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RepRap

RepRap是一種三維打印機原型機（或3D立體打印機），它具有一定程度的自我複製能力，能夠打印出大部分其自身的（塑料）組件[1] 。RepRap是（replicating rapid prototyper）的縮寫。

右邊機器所有的塑料部件，都是被左邊機器生產的。Adrian Bowyer（左）和Vik Olliver（右）都是RepRap項目的成員。

作為一個開放設計（英語：Open design），這項目中所有的設計都在自由軟件協議GNU通用公共許可證（GPL）之下發佈[2]。

至目前為止，RepRap項目已經發佈了四個版本的3D立體打印機：2007年3月發佈的「達爾文」（Darwin），2009年10月發佈「孟德爾」（Mendel），並在2010年發佈的「Prusa Mendel」，和「赫胥黎」（Huxley）。開發者採用了著名生物學家們的名字來命名，是因為「RepRap就是複製和進化」。[3]

由於機器具有製造一些自己零件的能力，作者設想了廉價RepRap裝置的可能性，能夠製造複雜的產品而不需要廣泛的工業基礎設施[4][5][6]。他們企圖在RepRap中演示這個進化過程，以及它的數量可以按指數成倍增長[1][7]。一項初步研究表明，使用RepRaps打印普通產品可節省經濟費用[8] 。

歷史

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RepRap 0.1建造物體
 
Reprap製造的第一個部件，用來製造一個Reprap, fabricated by the Zaphod prototype, by Vik Olliver (2006/09/13)
 
RepRap的和一些其他的3D打印機隨着時間推移演變的RepRap家族樹

2005年，RepRap項目由英國巴斯大學機械工程高級講師Adrian Bowyer博士創立。

2005年3月23日，RepRap的博客開始。

2005年夏季，英國工程和物理科學研究理事會（英語：Engineering and Physical Sciences Research Council）提供資金給在英國巴斯大學的初步發展RepRap。

2006年9月13日，RepRap 0.2原型機成功打印了自身的一部分，並用來替換原先用商業3D打印機製作的部分。

2008年2月9日，RepRap 1.0「達爾文」，成功地實現了至少超過一半的快速原型部件的一個實例。

2008年4月4日，可能是最早的由一個RepRap製作的最終用戶項目是：一個夾具，它能牢固地把iPod固定在福特Fiesta車的儀錶盤上。

2008年5月29日，在幾分鐘之內被組裝，在英國巴斯大學的第一個完成的「兒子輩」的機器製作了「孫子輩」機器的的第一部分。

2008年9月23日，據報道，至少有100拷貝已經在不同的國家建造。當時流傳的RepRap確切數量是未知的。

2008年11月30日，首次有記載的「野生」複製發生。複製是由Wade Bortz完成，他是在開發團隊之外的製造了一套完整的複製品的其他用戶中的第一個用戶。

2009年4月20日，公佈一個RepRap製作第一塊電子電路板。它使用自動化控制系統和一個交換頭系統，可以能夠打印既有塑料又有導電性的焊料。後來，此部件被整合到製造它的RepRap里。

2009年10月2日，第二代型號設計，被稱為「孟德爾」，打印出它的第一部分。"孟德爾"的形狀酷似一個三稜鏡，而不是一個立方體。

2009年10月13日，RepRap 2.0版「孟德爾」完成。

2010年1月27日，Foresight Institute公佈的「Kartik M. Gada人道主義創新獎」獎勵給一種改進的RepRap的設計和實現。有兩個獎項，其中一個$20,000，另一個為$80,000。[9]獎金的行政部門後來被轉移到Humanity+。[10]

2010年8月31日，第三代型號的設計上，「赫胥黎」被正式命名。其開發是基於"孟德爾"的硬件與原來的打印量的30％的小型化版本。

2012年上半年，RepRaps和RepStraps的建造和使用在科技工具和工程社區內廣為流傳。RepRaps及其商業衍生產版本已經出現在許多主流媒體，並且進入了科技媒體例如《連線雜誌》（Wired）和一些有影響力的工程專業人士的新聞媒體上的永久觀察名單和報道主題。

2012年夏天/秋天，已經有很多集中在較小的新公司銷售的衍生版本，工具包和組裝好的系統，還有新的開發研究的結果，使得和現有工業提供的三維打印價格相比能大幅度降低3D打印的價格。RepRap研究結果也許是最引人注目的是第一個成功的Delta設計，Rostock打印機，在緩慢的日趨成熟，有了一個初步的嘗試自行採購的一些經驗建設者的工作解決方案。雖然Rostock仍然處於實驗階段的重大修改，但是它幾乎每月都在接近最好的和很不同的設計。最新的一代設計使用OpenBeams，用線（典型的例如Dyneema或Spectra漁線）代替導帶等等，這也代表了一些在RepRaps的最新發展趨勢。

