Low-cost 3D Printing for Science, Education and Sustainable Development / Доступная 3Д печать для науки, образования и устойчивого развития: 4. Роль свободного программного и аппаратного обеспечения в революции 3D-печати

Марко Зеннаро
Отдел научных разработок,
Международный центр теоретической физики Абдус Салам, Триест, Италия
mzennaro@ictp.it

kindra 18.09.13 в 11:28

Марко Дзеннаро
Отдел распространения научных знаний,
Международный центр теоретической физики имени Абдуса Салама,
Триест, Италия
mzennaro@ictp.it

aks_id 10.11.13 в 17:28

Мы все еще не знаем, является ли настольная 3D печать предшественником «Третьей промышленной революции» как предположили Джереми Рифкин [1] и Крис Андерсон [2]. Это определенно одна из самых интересных технических тенденций и далее мы хотели бы подчеркнуть роль открытых программных и аппаратных средств в обеспечении её успеха.

kindra 18.09.13 в 11:28

Открытый источник (исходник) – это принцип проектировать, разрабатывать и распространять, предлагая практическую доступность к источнику продукта.

Термин «Открытый источник» ("Open Source") завоевал популярность с развитием Интернета, который обеспечил доступ к разнообразным производственным моделям, каналам связи и интерактивным сообществам. Первое время термин применялся только для исходного кода программного обеспечения, теперь же он применяется и в других областях. Фундаментальный отправной точкой проекта с открытыми исходниками является сообщество.

kindra 18.09.13 в 11:30

Открытый источник
Открытый источник («Open Source») – это подход к проектированию, разработке и распространению, предполагающий практическую доступность к исходному коду продукта.
Термин «Открытый источник» завоевал популярность с развитием Интернета, который обеспечил доступ к разнообразным производственным моделям, каналам связи и интерактивным сообществам. Первое время термин применялся только для исходного кода программного обеспечения, теперь же он применяется и в других областях. Основой проекта с открытым источником является общество.

alex_itz 20.10.13 в 16:24

Открытое программное обеспечение
Программное обеспечение с открытым исходным кодом (Open Source Software или OSS) [3] может быть определено как компьютерная программа, для которой удобочитаемый для человека исходный код сделан доступным в соответствии с лицензией авторского права (или классифицируется как публичная собственность), что соответствует определению «Открытый источник» [4]. Это позволяет пользователям использовать, изменять, улучшать программное обеспечение, и распространять его в измененной или не измененной форме. Это очень часто развивается общественным, совместным способом. Программное обеспечение с открытым исходным кодом - самый известный пример разработки открытых исходников и часто соответствует контенту, созданному пользователями.

kindra 18.09.13 в 11:30

Лицензирование
Общедоступные лицензии определяют привилегии и ограничения, которым должен следовать лицензиар, чтобы использовать, изменять или перераспределять программное/аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом.

kindra 18.09.13 в 11:30

Стандартная общественная лицензия (GNU/GPL)5 является самой распространенной лицензией открытого исходного кода. Из всего программного обеспечения, к которому она была применена, самое известное - ядро Linux. Фактически, GPL была применена к большинству тех программных модулей, которые включены в самые известные разновидности Linux`а. Его широкая привлекательность среди общественно открытых ресурсов происходит от факта, что он попадает в ту категорию простых открытых лицензий, которые обязывают стороны, которые хотят перераспределять такое программное обеспечение, в оригинале или в измененной (производной) форме, сделать так в соответствии с лицензионным соглашением, по которому такое программное обеспечение было получено. Таким образом, права пользования изменения и перераспределения программного обеспечения предоставляются по Общедоступной лицензии (GPL). GPL обязывает стороны предоставлять те же самые привилегии по тем же самым условиям для тех кто получает программное обеспечение.

kindra 18.09.13 в 11:31

Публичная творческая лицензия [6] (CC) используется, когда автор хочет дать людям право распространять, использовать, и даже основываться на работе которую он уже создал. Публичная творческая лицензия даёт автору выбор. Например, он мог бы позволить только некоммерческое использование своей собственной работы, которое защищает людей, которые используют или распространяют работу автора и поэтому они не беспокоятся о нарушении авторских прав, до тех пор, пока они соблюдают условия установленные автором.
Есть различные виды публичной творческой лицензии. Лицензии делятся по различным комбинациям привилегий и ограничений, которые определяют условия распространения.

kindra 18.09.13 в 11:31

Открытое программное обеспечение и 3D печать: на примере ReplicatorG

kindra 18.09.13 в 11:32

ReplicatorG7 – простая программа 3D печати с открытым исходным кодом. Это - программное обеспечение может быть использовано на MakerBot Replicator, Thing-O-Matic, CupCake CNC, RepRap`ом, или универсальным станком с ЧПУ ( СNС). Он может переработать g-код или *.STL файл; он кроссплатформенный (работает с Mac, Windows и Linux); легкий в установке; основанный на знакомом микроконтроллере Arduino. ReplicatorG используется тысячами пользователей 3D принтеров MakerBot.

kindra 18.09.13 в 11:33

ReplicatorG [7] – простая программа 3D-печати с открытым исходным кодом. Она используется на принтерах MakerBot Replicator, Thing-O-Matic, CupCake CNC, RepRap и универсальных станках с ЧПУ. Может обрабатывать G-код или файлы STL, кроссплатформенная (работает на Mac, Windows и Linux), легка в установке, основана на близких Arduino и Processing средах. ReplicatorG используют тысячи операторов MakerBot.

