Halterung für einen iPod am Armaturenbrett eines Ford Fiesta . Bis September desselben Jahres wurden in verschiedenen Ländern mindestens 100 Exemplare hergestellt. ^{[ 8 ]} Am 29. Mai 2008 gelang Darwin die Selbstreplikation, indem er alle im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellten Bauteile vollständig kopierte ^{[ 9 ]} (diese stellen 48 % aller Bauteile dar, Befestigungselemente ausgenommen). Wenige Stunden später fertigte die „Nachfolgemaschine“ ihr erstes Bauteil: einen Zahnriemenspanner.

Im April 2009 wurden mit einem RepRap-Drucker mithilfe eines automatisierten Steuerungssystems und eines austauschbaren Druckkopfsystems, das sowohl Kunststoff als auch leitfähiges Lötmaterial verarbeiten konnte, elektronische Leiterplatten automatisiert hergestellt. Am 2. Oktober 2009 druckte die zweite Generation des RepRap-Druckers, genannt Mendel, ihr erstes Bauteil. Mendels Form ähnelt eher einem dreiseitigen Prisma als einem Würfel. Die Fertigung von Mendel wurde im Oktober 2009 abgeschlossen. Am 27. Januar 2010 verlieh das Foresight Institute den „Kartik M. Gada Humanitarian Innovation Prize“ für die Entwicklung und den Bau eines verbesserten RepRap-Druckers. ^{[ 10 ]}

Am 31. August 2010 erhielt das Design der dritten Generation den Namen Huxley. Es handelte sich um eine Miniaturausgabe von Mendel mit 30 % des ursprünglichen Druckvolumens. Innerhalb von zwei Jahren verbreiteten sich RepRap und RepStrap in der Technologie-, Geräte- und Ingenieursgemeinschaft. ^{[ 11 ]}

Das erste erfolgreiche Delta-Design von 2012, Rostock, wies ein radikal anderes Design auf. Die neuesten Versionen verwendeten OpenBeams , Drähte (typischerweise Dyneema- oder Spectra-Angelschnüre) anstelle von Riemen usw., was auch einige der neuesten Trends bei RepRaps widerspiegelte.

Anfang Januar 2016 gab RepRapPro (kurz für „RepRap Professional“, ein kommerzieller Zweig des RepRap-Projekts in Großbritannien) bekannt, den Geschäftsbetrieb am 15. Januar 2016 einzustellen. Als Grund wurde die Marktsättigung im Bereich kostengünstiger 3D-Drucker und die Unfähigkeit zur Expansion in diesem Markt genannt. RepRapPro China ist weiterhin aktiv. ^{[ 12 ]}

Da das Projekt von Bowyer so konzipiert wurde, dass es die Weiterentwicklung fördert, sind zahlreiche Varianten entstanden. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Als Open-Source- Projekt steht es den Entwicklern frei, Änderungen und Ersetzungen vorzunehmen, sie müssen jedoch sicherstellen, dass ihre Verbesserungen von anderen wiederverwendet werden können.

Es gibt viele RepRap-Druckerdesigns, darunter:

• Prusa i3
• Hangprinter
• RepRap Fisher
• RepRap Snappy
• RepRap Morgan
• RepRap Ormerod
• RepRap Darwin
• RepRap Mendel

RepRap wurde als komplettes Replikationssystem und nicht nur als Hardware konzipiert. Daher umfasst das System computergestütztes Design (CAD) in Form eines 3D-Modellierungssystems sowie Software und Treiber für computergestützte Fertigung (CAM), die die Entwürfe der RepRap-Nutzer in Anweisungen für RepRap umwandeln, um physische Objekte zu erzeugen.

Für RepRap wurden zunächst zwei CAM-Werkzeugketten entwickelt. Die erste, „RepRap Host“, wurde von Adrian Bowyer, dem leitenden RepRap-Entwickler, in Java geschrieben . Die zweite, „Skeinforge“ ^{[ 15 ]} , stammt von Enrique Perez. Beide sind vollständige Systeme zur Übersetzung von 3D-Computermodellen in G-Code , die Maschinensprache, die den Drucker steuert.

