ريب راب

RepRap (اختصار لـ replicating rapid prototyper ) هو مشروع لتطوير طابعات ثلاثية الأبعاد منخفضة التكلفة قادرة على طباعة معظم مكوناتها بنفسها. وباعتبارها تصاميم مفتوحة المصدر ، فإن جميع التصاميم التي ينتجها المشروع متاحة بموجب ترخيص برمجيات حرة ، وهو رخصة جنو العمومية العامة . ^{[ 1 ]}

نظراً لقدرة هذه الآلات على تصنيع بعض أجزائها بنفسها، توقع الباحثون إمكانية إنتاج وحدات RepRap رخيصة الثمن، مما يُمكّن من تصنيع منتجات معقدة دون الحاجة إلى بنية تحتية صناعية واسعة النطاق. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} وكان هدفهم أن تُظهر RepRap تطوراً في هذه العملية، وأن يزداد عددها بشكل كبير. ^{[ 5 ] [ 6 ]} وأشارت دراسة أولية إلى أن استخدام RepRap لطباعة المنتجات الشائعة يُحقق وفورات اقتصادية. ^{[ 7 ]}

بدأ مشروع RepRap في إنجلترا عام 2005 كمبادرة من جامعة باث ، ولكنه يتألف الآن من مئات المتعاونين حول العالم. ^{[ 5 ]}

تأسست شركة RepRap في عام 2005 على يد أدريان بوير ، وهو محاضر أول في الهندسة الميكانيكية بجامعة باث في إنجلترا. وقد تم الحصول على التمويل من مجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية .

في 13 سبتمبر 2006، طبع النموذج الأولي RepRap 0.2 أول قطعة مطابقة لقطعته الأصلية، والتي استُبدلت بها القطعة الأصلية التي طُبعت بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد تجارية. وفي 9 فبراير 2008، أنتج RepRap 1.0 "داروين" نسخة واحدة على الأقل من أكثر من نصف أجزائه المصنعة بتقنية النماذج الأولية السريعة. وفي 14 أبريل 2008، أنتج RepRap منتجًا للمستخدم النهائي: مشبكًا لتثبيت جهاز iPod على لوحة القيادة في سيارة فورد فييستا . وبحلول سبتمبر من ذلك العام، تم إنتاج ما لا يقل عن 100 نسخة في مختلف البلدان. ^{​​[ 8 ]} وفي 29 مايو 2008، حقق داروين التكاثر الذاتي من خلال إنتاج نسخة كاملة من جميع أجزائه المصنعة بتقنية النماذج الأولية السريعة ^{[ 9 ]} (والتي تمثل 48% من جميع الأجزاء، باستثناء أدوات التثبيت). وبعد بضع ساعات، أنتج الجهاز "التابع" أول قطعة له: شداد سير التوقيت.

في أبريل 2009، تم إنتاج لوحات الدوائر الإلكترونية آليًا باستخدام طابعة RepRap، وذلك بفضل نظام تحكم آلي ونظام رأس قابل للتبديل قادر على طباعة كلٍ من البلاستيك واللحام الموصل. وفي 2 أكتوبر 2009، طُبع أول جزء من تصميم الجيل الثاني، المسمى Mendel. ويشبه شكل Mendel منشورًا ثلاثيًا بدلًا من المكعب. اكتمل تطوير Mendel في أكتوبر 2009. وفي 27 يناير 2010، أعلن معهد Foresight عن "جائزة كارتيك إم. غادا للابتكار الإنساني" لتصميم وبناء طابعة RepRap مُحسّنة. ^{[ 10 ]}

في 31 أغسطس 2010، أُطلق على تصميم الجيل الثالث اسم هكسلي. كان نسخة مصغرة من تصميم مندل، بحجم طباعة يبلغ 30% من الحجم الأصلي. في غضون عامين، انتشر استخدام وبناء RepRap و RepStrap على نطاق واسع في أوساط التكنولوجيا والأجهزة والهندسة. ^{[ 11 ]}

في عام 2012، تميز أول تصميم ناجح لمنصة دلتا، وهو تصميم روستوك، بتصميم مختلف جذرياً. استخدمت أحدث الإصدارات عوارض مفتوحة ، وأسلاكاً (عادةً ما تكون من خيوط صيد داينيما أو سبيكترا) بدلاً من الأحزمة، وما إلى ذلك، مما يمثل أيضاً بعضاً من أحدث التوجهات في منصات ريب راب.

في أوائل يناير 2016، أعلنت شركة RepRapPro (اختصارًا لـ "RepRap Professional"، وهي إحدى الأذرع التجارية لمشروع RepRap في المملكة المتحدة) أنها ستتوقف عن العمل في 15 يناير 2016. وكان السبب المعلن هو ازدحام سوق طابعات ثلاثية الأبعاد منخفضة التكلفة وعدم القدرة على التوسع في هذا السوق. وتستمر شركة RepRapPro China في العمل. ^{[ 12 ]}

بما أن المشروع صُمم من قِبل بوير لتشجيع التطوير، فقد تم ابتكار العديد من التعديلات. ^{[ 13 ] [ 14 ]} وباعتباره مشروعًا مفتوح المصدر ، فإن للمصممين حرية إجراء التعديلات والاستبدالات، ولكن يجب عليهم السماح للآخرين بإعادة استخدام أي من تحسيناتهم المحتملة.

