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Esta página tenta explicar, em linhas gerais, como todas as peças se encaixam para criar uma RepRap.

Porém, se você quiser pular tudo isso e ir direto pôr as mãos na massa, a melhor opção é dar uma olhada no The incomplete RepRap beginner's guide e na categoria build instructions. Além destes guias, talvez você queira dar uma olhada na seção Modelos abaixo.

Estrutura de componentes da RepRap.

Dito isto, para termos uma visão geral, devemos começar discutindo os diferentes modelos de RepRaps, e então partir para os quatro componentes principais de uma RepRap:

  • O conjunto de ferramentas de software.
  • A parte eletrônica.
  • O corpo mecânico.
  • O extrusor.


Modelos

Hoje em dia, há um número crescente de instruções de construção bons e detalhados para RepRaps! Clique no nome abaixo da figura para ler mais sobre cada projeto de modelo.

Se você for steampunk ou só gostar de fazer as coisas sem kits comerciais, há também as RepStraps.

Conjunto de Ferramentas de Software

A grosso modo, o conjunto de ferramentas de software pode ser dividido em 3 partes:

  1. Ferramentas CAD.
  2. Ferramentas CAM.
  3. Firmware para eletrônicos.

Ferramentas CAD

As ferramentas de desenho assistido por computador, ou ferramentas CAD (do inglês Computer Aided Design), são usadas para projetar peças tridimensionais para impressão.

Software

Na verdade, ferramentas CAD são projetadas para permitir a fácil modificação e manipulação de peças baseada em parâmetros. Às vezes, arquivos CAD são chamados de arquivos paramétricos. Eles costumam representar peças ou montagens em termos da geometria sólida construtiva, ou CSG (do inglês Constructive Solid Geometry). Usando CSG, peças podem ser representadas como uma árvore de operações booleanas executadas sobre formas primitivas como cubos, esferas, cilindros, pirâmides etc.

Aplicações de software de código livre/libre/aberto (FLOSS) que recaem nessa categoria seriam OpenSCAD, FreeCAD e HeeksCAD, além de outros. Exemplos de ferramentas CAD proprietárias e totalmente paramétricas são a PTC Creo (anteriormente PTC Pro/Engineer), SolidWorks, Autodesk Inventor e outras.

Nesses programas, a geometria é tipicamente armazenada numa árvore de recursos, onde as dimensões podem ser modificadas numericamente, e a geometria é então gerada novamente com alta precisão. A geometria é uma representação matemática onde, por exemplo, um círculo é gerado a partir dos parâmetros de centro, raio e plano (daí "paramétrico"). Não importa o quanto você amplie, um círculo continua curvo, e o programa CAD não encontra problema para achar o centro quando você clica nele. Isto pode ser bastante útil ao se fazer desenhos com dimensões entre o círculo e seções que precisam ser concentricamente removidas.

Outra categoria mais ampla de ferramenta CAD seriam aplicativos que representam peças com uma malha poligonal. Estes aplicativos são para serem usados mais em efeitos especiais e aplicações artísticas. Eles também parecem ser um pouco mais intuitivos. Aplicações FLOSS nesta categoria seriam o Blender e o Art of Illusion. Dentre as ferramentas proprietárias, estão o 3ds Max, o Alias, o SketchUp e outros.

Além disso, você pode criar formas apenas com um navegador, em certos websites como TinkerCAD.com (fácil) ou 3DTin.com (mais sofisticado). Estes permitem que você baixe a geometria final.

Algumas das ferramentas supracitadas também usam dados paramétricos para gerar as geometrias, mas muitas apenas registram as posições dos vértices dos polígonos que formam os modelos. Algumas usam parâmetros para gerar a geometria, mas esquecem esses dados depois que os vértices são posicionados. Uma curva é, portanto, uma aproximação, gerada por certo número de segmentos de reta entre pontos. Como tal, estas ferramentas são mais adequadas ao design em que a precisão das dimensões é menos importante do que a aparência e a facilidade de uso.

Se quiser imprimir usando o mínimo de material, com as partes do desenho otimizadas por volume em função das tensões, você pode usar otimização de topologia por meio de software para uso não comercial, como Topostruct e BESO, ou de código livre e aberto, como o Topy, um software de otimização de topologia escrito em Python pelo brilhante William Hunter.

Pode ser útil ter um software de engenharia de rede, que criará um suporte para sua peça ou preencherá a peça para poupar material. Um dos programas mais usados é Materialize Magics, mas há também o Netfabb. Ambos são software proprietário, não livre.

