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RepRap

Historique du projet RepRap

Ce chapitre explique l'origine de l'impression 3D. Contrairement à ce que l'on entend communément, l'impression 3D ne naît pas d'une envie récente, mais fait suite à une volonté bien plus ancienne, dès les années 1970.

L'origine du prototypage rapide

Le prototypage rapide est une technique permettant de fabriquer des objets solides à partir d'un modèle numérique.

Les premières machines de fabrication à commande numérique (CNC)* sont nées dans les années 50. Il s'agissait alors principalement de tours et de fraiseuses, mais qui étaient destinées à la production, non au prototypage.

Au fil de l'évolution de ce type de machines est inventé le G-Code* dans les années 60 : un langage normalisé de pilotage de machines à commandes numériques. Ce langage sera plus tard utilisé avec les RepRaps.

C’est une équipe constituée d'Alain le Méhauté (Alcatel), Olivier de Witte (Cilas) et de Jean-Claude André1  (CNRS) qui ont breveté le premier procédé d'impression 3D en 19842  : la stéréolithographie*.
Peu convaincus de l’intérêt de cette technique Alcatel et Cilas abandonneront rapidement ces brevets.
Dans la seconde moitié des années 80 apparaît la première machine de stéréolithographie commerciale, le procédé est breveté par Chuck Hull et diffusé par son entreprise 3D Systems.
Il s'agit d'un système de photo-polymérisation d'une résine à l'aide de lasers. Contrairement aux machines-outils traditionnelles, ce type de machine construit les objets par ajout de matière et non par retrait (c'est la fabrication additive*). On peut donc fabriquer directement un objet à partir d'un modèle 3D, sans préoccupation du parcours de l'outil, sans moule, et donc créer (relativement) rapidement des formes complexes et impossibles à fabriquer autrement.

Le format STL* est d'ailleurs créé à cette occasion dans cette entreprise. C'est un format de fichier 3D qui décrit la surface d'un objet, et qui est actuellement le standard utilisé en impression 3D.

A la même époque, la société Stratasys dépose un brevet sur le procédé FDM *(Fused Deposition Modeling) qui consiste à construire un objet à partir de plastique fondu et extrudé en couches successives. C'est ce procédé qu'utilise une RepRap sous le nom de (FFF* : Fuse Filament Fabrication).

Depuis, différents autres procédés sont apparus, comme le SLS* (Selective Laser SIntering) qui consiste à polymériser une poudre, par couches successives avec un laser, ou le SLA (Stéréolithographie Apparatus) utilisant de la résine photo-polymérisante sensible aux ultras-violets.

Tous ces systèmes utilisés par les entreprises restent assez coûteux (en machines, comme en consommables), et sont donc de ce fait restés inaccessibles au commun des mortels. Il fallut attendre 2005 et le projet RepRap pour diffuser cette technologie au plus grand nombre.

Aujourd'hui l'impression 3D se diversifie et se répand dans tous les corps de métiers. De nouvelles techniques apparaissent presque chaque jour et il est impossible d'en faire une liste exhaustive.
On imprime aujourd’hui des oreilles (http://ppfr.it/hw1/) ou des maisons (http://ppfr.it/hw0).

L'origine du projet RepRap

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/First_replication.jpg

Le projet RepRap.org est initié en 2005 (ouverture du blog.reprap.org en mars 2005) par Adrian Bowyer, docteur en Tribologie (la science du frottement) et professeur à l'université de Bath en Angleterre. Il travaille spécifiquement sur l'autoréplication en ingénierie, issue de la biomimétique*.

L'objectif du projet RepRap est de développer une machine de prototypage rapide capable d'imprimer des objets en plastique, financièrement et techniquement accessible à tous. On peut fabriquer soi-même cette machine grâce à une documentation internet dédiée qui se déploie via de nombreux sites, wikis*, blogs, forums.

Cette machine rend la technologie du prototypage rapide accessible à un plus large public, elle permet à des non-spécialistes de s'approprier cet outil, jusqu'alors réservé aux industriels, et de pouvoir ainsi la réparer, la modifier et l'adapter à de nouveaux usages. Elle engage dans ce domaine une autre manière d'envisager la fabrication numérique et initie une mutation au moins aussi vaste que celle apportée par les systèmes d'exploitation et les logiciels libres dans l'univers informatique.

Open Hardware, les bases d'une machine open source

Comme pour les logiciels libres, l'open hardware comprend ses modes de fonctionnement, des licences spécifiques, une documentation qui permet le partage et l'appropriation des connaissances. Une communauté relaie auprès de futurs constructeurs/utilisateurs les diverses avancées.

Spécificités de la RepRap, l'autoréplication

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Advanced_Automation_for_Space_Missions_figure_5-29.gif

RepRap s'appuie sur une approche autoréplicante selon le modèle de « Constructeur Universel » de John von Neumann, soit une machine théorique capable de construire tout, ou presque..., en l’occurrence, de se répliquer elle-même.