Später wurden weitere Programme wie Slic3r und Cura entwickelt. Kürzlich wurde die Franklin-Firmware entwickelt, um RepRap-Drucker auch für andere Zwecke wie Fräsen und Fluidhandling einzusetzen. ^{[ 16 ]}

In der RepRap-Community werden kostenlose und quelloffene 3D-Modellierungsprogramme wie Blender , OpenSCAD und FreeCAD bevorzugt. Grundsätzlich lässt sich aber fast jedes CAD- oder 3D-Modellierungsprogramm mit dem RepRap verwenden, solange es STL- Dateien erzeugen kann (Slic3r unterstützt zusätzlich .obj- und .amf -Dateien). Daher nutzen Content-Ersteller alle ihnen vertrauten Tools, seien es kommerzielle CAD-Programme wie SolidWorks , Autodesk AutoCAD , Autodesk Inventor , Tinkercad oder SketchUp oder freie Software .

RepRaps drucken Objekte aus ABS , Polymilchsäure (PLA), Nylon (möglicherweise nicht alle Extruder), HDPE , TPE und ähnlichen Thermoplasten .

Die mechanischen Eigenschaften von mit RepRap gedrucktem PLA und ABS wurden getestet und entsprechen den Zugfestigkeiten von Teilen, die mit herstellereigenen Druckern hergestellt wurden. ^{[ 17 ]}

Anders als bei den meisten kommerziellen Maschinen werden RepRap-Nutzer ermutigt, mit Materialien und Methoden zu experimentieren und ihre Ergebnisse zu veröffentlichen. So wurden Verfahren zum Drucken neuartiger Materialien (wie Keramik) entwickelt. Darüber hinaus wurden mehrere RecycleBots entwickelt und hergestellt, um Kunststoffabfälle wie Shampoo- und Milchflaschen in kostengünstiges RepRap-Filament umzuwandeln. ^{[ 18 ]} Es gibt Hinweise darauf, dass dieser Ansatz des dezentralen Recyclings umweltfreundlicher ist ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} und zur Herstellung von „ Fair-Trade- Filament“ beitragen kann . ^{[ 22 ]}

Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass 3D-Druckprodukte direkt am Verbrauchsort umweltfreundlicher sind. ^{[ 23 ]}

Das RepRap-Projekt hat Polyvinylalkohol (PVA) als potenziell geeignetes Stützmaterial zur Ergänzung seines Druckverfahrens identifiziert, obwohl massive Überhänge durch Extrudieren dünner Schichten des primären Druckmediums als Stütze erzeugt werden können (diese werden anschließend mechanisch entfernt).

Das Drucken von Elektronik ist ein Hauptziel des RepRap-Projekts, um eigene Leiterplatten herstellen zu können. Hierfür wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen:

• Wood-Metall oder Field-Metall : niedrigschmelzende Metalllegierungen zur Integration elektrischer Schaltkreise in das Bauteil während der Formgebung.
• Silber-/kohlenstoffgefüllte Polymere: werden häufig zur Reparatur von Leiterplatten verwendet und werden auch für den Einsatz in elektrisch leitfähigen Leiterbahnen in Betracht gezogen. ^{[ 24 ]}
• Direktextrusion von Lötmittel ^{[ 25 ]}
• Leitfähige Drähte: können während des Druckprozesses von einer Spule in ein Bauteil eingelegt werden.