2016年1月，2016年1月初RepRapPro（RepRap專業版的縮寫，英國RepRap項目的一個商業項目）宣佈將於2016年1月15日停止交易。原因是低成本3D打印機市場的擠壓， 和無法在該市場上擴張。 RepRapPro中國繼續經營[11]。

硬件

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作為一個開放源碼項目，旨在鼓勵演化，有許多衍生版本存在，並它們的設計師是自由的進行修改和替換。作為開源項目，設計人員可以自由進行修改和替換，但是他們必須重新分享他們的改進。

設計

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有許多RepRap打印機設計包括：

RepRap三維打印機的熱塑性擠出機一般由安裝在一個計算機控制的笛卡爾坐標系的XYZ平台。該平台是由金屬結構物與打印出的塑料連接部件建造。所有三個軸是被步進電機所驅動，在X軸和Y軸是通過一個時規皮帶（timing belt），Z軸則是透過螺桿帶動（leadscrew）。

RepRap的核心部件是熱塑性塑料擠出總成。早期的RepRap擠出機採用直流減速馬達驅動的螺絲緊緊地壓塑料絲原料，迫使它經過加熱熔化室，通過一個狹窄的擠壓噴嘴。然而，由於直流減速馬達擁有較大的慣性，使其難以快速的啟動或停止，進而造成擠出量無法做精確的控制。因此，在最新的塑膠擠出總成上，則是採用了步進馬達（直驅或減速）驅動原料絲，夾持原料絲的結構則修改為摩擦滾輪（軸）和一個球軸承。[12]

RepRap的電子產品是基於流行的開放源碼的Arduino的平台，與其它用於控制步進電機的驅動器。當前版本的電子產品使用的Arduino的衍生Sanguino的主板，和一個另外的和定製的Arduino板做的擠出總成控制器。這種架構可以擴展額外的擠出總成，各自帶有自己專屬的控制器。

主要修訂版

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第一個公開發布的RepRap，"達爾文"，是一個XY龍門式移動在Z軸打印床之上的型號。

"孟德爾"用球軸承取代"達爾文"的滑動軸承，減少了摩擦和容忍誤差。 孟德爾型號的打印範圍大小為200 mm（寬）×200 mm（深）×140毫米（高）或8"（寬）×8"（深）×5.5"（高）。[13]

軟件

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Adrian Bowyer talking about the RepRap Project at Poptech 2007

RepRap被視為是一個完整的複製系統，而不是簡單的一塊硬件。為此，該系統包括計算機輔助設計（CAD）的3D建模系統和計算機輔助製造（CAM）軟件和驅動程序的形式，把RepRap用戶的設計轉換成一組指令，通過RepRap的硬件，轉變成了物理物體。

現在已經有為RepRap開發了兩種不同的CAM工具鏈。首先，簡單地題為「RepRap Host」，是RepRap領導開發人員Adrian Bowyer用Java語言編寫。第二，「Skeinforge」[14][15]，是由Enrique Perez獨立編寫。兩者都是完整的工具鏈系統，把3D模型轉換為命令打印機的機器語言G-code。

後來，像Slic3r（英語：slic3r），pronterface[16]，Cura[17]其他程序被創建。 最近，創建了富蘭克林固件( Franklin firmware)[18]，允許RepRap 3-D打印機作為通用目的，還可用作三維機械人，除了3D打印（例如銑削，流體處理等）之外[19]。

閉源軟件KISSlicer [20]和repetier host[21]也被使用。

幾乎任何CAD或3D建模軟件可以與RepRap使用，只要它是能夠生成STL文件。內容創建者可以使用他們熟悉的任何工具，不管工具是商業的CAD軟件，例如SolidWorks，或開源的3D建模軟件，例如Blender或OpenSCAD等。

複製材料

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A timelapse video of a robot model (logo of Make magazine) being printed using FDM on a RepRap Fisher, a delta-style printer.

RepRaps打印的物體材料是來自與ABS，PLA，和類似熱塑性塑料的材料。

PLA聚乳酸具有高剛度，最小的翹曲，和具有一個有吸引力的半透明顏色的工程優勢。PLA聚乳酸材料是生物可降解性的和植物來源的環保材料。

RepRap用戶不同於大多數商業機器，我們鼓勵印刷新材料和新方法進行實驗，並公佈其結果。用於打印的新材料（如陶瓷）的方法已被開發這種方式。

RepRap項目還沒有確定一個合適的載體材料，以補充其印刷過程中。

印刷電子技術是RepRap項目的一個主要目標，因為它將可以打印自己的電路板。已經提出的幾種方法是：

  • 伍德合金or Field's metal：電路納入到的部分，因為它是被形成的低熔點金屬合金。
  • 銀填充的聚合物：通常用於電路板的維修，考慮用於導電跡線。
  • 直接擠出的焊料[22]
  • 導電線：在印刷過程中的可以從線軸鋪設到一個部件[23]