Arquivos

Na maioria das vezes, aplicativos de software 3D salvam seus arquivos em formato específico do aplicativo, que, no caso de ferramentas de CAD proprietárias, costuma ser um segredo comercial muito bem guardado e modificado com frequência.

Há poucos formatos de arquivo CAD intercambiáveis. Os dois formatos de arquivo CSG intercambiáveis mais usados são STEP e IGES. Ambos extraem as geometrias dos dados paramétricos e oferecem apenas sólidos "mortos". Características podem ser adicionadas ou removidas, mas a forma básica é bloqueada. Atualmente, não há um formato de arquivo intercambiável industrial que retenha dados paramétricos.

O formato de arquivo de malha intercambiável mais usado é o STL. Arquivos STL são importantes porque, como veremos abaixo, são usados por ferramentas CAM.

Arquivos de malha não podem ser convertidos em formatos de arquivo CSG porque não contêm dados paramétricos - apenas as coordenadas dos vértices do polígono que compõem o sólido. Contudo, formatos de arquivo CSG podem ser convertidos em formatos de arquivo de malha.

Portanto, se você estiver projetando uma peça, é uma boa ideia fazê-lo usando um aplicativo CAD CSG e salvar e distribuir seu arquivo paramétrico original junto com os arquivos STL gerados.

  • Formato de arquivo paramétrico

  • formato de exportação STEP

  • Formato de malha STL

Ferramentas CAM

Ferramentas de manufatura auxiliada por computador, ou ferramentas CAM (na sigla em inglês), trabalham na etapa intermediária de traduzir arquivos CAD num formato de máquina usado pela eletrônica da RepRap. Mais informações na página Conjuntos de ferramentas CAM.

Software

Software de Fatiamento

Para transformar uma peça tridimensional em formato de máquina, o software CAM precisa de um arquivo STL. O formato de máquina usado para impressão é chamado Código G. Versões anteriores de RepRaps usavam um protocolo chamado SNAP, mas agora são usados os códigos G, de padrão industrial. Para converter arquivos STL para código G, você pode usar um dos programas a sequir:

  1. MatterSlice (Rápido e repleto de recursos - funciona com MatterControl)(código aberto)
  2. Skeinforge (Datado)(Apesar disso, ainda é um dos melhores e mais recomendados para impressões precisas)
  3. Cura (Também inclui um transmissor de código G)(Extremamente rápido e preciso)
  4. Slic3r (Solução popular para a maioria dos RepRappers)(Vários bugs em cada lançamento)
  5. Kisslicer (Rápido e preciso com poucos bugs)(Código fechado)
  6. RepSnapper
  7. Software de Hospedagem do RepRap
  8. X2sw
  9. SuperSkein
  10. SlicerCloud (Solução Slic3r online)
  11. Simplify3D (Suíte completa paga)
  12. Cloud3Dprint (Fatie seus arquivos 3D para as mais de 150 impressoras suportadas ou insira o parâmetro de sua própria impressora 3D)

A conversão de STL para código G fatia a peça como um salame, e então olha para o corte transversal de cada fatia e encontra o trajeto que o cabeçote de impressão deve percorrer para expelir o plástico, e calcula a quantidade de filamento a alimentar o extrusor pela distância percorrida.

(Nomalmente você não precisa corrigir, editar ou manipular arquivos STL diretamente, mas, se você o fizer, pode achar útil o software em Software para tratar arquivos STL.)

Interpretador de Código G

Após ter seu arquivo de código G, você deve executá-lo através de um interpretador de código G. Este lê cada linha do arquivo e envia aos motores os sinais eletrônicos correspondentes para informar à RepRap como mover-se. Há duas formas principais de executar um interpretador de código G:


1) A forma mais comum é interpretar o código G na firmware de um microcontrolador. Geralmente, o microcontrolador é baseado em AVR, que é usado no Arduino. Para tranferir os arquivos de código G ao microcontrolador, você precisa de um jeito de enviar o código G ao microcontrolador. Mais detalhes abaixo.


2) A forma alternativa é interpretar o código G usando um software que se executa num S.O. multi-propósito como um linux. Dois exemplos são EMC e Redeem. Com tais tipos de interpretadores, não há transmissor de código G. O sistema operacional se comunica diretamente com um hardware especial que controla os sinais do motor. Para o EMC, geralmente se utiliza a porta paralela do computador. Para o Redeem, utiliza-se a PRU construída na CPU ARM da Texas Instruments sobre o Beaglebone Black.