توجد العديد من تصميمات طابعات RepRap، بما في ذلك:

• بروسا آي 3
• هانجبرينتر
• ريب راب فيشر
• ريب راب سريع
• ريب راب مورغان
• ريب راب أورميرود
• داروين ريب راب
• ريب راب مندل

صُمم نظام RepRap ليكون نظام نسخ متكاملًا وليس مجرد جهاز مادي. ولتحقيق هذه الغاية، يتضمن النظام تصميمًا بمساعدة الحاسوب (CAD) على شكل نظام نمذجة ثلاثية الأبعاد ، وبرامج تشغيل وبرمجيات تصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) لتحويل تصاميم مستخدمي RepRap إلى مجموعة من التعليمات التي تُوجه إلى RepRap لإنشاء مجسمات مادية.

في البداية، طُوِّرت سلسلتان من أدوات التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) لبرنامج RepRap. الأولى، المسماة "RepRap Host"، كُتبت بلغة جافا بواسطة المطور الرئيسي لبرنامج RepRap، أدريان بوير . أما الثانية، "Skeinforge" ^{[ 15 ]} ، فقد كتبها إنريكي بيريز. وكلاهما نظامان متكاملان لترجمة نماذج الحاسوب ثلاثية الأبعاد إلى لغة G-code ، وهي لغة الآلة التي تُشغِّل الطابعة.

لاحقًا، تم تطوير برامج أخرى مثل Slic3r و Cura . ومؤخرًا، تم تطوير برنامج Franklin الثابت لتمكين استخدام طابعات RepRap لأغراض أخرى مثل الطحن ومعالجة السوائل. ^{[ 16 ]}

تُفضّل مجتمعات RepRap برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد المجانية والمفتوحة المصدر مثل Blender و OpenSCAD و FreeCAD ، ولكن يُمكن استخدام أي برنامج CAD أو برنامج نمذجة ثلاثية الأبعاد تقريبًا مع RepRap، طالما أنه يُنتج ملفات STL (يدعم Slic3r أيضًا ملفات .obj و .amf ). وبالتالي، يستخدم مُنشئو المحتوى أي أدوات مُعتادين عليها، سواءً كانت برامج CAD تجارية مثل SolidWorks و Autodesk AutoCAD و Autodesk Inventor و Tinkercad و SketchUp ، بالإضافة إلى البرامج الحرة .

تقوم طابعات RepRaps بطباعة الأشياء من ABS وحمض البوليلاكتيك (PLA) والنايلون (ربما لا تستطيع جميع الطابعات القيام بذلك) و HDPE و TPE واللدائن الحرارية المماثلة .

تم اختبار الخصائص الميكانيكية لـ PLA و ABS المطبوعة بتقنية RepRap، وهي تعادل قوة الشد للأجزاء المصنعة بواسطة طابعات خاصة. ^{[ 17 ]}

على عكس معظم الآلات التجارية، يُشجَّع مستخدمو RepRap على تجربة المواد والأساليب، ونشر نتائجهم. وقد طُوِّرت بهذه الطريقة أساليب لطباعة مواد جديدة (مثل السيراميك). إضافةً إلى ذلك، صُمِّمت وصُنِعت العديد من روبوتات إعادة التدوير لتحويل النفايات البلاستيكية، مثل عبوات الشامبو وأباريق الحليب، إلى خيوط RepRap رخيصة الثمن. ^{[ 18 ]} وتشير بعض الأدلة إلى أن استخدام هذا النهج لإعادة التدوير الموزعة أفضل للبيئة ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} ويمكن أن يكون مفيدًا في إنتاج " خيوط التجارة العادلة ". ^{[ 22 ]}

بالإضافة إلى ذلك، فقد ثبت أن طباعة المنتجات ثلاثية الأبعاد عند نقطة الاستهلاك أفضل للبيئة. ^{[ 23 ]}

حدد مشروع RepRap مادة البولي فينيل الكحول (PVA) كمادة داعمة مناسبة محتملة لتكملة عملية الطباعة الخاصة به، على الرغم من إمكانية صنع نتوءات ضخمة عن طريق بثق طبقات رقيقة من وسائط الطباعة الأساسية كدعم (تتم إزالة هذه الطبقات ميكانيكيًا بعد ذلك).