建造

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其它三維打印機設計（如商業Makerbot），和部分由其他裝置（如Meccano）構造可用於引導RepRap建造RepRap零件的過程。許多這樣的機器都是基於RepRap設計和使用RepRap電子系統。這些一般被RepRap社區稱為名字「RepStrap」（「引導RepRap」）。一個RepStrap是任何開放式硬件的快速成型機，建造RepRap部件，本身是還沒有的RepRap下的製造工藝所建造。[24]一些RepStrap設計是和達爾文和孟德爾相似的，但已被修改為由激光切割片材或銑零件[25][26]。其他，如Makerbot，共享與RepRap（尤其是電子）等的一些設計元素，但是Makerbot其機械結構是完全重新設計的。

項目成員

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該項目的「核心團隊」[27]包括：

目標

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RepRap打印物體的視頻

RepRap項目的既定目標是建造一個純粹的自我複製設備，不是為了建造設備本身，而是為了能讓用戶個人可以在這個星球上的任何地方，以一個最小的資本支出，把桌上台式製造系統技術放在用戶個人手中，這將能使用戶個人可以製造了許多在日常生活中使用的物品。從理論上講，該項目試圖證明一個假說，那就是用這個技術可以讓人們可以使用馮諾依曼通用製造器（英文），來建造出「具有足夠的通用性的快速原型設計和直接寫技術」。[28]

RepRap自我複製的性質也有利於它像病毒一般的傳播，和可能有利於主要產生模式的典範轉移，從一個工廠生產的專利產品的設計到製造的消費產品，很可能變到個人非專利產品的生產與開放的規範。開放的個人產品的設計和製造能力，大大降低了生產周期時間，並支持更大的產品多樣性，可支持非工廠生產的規模。[29]

參見

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參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 Jones, R.; Haufe, P.; Sells, E.; Iravani, P.; Olliver, V.; Palmer, C.; Bowyer, A. Reprap-- the replicating rapid prototyper. Robotica. 2011, 29 (1): 177–191. doi:10.1017/s026357471000069x. 
  2. ^ 存档副本. [2017-03-24]. （原始內容存檔於2016-01-28）. 
  3. ^ Future Plans. RepRap Wiki. [2010-05-02]. （原始內容存檔於2010-06-24）. 
  4. ^ 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 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）", Journal of Sustainable Development 3(4), pp. 17-29 (2010).
  5. ^ Pearce, Joshua M. Building Research Equipment with Free, Open-Source Hardware. Science. 2012, 337 (6100): 1303–1304 [2017-03-24]. PMID 22984059. doi:10.1126/science.1228183. （原始內容存檔於2015-09-24）. 
  6. ^ J.M. Pearce, Open-Source Lab: How to Build Your Own Hardware and Reduce Research Costs, Elsevier, 2014.
  7. ^ Sells, E., Smith, Z., Bailard, S., Bowyer, A., & Olliver, V. (2009). Reprap: the replicating rapid prototyper: maximizing customizability by breeding the means of production. Handbook of Research in Mass Customization and Personalization.
  8. ^ Wittbrodt, B.T.; Glover, A.G.; Laureto, J.; Anzalone, G.C.; Oppliger, D.; Irwin, J.L.; Pearce, J.M. Life-cycle economic analysis of distributed manufacturing with open-source 3-D printers. Mechatronics. 2013, 23: 713–726. doi:10.1016/j.mechatronics.2013.06.002. 
  9. ^ Build a better RepRap: $80,000 Prize. [2011-04-24]. （原始內容存檔於2011-08-24）. 
  10. ^ Gada Prizes. humanity+. [2011-04-25]. （原始內容存檔於2012-08-07）. 
  11. ^ RepRap Professional Ltd. is now closed.. 2016-01-06 [2021-02-08]. （原始內容存檔於2016-03-17）. 
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  14. ^ Skeinforge at RepRap. [2012-10-16]. （原始內容存檔於2012-11-02）. 
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  20. ^ 存档副本. [2017-03-28]. （原始內容存檔於2017-03-14）. 
  21. ^ 存档副本. [2017-03-28]. （原始內容存檔於2017-06-28）. 
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  26. ^ Lasercut Mendel. RepRap Wiki. [2010-05-02]. （原始內容存檔於2010-05-17）. 
  27. ^ "The Core Team - who we are" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, reprap.org/wiki
  28. ^ ReRap —the Replication Rapid Prototyper Project, IdMRC (PDF). [2007-02-19]. （原始內容 (PDF)存檔於2012-04-06）. 
  29. ^ Showcase. RepRap Wiki. [2007-02-15]. （原始內容存檔於2007-02-06）. 

外部連結

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