Transmissor de código G

Para enviar os arquivos de código G ao interpretador de código G do microcontrolador, deve-se recorrer a um dos procedimentos:

  1. Carregar o arquivo de código G num cartão de memória (geralmente um SD card), caso haja suporte.
  2. Enviar os arquivos em partes pequenas (geralmente uma linha por vez) através de uma porta serial (nível TTL ou RS-232, geralmente usada com um conversor USB), ou uma conexão USP direta usando um dos porgramas a seguir na sua estação de trabalho:

Algumas das opções são de plataforma cruzada, enquanto outras só funcionam com certos sistemas operacionais ou têm afinidade com interpretadores de firmware integrados específicos.

Arquivos das Peças

Os principais arquivos usados pelas ferramentas CAM são os STL e os códigos G. Ferramentas CAM convertem arquivos STL em código G. Os arquivos STL oficiais para a Mendel estão armazenados no repositório subversion do RepRap. Para obter uma cópia desses arquivos, execute os comandos a seguir no ubuntu: 

sudo apt-get install subversion
svn co https://svn.code.sf.net/p/reprap/code/trunk/mendel/mechanics/solid-models/cartesian-robot-m4/printed-parts/

Isto criará um diretório cheio de arquivos STL que você poderá então entregar ao seu vizinho que já possui uma RepRap, e ele poderá imprimir as peças para você. Você perceberá também que esse diretório contém arquivos AoI. Esses arquivos são para o Art of Illusion. Este, por sua vez, é o aplicativo que foi usado para projetar as peças e então salvá-las como arquivos STL.

Firmware

A eletrônica do RepRap é controlada por uma CPU econômica como o processador Atmel AVR. Processadores Atmel são os usados por microcontroladores baseados em Arduino. Estes processadores são bem fraquinhos, até mesmo comparados aos PCs médios de 10 a 15 anos encontrados no lixão hoje em dia. Contudo, eles são CPUs e, portanto, executam software primitivo. Este software primitivo que eles executam é a firmware da RepRap.

De toda a cadeia de software que faz a RepRap funcionar, a parte da firmware é o mais perto que se chega da programação de fato. Tecnicamente, o termo para o que você está fazendo com a firmware é Of the entire software chain that makes the Reprap work, the firmware portion of it is the closest you get to actual programming. Technically, the term for what you are doing with firmware is called compilação cruzada.

Este processo consiste mais ou menos das seguintes etapas:

  1. Instale a IDE Arduino no seu PC.
  2. Baixe algum código-fonte de firmware de um website.
  3. Faça pequenas mudanças no código-fonte para especificar qual hardware você tem.
  4. Compile a firmware usando a IDE do Arduino.
  5. Conecte o controlador ao seu PC via cabo USB.
  6. Faça upload da firmware na CPU do seu controlador.

Alguns eletrônicos como o Smoothieboard requerem uma firmware personalizada.


Códigos G

Depois que seu microncontrolador estiver com a firmware carregada, ele estará pronto para aceitar códigos G pela porta serial RS-232 (também chamada porta COM) emulada pelo software. Esta porta aparece quando você conecta seu arduino ao PC via USB. Você pode usar um programa para enviar os códigos G pela porta serial, ou pode digitá-los a mão se você abrir um aplicativo terminal simples como o hyperterm ou o minicom. Se você usar um programa, ele usualmente tomará arquivos em formato gcode.

Para toda firmware disponível, veja a Lista de Firmware. A seguir, uma breve lista do mais popular de firmware:

Software

Para compilar e fazer upload da firmware no seu eletrônico baseado em arduino, use a IDE do arduino, que você pode baixar do website do arduino.

Arquivos/Ficheiros

Os arquivos de firmware são geralmente empacotados como código-fonte para um projeto de IDE do Arduino. Um código-fonte do Arduino consiste de um conjunto de arquivos PDE (ou INO, a partir da versão 1.0) junto com alguns arquivos .cpp e .h dentro. A IDE do Arduino compila o código-fonte num único arquivo .hex. Quando você clica no ícone de upload da IDE, ela faz o upload do arquivo .hex no eletrônico.

Mais Informações

Eis um resumo de tudo o que foi dito até aqui, com exceção do software CAD:

RepRap Toolchain.jpg

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