右側のマシンのプラスチック部品はすべて、左側のマシンで製造されました。Adrian Bowyer氏（左）とVik Olliver氏（右）はRepRapプロジェクトのメンバーです。

RepRap （ Replicating Rapid prototyperの略）は、部品のほとんどを印刷できる低コストの3Dプリンターを開発するプロジェクトです。このプロジェクトで作成されたすべてのデザインは、オープンデザインとして、フリーソフトウェアライセンスであるGNU General Public Licenseの下で公開されています。[1]

これらのマシンは独自の部品をいくつか製造できるため、著者らは安価なRepRapユニットの可能性を構想し、大規模な産業インフラを必要とせずに複雑な製品の製造を可能にしました。[2] [3] [4]彼らは、RepRapがこのプロセスにおける進化を示し、その数が飛躍的に増加することを意図していました。[5] [6]予備研究では、RepRapを使用して一般的な製品を印刷すると経済的な節約につながると主張しました。[7]

RepRapプロジェクトは2005年にイギリスのバース大学の取り組みとして始まりましたが、現在では世界中の何百人もの協力者によって構成されています。[5]

歴史

RepRap 0.1 でオブジェクトを構築する
RepRap で初めて作られた RepRap 用パーツ。Zaphod プロトタイプで製作。Vik Olliver (2007-09-13)
RepRap 10周年記念

RepRapは、イギリスのバース大学で機械工学の上級講師を務めるエイドリアン・ボウヤーによって2005年に設立されました。資金は工学・物理科学研究会議から提供されました。

2006年9月13日、RepRap 0.2プロトタイプは、自身と同一の部品を初めて出力し、その後、市販の3Dプリンターで作成された元の部品と置き換えました。2008年2月9日、RepRap 1.0「Darwin」は、ラピッドプロトタイピングされた部品の半分以上について、少なくとも1つのインスタンスを作成しました。2008年4月14日、RepRapはエンドユーザー向け製品として、フォード・フィエスタのダッシュボードにiPodを固定するためのクランプを作成しました。同年9月までに、少なくとも100個の複製が様々な国で製造されました。[8] 2008年5月29日、Darwinはラピッドプロトタイピングされたすべての部品[9]（留め具を除く全部品の48%を占める）の完全な複製を作成することで、自己複製を達成しました。数時間後、「子」マシンは最初の部品であるタイミングベルトテンショナーを作成しました。

2009年4月、RepRapを用いた電子回路基板の自動製造が開始されました。自動制御システムと、プラスチックと導電性はんだの両方を印刷可能な交換可能なヘッドシステムを搭載しています。2009年10月2日には、第2世代の設計であるMendelが最初の部品を印刷しました。Mendelの形状は立方体ではなく三角柱に似ています。Mendelは2009年10月に完成しました。2010年1月27日、フォーサイト研究所は改良型RepRapの設計と構築に対し、「Kartik M. Gada Humanitarian Innovation Prize」を授与すると発表しました。[10]

2010年8月31日、第3世代の設計はHuxleyと名付けられました。これはMendelのミニチュア版で、印刷面積はオリジナルの30%でした。それから2年も経たないうちに、RepRapとRepStrapの構築と利用は、テクノロジー、ガジェット、エンジニアリングのコミュニティで広く普及しました。[11]

2012年に初めて成功したDelta設計であるRostockは、根本的に異なる設計でした。最新のイテレーションでは、ベルトの代わりにOpenBeamやワイヤー（通常はDyneemaまたはSpectraの釣り糸）などが使用され、RepRapの最新トレンドも反映されていました。[要出典]

2016年1月初旬、RepRapPro（「RepRap Professional」の略称で、英国におけるRepRapプロジェクトの商業部門の一つ）は、2016年1月15日に事業を停止すると発表した。理由は、低価格3Dプリンター市場の混雑と、その市場への進出が困難であることであった。RepRapPro Chinaは引き続き事業を展開している。[12]

ハードウェア

このプロジェクトはボウヤーによって進化を促すように設計されたため、多くのバリエーションが生み出されました。[13] [14]オープンソースプロジェクトであるため、設計者は自由に変更や置き換えを行うことができますが、潜在的な改善点を他の人が再利用できるようにする必要があります。

RepRap プリンターの設計には次のようなものがあります:

ソフトウェア

Poptech 2007でRepRapプロジェクトについて語るAdrian Bowyer氏

RepRapは、単なるハードウェアではなく、完全な複製システムとして構想されました。このシステムには、3Dモデリングシステムという形態のコンピュータ支援設計（CAD）、コンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェア、そしてRepRapユーザーの設計をRepRapに指示し、物理的なオブジェクトを作成するためのドライバが含まれています。

当初、RepRap向けに2つのCAMツールチェーンが開発されました。1つ目は「RepRap Host」と呼ばれ、RepRapの主任開発者であるAdrian BowyerによってJavaで開発されました。2つ目は「Skeinforge」[15]で、Enrique Perezによって開発されました。どちらも、3Dコンピュータモデルをプリンターに命令する機械語である Gコードに変換するための完全なシステムです。

その後、 Slic3rやCuraといったプログラムが開発されました。最近では、RepRapプリンターをミリングや流体処理などの他の用途に使用できるようにするために、Franklinファームウェアが開発されました。[16]

RepRapコミュニティでは、 Blender、OpenSCAD、FreeCADといった無料のオープンソース3Dモデリングプログラムが好まれていますが、 STLファイルを生成できる限り、ほぼすべてのCADプログラムや3DモデリングプログラムをRepRapで使用できます（Slic3rは.objファイルと.amfファイルもサポートしています）。そのため、コンテンツ制作者は、 SolidWorks、Autodesk AutoCAD、Autodesk Inventor、Tinkercad、SketchUpといった商用CADプログラムでも、フリーソフトウェアでも、使い慣れたツールを自由に活用できます。

複製材料

デルタ型プリンターのRepRap FisherでFFFを使用してロボットモデル（Make誌のロゴ）を印刷するタイムラプスビデオ。

RepRaps は、 ABS、ポリ乳酸(PLA)、ナイロン(すべての押し出し機が対応しているわけではない可能性があります)、HDPE、TPEおよび類似の熱可塑性プラスチックからオブジェクトを印刷します。

RepRapで印刷されたPLAとABSの機械的特性はテストされており、専用プリンターで作られた部品の引張強度と同等です。[17]

多くの市販機とは異なり、RepRapユーザーは材料や手法を自由に実験し、その結果を発表することが奨励されています。この方法によって、セラミックなどの新しい材料を印刷する方法が開発されてきました。さらに、シャンプー容器や牛乳パックなどの廃プラスチックを安価なRepRapフィラメントに変換するRecycleBotがいくつか設計・製造されています。 [18]この分散型リサイクル手法は環境に優しく[19] [20] [21] 、「フェアトレードフィラメント」の製造にも役立つという証拠がいくつかあります。[22]

さらに、消費時点での3Dプリント製品は環境にも優しいことが示されています。[23]

RepRap プロジェクトでは、印刷プロセスを補完する適切なサポート材料としてポリビニルアルコール(PVA) を特定しましたが、サポートとして主要な印刷媒体の薄い層を押し出すことによって巨大なオーバーハングを作成することもできます (これらは後で機械的に除去されます)。

RepRapプロジェクトの主要な目標は、独自の回路基板を印刷できるエレクトロニクスの実現です。いくつかの方法が提案されています。

  • ウッズメタルまたはフィールドメタル: 部品の成形時に電気回路を組み込むための低融点金属合金。
  • 銀/炭素充填ポリマー：回路基板の修理によく使用され、導電性トレースへの使用が検討されています。[24]
  • はんだの直接押し出し[25]
  • 導電性ワイヤ：印刷プロセス中にスプールから部品に配線できます

MIG溶接機をプリントヘッドとして使用し、 RepRapデルタボットステージを使用して鋼鉄などの金属を印刷することができます。[26] [27]

RepRapのコンセプトはフライス盤[28]やレーザー溶接[29]にも応用できる。

工事

このプロジェクトの目的は、RepRapがすぐにかなり低レベルのリソースを使用して多くの機械部品を自律的に構築できるようにすることですが、センサー、ステッピングモーター、マイクロコントローラーなど、いくつかの部品はまだRepRapの3Dプリント技術を使用して作成できないため、独立して製造する必要があります。計画では、バージョンを重ねるごとに100%の複製に近づくことです。たとえば、プロジェクトの開始当初から、RepRapチームは製品に導電性媒体を統合するさまざまなアプローチを検討してきました。これにより、 RepRapped製品に接続配線、プリント回路基板、場合によってはモーターを組み込むことができます。押し出された導電性媒体の性質を変えることで、純粋な導電トレースとは異なる機能を持つ電気部品を製造できます。これは、1940年代のJohn Sargroveによるスプレー回路法、Electronic Circuit Making Equipment (ECME)に似ています。関連するアプローチはプリンテッドエレクトロニクスです。もう一つの複製不可能な部品は、直線運動用のネジ棒です。現在、複製されたSarrusリンク機構を用いてこれを置き換える研究が行われています。[30]

プロジェクトメンバー

このプロジェクトの「コアチーム」[31]には以下のメンバーが含まれています。

目標

RepRap がオブジェクトを印刷するビデオ

RepRapプロジェクトの目標は、純粋な自己複製デバイスを開発することであるが、それ自体が目的ではなく、地球上のどこにいても、最小限の資本支出で、日常生活で使用される多くの人工物を製造できるデスクトップ製造システムを個人が利用できるようにすることである。 [5]理論的な観点から見ると、このプロジェクトは「ラピッドプロトタイピングと直接書き込み技術は、フォン・ノイマン型ユニバーサルコンストラクターの作成に使用できるほど汎用性が高い」という仮説を証明することを目指している。[34]

教育

一部の学者によると、RepRap技術は教育分野において大きな可能性を秘めている。[35] [36] [37] RepRapはすでに教育用モバイルロボットプラットフォームに使用されている。[38]一部の研究者は、RepRapがSTEM教育に前例のない「革命」をもたらすと主張している。[39]その証拠は、学生によるラピッドプロトタイピングの低コスト化と、オープンソースラボを形成するオープンハードウェア設計から低コストで高品質な科学機器を製造できることの両方から得られている。[3] [4]

参照

注記

  1. ^ 「RepRapGPLLicence - RepRap」。
  2. ^ Pearce, Joshua M.; Morris Blair, Christine; Laciak, Kristen J.; Andrews, Rob; Nosrat, Amir; Zelenika-Zovko, Ivana (2010). 「オープンソースの適切な技術による3Dプリンティング：自律的な持続可能な開発」『Journal of Sustainable Development』3 (4). doi : 10.5539/jsd.v3n4p17 .
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参考文献

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  • 何でもコピーできる機械。サイモン・フーパー、CNN、2005年6月2日
  • 自己複製ロボットと発展途上国。KnowProSE.com、2005年6月5日
  • RepRapに関するVik Olliver氏へのインタビュー（2006年9月）
  • 中国の成長は新たな万里の長城に直面
  • カナダ放送協会によるエイドリアン・ボウヤー氏への音声インタビュー
ウィキメディア コモンズには、 RepRapに関連するメディアがあります。
  • 公式サイト
  • Adrian BowyerによるRepRapに関する講演のビデオ