(Подпись к рисунку) Интерфейс ReplicatorG частично позаимствован у Arduino

aks_id 10.11.13 в 21:12

Благодаря простой открытой лицензии, ReplicatorG основывается на Arduino GUI (Graphical user interface) и обеспечивает простое использовать графического пользовательского интерфейса для управления и работы RepRap совместимых машин. Он подпадает под действие GNU GPL версии 2. Вот что говорится в преамбуле лицензии:

kindra 18.09.13 в 11:33

Благодаря открытой лицензии ReplicatorG основан на Arduino GUI и имеет простой пользовательский интерфейс для управления и работы с аппаратами, совместимыми с RepRap. Он лицензирован на условиях GNU GPL v2. Во вступительной части лицензии говорится:

aks_id 10.11.13 в 21:36

Когда мы говорим о свободном программном обеспечении, мы ссылаемся на свободу, а не на цену. Наша Стандартная общественная лицензия разработана, чтобы дать уверенность, что у Вас есть возможность раздавать копии бесплатного программного обеспечения (и загружать для этого услуги, если пожелаете), что вы получаете исходный код или можете его получить, если захотите, также вы можете изменить программное обеспечение или использовать его части в новых бесплатных программах. И Вы знаете, что Вы можете сделать это.

kindra 18.09.13 в 11:34

Когда мы говорим о свободном программном обеспечении, мы ссылаемся на свободу, а не на цену. Наша Стандартная общественная лицензия разработана, чтобы дать уверенность, что Вы имеете право распространять копии свободного программного обеспечения (и взимать плату за эту услугу, если пожелаете), что вы получите исходный код или можете иметь к нему доступ, если захотите, также вы можете изменить программное обеспечение или использовать его части в новых свободных программах; и Вы знаете, что Вы можете сделать это.

alex_itz 20.10.13 в 16:53

Чтобы защитить Ваши права, мы должны установить ограничения, которые помешают, кому бы то ни было отказывать Вам в этих правах или попросить, чтобы Вы отказались от этих прав. Эти ограничения объясняют определенные обязанности для Вас, если Вы распространяете копии программного обеспечения, или изменяете его.

kindra 18.09.13 в 11:34

Например, если Вы распространяете копии такой программы, либо бесплатно, либо за вознаграждение, Вы должны дать получателям все права, которыми Вы обладаете. Вы должны удостовериться, что они тоже получат или могут получить исходный код. И Вы должны показать им эти условия, чтобы они знали свои права.

kindra 18.09.13 в 11:34

Открытые аппаратные средства

Открытый ресурс аппаратных средств (OSH)8 отправляют компьютеру и электронным аппаратным средствам, которые разработаны тем же способом, что и программное обеспечение Открытого ресурса. Открытые ресурсы аппаратных средств являются частью культуры открытого ресурса, которая принимает идеи открытого ресурса в областям помимо программного обеспечения. Термин
прежде всего, использовался, чтобы отразить свободный выпуск информации о разработчике аппаратных средств, например схемы, перечень материалов и конфигурацию данных на печатной плате, часто с использованием Открытого ресурса программного обеспечения, чтобы вести аппаратные средства. В дополнение к существующим лицензиям на программное обеспечение, были предложены несколько новых лицензий. Эти лицензии разработаны, чтобы направить проблемы, характерные для аппаратных средств разработчикам. Один пример предоставлен лицензией воздушных шаров. Лицензия говорит, что каждый имеет право производить, продавать и распространять оболочки шаров неизмененными, не смотря на популярность, и за любую цену.

kindra 18.09.13 в 11:35

Открытое оборудование
Понятие "открытое оборудование" (OSH) [8] относится к компьютерам и электронным устройствам, которые разработаны тем же способом, что и программное обеспечение с открытым исходным кодом. Открытые аппаратные средства являются частью культуры открытого источника, которая принимает идеи открытого источника в областях помимо программного обеспечения. Термин, прежде всего, использовался, чтобы отразить свободный выпуск информации о разработке аппаратных средств, например схемы, перечень материалов и конфигурацию печатной платы, часто с использованием программного обеспечения с открытым кодом для управления устройством. В дополнение к существующим лицензиям на программное обеспечение, были предложены несколько новых лицензий. