Il Progetto RepRap (in inglese: RepRap Project, abbreviazione di Replicating Rapid Prototyper, "prototipatore rapido a replicazione"), è un'iniziativa finalizzata a sviluppare una stampante 3D che produca da sé la maggior parte dei suoi stessi componenti. Tutti i lavori creati nell'ambito di questo progetto sono pubblicati con licenze open source.
RepRap fu fondato nel 2005 dal dottor Adrian Bowyer, un Senior Lecturer in ingegneria meccanica alla Università di Bath, nel Regno Unito..
Al 2009, sono state rilasciate due stampanti 3D: Darwin, nel marzo 2007, e Mendel nell'ottobre 2009. Gli sviluppatori le hanno chiamate così in onore dei biologi che hanno contribuito a teorizzare l'evoluzione delle specie. Il 31 agosto 2010 viene ufficializzato il nome della terza generazione di stampante 3D in sviluppo: Huxley.
Grazie alla capacità di autoreplicazione, gli autori immaginano la possibilità di distribuire economicamente unità RepRap ai privati e alle comunità, dando loro la possibilità di creare (o scaricare da Internet) prodotti complessi, senza bisogno di costose infrastrutture industriali.
Scopo L'obiettivo dichiarato del progetto RepRap è di produrre un dispositivo autoreplicante che dia la possibilità, a chiunque disponga di una piccola somma di denaro, di avere a disposizione un piccolo sistema produttivo, tramite il quale poter creare da sé gli oggetti di cui si necessita per la vita di tutti i giorni.
La natura autoreplicativa di RepRap potrebbe anche facilitare la sua diffusione virale e condurre a un cambiamento di paradigma nella progettazione e produzione di prodotti di consumo: da un'unica fabbrica di produzione di prodotti brevettati a una produzione personale di prodotti senza brevetto e con specifiche 'aperte', di libero accesso. Grazie all'apertura di queste nuove possibilità per le persone, si potrebbe ridurre di molto il tempo necessario per la fase di miglioramento dei prodotti e permettere una maggiore diversità di prodotti, permettendone la produzione di nicchia.
Da un punto di vista teorico, il progetto tenta di dimostrare la seguente ipotesi:
La Prototipazione rapida e le tecnologie di scrittura diretta sono sufficientemente versatili da permettere di essere usate per fare un Costruttore universale di Von Neumann..
Costi A maggio 2010, un prototipo 3D commerciale di fascia bassa (prodotto dalla Z corporation o dalla Dimension) costa intorno ai 20.000 dollari statunitensi, senza contare il prezzo dei materiali e dei solidificatori, che possono costare altri 1500$. La fabbricazione di prototipi tramite queste macchine commerciali di fascia bassa costa intorno ai 2$ per centimetro cubo. Le macchine prototipanti 3D prodotte dal progetto RepRap, e accompagnate dal software open source, costano intorno ai 400$ e possono fabbricare oggetti intorno al costo di 0,02$ per centimetro cubo.
La tecnologia usata da RepRap è una variante della modellazione a deposizione fusa (FDM).
Hardware
"RepRap" è l'abbreviazione di Replicating Rapid-prototyper (prototipatore rapido replicante). Come un qualsiasi progetto open-source destinato a favorire l'evoluzione, esistono molte varianti e il progettista è libero di apportare proprie modifiche e sostituzioni. Tuttavia, le stampanti 3D RepRap sono generalmente composte da un estrusore termoplastico montato su un computer che utilizza un sistema di riferimento cartesiano XYZ. La piattaforma è costruita da barre in acciaio e borchie collegate da parti in plastica stampata. Tutti e tre gli assi sono guidati da motori passo-passo, in X e Y attraverso una catena di distribuzione, e in Z attraverso una vite.
Estrusore Termoplastico Al cuore del RepRap c'è l'estrusore termoplastico. I primi estrusori per la RepRap usavano un motore a corrente continua guidato da una vite saldamente pressata contro un filamento di plastica, che lo forzava a passare in una camera riscaldata di fusione e attraverso uno stretto ugello di estrusione. Tuttavia, i motori a corrente continua non possono essere avviati o arrestati velocemente, e sono quindi difficili da controllare con precisione. Pertanto, i più recenti estrusori guidano il filamento utilizzando motori passo-passo, premendolo tra un rotante scanalato, o un albero zigrinato, e un cuscinetto a sfera.