Durch die Verwendung eines MIG -Schweißgeräts als Druckkopf kann ein RepRap Deltabot -Tisch zum Drucken von Metallen wie Stahl eingesetzt werden . ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Das RepRap-Konzept kann auch auf eine Fräsmaschine ^{[ 28 ]} und auf das Laserschweißen angewendet werden . ^{[ 29 ]}

Obwohl das Projekt darauf abzielt, dass RepRap schon bald viele seiner mechanischen Komponenten autonom und mit relativ einfachen Ressourcen herstellen kann, lassen sich einige Komponenten wie Sensoren, Schrittmotoren und Mikrocontroller derzeit nicht mit der 3D-Drucktechnologie von RepRap fertigen und müssen daher separat produziert werden. Geplant ist, in mehreren Versionen eine nahezu vollständige Replikation zu erreichen. So hat das RepRap-Team beispielsweise von Projektbeginn an verschiedene Ansätze zur Integration elektrisch leitfähiger Medien in das Produkt erforscht. Dies würde die Integration von Verbindungsleitungen , Leiterplatten und möglicherweise Motoren in RepRap-Produkte ermöglichen. Variationen in der Beschaffenheit der extrudierten, elektrisch leitfähigen Medien könnten elektrische Komponenten mit unterschiedlichen Funktionen – ähnlich dem Sprühverfahren für elektronische Schaltungen (ECME) von John Sargrove aus den 1940er Jahren – hervorbringen . Ein verwandter Ansatz ist die gedruckte Elektronik . Eine weitere nicht reproduzierbare Komponente sind die Gewindestangen für lineare Bewegungen. Ein aktuelles Forschungsgebiet befasst sich mit der Verwendung replizierter Sarrus-Verknüpfungen als Ersatz für diese. ^{[ 30 ]}

Zum „Kernteam“ des Projekts ^{[ 31 ]} gehörten:

• Adrian Bowyer , ehemaliger Oberdozent am Fachbereich Maschinenbau der Universität Bath
• Ed Sells, PhD Universität Bath „3D-Druck: Auf dem Weg zu einer selbstreplizierenden Rapid-Prototyping-Maschine“ ^{[ 32 ]}
• Vik Olliver, der erste RepRap-Freiwillige, der als Erster vorschlug, PLA als Druckmaterial zu verwenden ^{[ 33 ].}
• Michael S. Hart (verstorben 2011), Schöpfer des Projekts Gutenberg , Illinois

Das erklärte Ziel des RepRap-Projekts ist die Entwicklung eines rein selbstreplizierenden Geräts – nicht um seiner selbst willen, sondern um jedem Einzelnen weltweit mit minimalem Kapitaleinsatz ein Desktop-Fertigungssystem zur Verfügung zu stellen , mit dem er viele Alltagsgegenstände selbst herstellen kann. ^{[ 5 ]} Theoretisch zielt das Projekt darauf ab, die Hypothese zu beweisen, dass „ Rapid Prototyping und Direct Writing-Technologien vielseitig genug sind, um einen universellen Von-Neumann-Konstruktor zu ermöglichen “. ^{[ 34 ]}

Laut einigen Wissenschaftlern birgt die RepRap-Technologie großes Potenzial für Bildungsanwendungen. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} RepRaps wurden bereits für eine mobile Bildungsplattform für Robotik eingesetzt. ^{[ 38 ]} Manche Autoren behaupten, RepRaps würden eine beispiellose „Revolution“ in der MINT- Bildung auslösen. ^{[ 39 ]} Als Belege dienen sowohl die geringen Kosten für die schnelle Prototypenerstellung durch Studierende als auch die Herstellung kostengünstiger, qualitativ hochwertiger wissenschaftlicher Geräte aus Open-Hardware -Designs , wodurch Open-Source-Labore entstehen . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

• 3D-Druckverfahren
• Bahnbrechende Technologie
• Fab-Labor
• Fab@Home
• Open-Source-Hardware (OSH, OSHW)
• Recyclebot
• Selbstreplizierende Maschine
• Voron 2.4 (2020), ein CoreXY-Drucker, der als Wiederbelebung des RepRap-Projekts beschrieben wird.

• Offizielle Website
• Video eines Vortrags von Adrian Bowyer über RepRap