"Le constructeur universel de von Neumann est la démonstration de la possibilité logique de l'autoréplication (...). Le constructeur universel possède néanmoins, comme son nom l'indique, la propriété d'universalité : il lui est possible de créer non seulement des copies de lui-même, mais aussi des variantes." Source : Wikipedia (http://fr.wikipedia.org/wiki/Constructeur_universel.

Une RepRap peut en effet imprimer ses propres pièces de rechange et la majeure partie de ses pièces, sous forme de kit à assembler. Le principe d’autoréplication rejoint aussi une préoccupation économique et virale, puisqu'elle permet de descendre les coûts de production et de multiplier de façon exponentielle le nombre de machines. Une machine basée sur ce principe est en effet capable de produire 60 à 70 % de ses propres pièces, les autres parties étant constituées principalement d'éléments de quincaillerie courante.

Développement et déploiement de la communauté RepRap.org

Le projet connaît des développements multiples, des modifications et améliorations donnant lieu à de nouvelles versions, ou des projets adjacents à buts commerciaux : Makerbot, Ultimaker, etc... Une brève généalogie des Imprimantes 3D RepRap est présentée ci-dessous en images.

  • La Darwin: premier modèle

    http://reprap.org/wiki/File:All_3_axes_fdmd_sml.jpg

  • La Mendel : la structure en trapèze réduit la taille globale de la machine en préservant les dimensions de la surface d'impression.

    http://reprap.org/wiki/File:Mendel.jpg

  • La Mendel Prusa : Cette version comprend moins de pièces plastiques à imprimer et utilise un moteur supplémentaire pour l'axe Z.

    http://reprap.org/wiki/File:Assembled-prusa-mendel.jpg

  • Modèle Huxley : C'est un peu la version "sac à main" de RepRap, c'est une mini Mendel dont la surface d'impression est d'environ 14 x14 cm.

    http://reprap.org/wiki/File:Huxley.jpg

  • Modèle Wallace : Elle est basée sur le Modèle Printrbot, dont la structure a été retouchée pour plus de robustesse et disposant d'une plus large documentation. Sa forme de portique la rend paramétrique et peut-être plus évolutive....

    http://reprap.org/wiki/File:Wallace.jpg

  • Rostock : c'est un modèle plus singulier puisque c'est un robot delta* et non un robot cartésien* comme les précédentes machines évoquées. Le robot delta a théoriquement les avantages d'être léger, rapide et précis.

http://reprap.org/wiki/File:Rostock.jpg

Il en existe de nombreuses autres, étonnez-vous en visitant le site http://www.reprap.org/wiki/RepRap.

Confrontations à venir

La diffusion à grande vitesse des RepRaps dans le monde entier et les pratiques de partages de modèles 3D, liées au modèle open source et libre du projet, inquiètent les ayants droits* du système économique du 20ème siècle basé sur la propriété intellectuelle.

Il va y avoir et il y a déjà des tensions entre ces deux logiques contradictoires.

En novembre 2010, un texte annonciateur de Michael Weinberg a été publié sur PublicKnowledge.org. « Le temps viendra, et il viendra vite où les industries en place qui seront touchées exigeront de nouvelles lois restrictives pour l’impression 3D. Si la communauté attend ce jour pour s’organiser, il sera trop tard. [Elle] doit plutôt s’efforcer d’éduquer les décisionnaires et le public sur le formidable potentiel de l’impression 3D. Ainsi, lorsque les industries en place décriront avec dédain l’impression 3D comme un passe-temps de pirates ou de hors-la-loi, leurs déclarations tomberont dans des oreilles trop avisées pour détruire cette toute nouvelle nouveauté.»

Ainsi en 2013, "en France, un parlementaire a tenu à interroger les services d'Arnaud Montebourg, ministre chargé du redressement productif. La question publiée ce jour au Journal officiel et repéré sur Twitter par Alexandre Archambault, a été posée par le député UMP François Cornut-Gentille, élu de la Haute-Marne. Il souhaite connaître les projets du gouvernement pour contrer les reproductions illégales. "La prolifération de sites de téléchargement de ce genre de fichier est à craindre dans les années à venir ; elle risquerait, à terme, d'engendrer des effets aussi néfastes pour l'industrie que ceux que connaissent actuellement les secteurs de la musique et du cinéma", expose le politique, soulignant que la reproduction se fait "sans aucun droit de propriété et à moindres frais" à partir du moment où les plans sont récupérés. Le député souhaite ainsi savoir si des"dispositifs" sont envisagés pour réguler le marché de l'impression tridimensionnelle et en particulier encadrer l'usage qui peut en être fait. Au regard des précédents cités ci-dessus, il semble que le verrouillage des usages - s'il a lieu - se fera par le déploiement de verrous numériques (DRM)." (source wikipedia)

En ce sens, le projet RepRap a une dimension révolutionnaire qui, s'il préoccupe les dominants du système en place, porte en germe des changements profonds dans les rapports à l'industrie et au commerce et plus largement nos rapports sociaux et économiques.

  1. http://www.arsmathematica.org/news/rapport-ft/cybersculpture.htm^
  2. http://reindustrialisation.blogspot.fr/2012/08/impression-3d-meme-le-gouvernement_29.html^

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