Elettronica
L'elettronica RepRap è basata sulla popolare piattaforma hardware open source Arduino, con schede aggiuntive per il controllo dei motori passo-passo. La versione attuale utilizza una scheda madre derivata da Arduino, chiamata Sanguino e una scheda personalizzata addizionale Arduino per il controller dell'estrusore. Questa architettura consente l'espansione di estrusori aggiuntivi, ognuno con il proprio controller.
Repstrap Una stampante 3D costruita per produrre RepRap, ma che non è a sua volta composta da parti stampate, è spesso indicata dalla comunità RepRap come RepStrap (che sta per "bootstrapped RepRap").. Alcuni progetti RepStrap sono simili a quelli di Darwin o Mendel, ma sono stati modificati per essere prodotti tramite fogli tagliati al laser o parti fresate. Altri, come Makerbot, hanno alcuni elementi in comune con RepRap (specialmente componenti elettroniche), ma anche una struttura meccanica completamente riconfigurata. Un esempio di RepStrap è l'HydraRaptor.
Stampanti 3D
Darwin
Il primo rilascio pubblico di RepRap, Darwin, ha un cavalletto che si muove lungo gli assi X e Y, montato sopra un piano di stampa in movimento sull'asse Z. L'asse Z di Darwin è limitato da una vite in ogni angolo, viti che sono legate assieme da cinghie dentate in modo da girare all'unisono. I componenti elettronici sono montati sui supporti d'acciaio del parallelepipedo esterno e su una seconda piattaforma alla base. Nel tentativo di minimizzare il numero di componenti non auto-stampati (o "vitamine"), Darwin utilizza su ognuno dei suoi assi dei cuscinetti a strisciamento stampati.
Mendel
Mendel ha sostituito i cuscinetti a strusciamento di Darwin con dei cuscinetti a sfera, utilizzando un preciso design che permette di minimizzare l'attrito e che tollera il disallineamento. Ha inoltre riorganizzato gli assi in modo che il piano scivoli in orizzontale sull'asse Y, mentre l'estrusore si muove su e giù e in direzione X. Questo rende Mendel meno sbilanciata e più compatta di Darwin; questa modifica, inoltre, rimuove anche il vincolo delle viti sui quattro assi Z, presente in Darwin.
Prusa Mendel (iteration 1) La Prusa Mendel (iteration 1) è una versione più semplice della Mendel originale. Utilizza boccole stampate invece dei normali cuscinetti, anche se è possibile sostituirle con degli economici cuscinetti lineari LM8UU. I tre cuscinetti a sfera 624, uno per l'asse X e due per l'asse Y, sono stati sostituiti con dei cuscinetti a sfera 608. Questa nuova versione punta a semplificare la costruzione, la modifica e la riparazione della stampante.
Prusa Mendel (iteration 2) Nella seconda versione sono state apportate alcune migliorie. Molte parti sono state rese push-fit, ovvero scorrevoli, per facilitarne la sostituzione. Il secondo piatto di stampa è stato sostituito da un piatto riscaldante e le cinghie ora sono di tipo GT2.
Prusa i3 La Prusa i3 comprende gli insegnamenti appresi dai due precedenti modelli Prusa, così come da altri popolari progetti RepRap. Rispetto alla Prusa Mendel (iteration 2) è stato sostituito il telaio per garantire una maggiore rigidità e prevenire contraccolpi dell'asse X.
Poiché questa versione è diventata molto popolare, molte persone hanno creato delle varianti. Le principali sono: Prusa i3 Rework, Prusa i3 Hephestos e I3Berlin.
Ormerod 1 e 2
Fisher
Snappy
Software
RepRap è stato concepito come un completo sistema replicante, piuttosto che come un semplice pezzo hardware. A tal fine, il sistema include un software di computer-aided design (CAD), nella forma di un sistema di modellazione 3D, un software di computer-aided manufacturing (CAM), e driver che convertono i progetti degli utenti in una serie di istruzioni per l'hardware RepRap, che li trasforma a sua volta in oggetti fisici.