يُعدّ تصنيع الإلكترونيات المطبوعة هدفًا رئيسيًا لمشروع RepRap، وذلك لتمكينه من طباعة لوحات الدوائر الخاصة به. وقد تم اقتراح عدة طرق لتحقيق ذلك:

• معدن وود أو معدن فيلد : سبائك معدنية ذات نقطة انصهار منخفضة لدمج الدوائر الكهربائية في الجزء أثناء تشكيله.
• البوليمرات المملوءة بالفضة/الكربون: تُستخدم عادةً لإصلاح لوحات الدوائر، ويجري النظر في استخدامها في المسارات الموصلة للكهرباء. ^{[ 24 ]}
• البثق المباشر للحام ^{[ 25 ]}
• الأسلاك الموصلة: يمكن وضعها في جزء من بكرة أثناء عملية الطباعة

باستخدام لحام MIG كرأس طباعة، يمكن استخدام مرحلة RepRap deltabot لطباعة المعادن مثل الفولاذ . ^{[ 26 ] [ 27 ]}

يمكن أيضًا تطبيق مفهوم RepRap على آلة الطحن ^{[ 28 ]} وعلى اللحام بالليزر . ^{[ 29 ]}

على الرغم من أن هدف المشروع هو تمكين RepRap من تصنيع العديد من مكوناته الميكانيكية ذاتيًا قريبًا باستخدام موارد بسيطة نسبيًا، إلا أن بعض المكونات، مثل أجهزة الاستشعار والمحركات الخطوية ووحدات التحكم الدقيقة، لا يمكن تصنيعها حاليًا باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بـ RepRap، وبالتالي يجب إنتاجها بشكل مستقل. وتتمثل الخطة في الوصول إلى نسبة تكرار تقارب 100% عبر سلسلة من الإصدارات. فعلى سبيل المثال، استكشف فريق RepRap منذ بداية المشروع مجموعة متنوعة من الطرق لدمج مواد موصلة للكهرباء في المنتج. وهذا من شأنه أن يسمح بإضافة أسلاك توصيل ولوحات دوائر مطبوعة ، وربما محركات، إلى منتجات RepRap. ويمكن أن تُنتج الاختلافات في طبيعة المواد الموصلة للكهرباء المُشكّلة بالبثق مكونات كهربائية بوظائف مختلفة عن المسارات الموصلة فقط، على غرار عملية رش الدوائر الإلكترونية (ECME) التي ابتكرها جون سارجروف في أربعينيات القرن الماضي . ومن الطرق ذات الصلة الإلكترونيات المطبوعة . ومن المكونات الأخرى غير القابلة للتكرار القضبان الملولبة للحركات الخطية. ويتمثل أحد مجالات البحث الحالية في استخدام وصلات ساروس المكررة لاستبدالها. ^{[ 30 ]}

يضم "الفريق الأساسي" للمشروع ^{[ 31 ] ما يلي:}

• أدريان بوير ، محاضر أول سابق، قسم الهندسة الميكانيكية، جامعة باث
• إد سيلز، دكتوراه من جامعة باث "الطباعة ثلاثية الأبعاد: نحو آلة النماذج الأولية السريعة ذاتية التكرار" ^{[ 32 ]}
• فيك أوليفر، أول متطوع في مشروع RepRap، وأول من اقترح استخدام PLA كمادة طباعة ^{[ 33 ].}
• مايكل إس. هارت (توفي عام 2011)، مبتكر مشروع غوتنبرغ ، إلينوي

يهدف مشروع RepRap إلى إنتاج جهاز ذاتي التكاثر بالكامل، ليس لذاته، بل لتوفير نظام تصنيع مكتبي للأفراد في أي مكان على وجه الأرض، بأقل تكلفة ممكنة، يمكّنهم من تصنيع العديد من الأدوات المستخدمة في حياتهم اليومية. ^{[ 5 ]} من الناحية النظرية، يسعى المشروع إلى إثبات فرضية أن " تقنيات النماذج الأولية السريعة والكتابة المباشرة تتمتع بمرونة كافية تسمح باستخدامها في صنع مُنشئ فون نيومان العالمي ". ^{[ 34 ]}

يرى بعض الباحثين أن تقنية RepRap تتمتع بإمكانيات هائلة في التطبيقات التعليمية. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} وقد استُخدمت بالفعل في منصة تعليمية متنقلة للروبوتات. ^{[ 38 ]} ويزعم بعض الباحثين أن RepRap تُحدث "ثورة" غير مسبوقة في تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات . ^{[ 39 ]} ويستند هذا الزعم إلى انخفاض تكلفة النماذج الأولية السريعة التي يُنتجها الطلاب، وإمكانية تصنيع معدات علمية عالية الجودة ومنخفضة التكلفة باستخدام تصاميم مفتوحة المصدر تُشكل مختبرات مفتوحة المصدر . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

• عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد
• التكنولوجيا الثورية
• مختبر التصنيع الرقمي
• فاب@هوم
• الأجهزة مفتوحة المصدر (OSH، OSHW)
• Recyclebot
• آلة ذاتية التكاثر
• طابعة Voron 2.4 (2020)، وهي طابعة CoreXY، وُصفت بأنها عودة لمشروع RepRap

• الموقع الرسمي
• فيديو لمحاضرة ألقاها أدريان بوير على موقع ريب راب