Due diversi strumenti CAM sono stati sviluppati per la RepRap. Il primo, chiamato semplicemente RepRap Host, è stato scritto in Java dallo sviluppatore Adrian Bowyer. Il secondo, Skeinforge, è stato scritto in maniera indipendente da Enrique Perez. Entrambi sono sistemi completi per la trasformazione dei modelli computerizzati 3D in G-code, il linguaggio macchina che comanda la stampante.
In teoria può essere usato qualsiasi CAD o programma di modellazione 3D con RepRap, a condizione che sia in grado di produrre file di tipo STL. I creatori di contenuti possono utilizzare qualsiasi strumento a loro familiare, siano essi programmi CAD commerciali, ad esempio SolidWorks, o programmi di modellazione 3D open source come Blender.
Materiali RepRap stampa oggetti attraverso acrilonitrile butadiene stirene (ABS), acido polilattico e altri simili polimeri termoplastici. L'acido polilattico presenta vantaggi ingegneristici dovuti a elevata rigidità, minima deformazione e colore traslucido. È anche biodegradabile e di origine vegetale.
A differenza della maggior parte delle macchine commerciali, gli utenti RepRap sono incoraggiati a sperimentare metodi per la stampa di nuovi materiali e a pubblicare i risultati. In questo modo sono stati sviluppati metodi per la stampa di materiali diversi (come la ceramica) Esistono inoltre dei particolari estrusori che consentono di stampare cioccolato pre riscaldato. Il progetto RepRap non ha ancora identificato un materiale di supporto idoneo a integrare il proprio processo di stampa.
Materiali elettroconduttivi Stampare anche componenti elettronici è uno degli obiettivi principali del progetto RepRap, così che possa realizzare autonomamente i propri circuiti. Sono stati proposti diversi metodi: Lega di Wood o Lega di Field: leghe metalliche a basso punto di fusione per incorporare circuiti elettrici in un componente mentre lo si sta producendo. Polimeri riempiti d'argento: sono comunemente utilizzati per la riparazione di circuiti stampati e sono contemplati anche per l'uso di tracce elettricamente conduttive. Estrusione diretta dello stagno. Fili conduttori: durante il processo di stampa possono essere posati in un componente grazie a una bobina.
Come costruire una Reprap
Ci sono diversi modi per costruire una RepRap o una Repstrap. Quanto segue è scritto in modo tale da minimizzare le conoscenze e gli strumenti necessari. La RepRap è stata attentamente studiata per utilizzare solo componenti che possono essere costruiti con una RepRap, in aggiunta ad altri componenti economici. È stata anche progettata per richiedere modeste capacità manuali per l'assemblaggio. L'unico punto critico è trovare qualcuno che fornisca quei componenti che devono essere realizzati a loro volta con una RepRap.
I Cloni RepStrap Darwin sono copie RepRap abbastanza accurate del tipo Darwin, ma i componenti creati da RepRap sono sostituiti da componenti creati in un modo diverso, magari in plastica stampata, in acrilico o compensato tagliato al laser. Normalmente, le componenti di queste macchine sono intercambiabili con le parti "RepRappate" della Darwin. Ci sono anche altre RepStrap in grado di fabbricare componenti di RepRap (Darwin) ma che non sono strutturalmente simili alla Darwin.
Se è la prima RepRap che si costruisce bisogna considerare le seguenti opzioni: Se si è in contatto con qualcuno che può stampare i componenti RepRap sulla propria RepRap, o su qualche altra stampante 3D, bisogna scegliere la RepRap Classica. Se invece non si può avere accesso ad una stampante 3D, ci sono 3 opzioni:
Si può costruire una Darwin Classica, ma si dovrà utilizzare qualche servizio commerciale che stampi le componenti, e il costo di queste sole componenti potrebbe facilmente arrivare a oltre 1000$, a seconda degli accordi che si riusciranno a stabilire. Questa è, probabilmente, l'opzione più costosa.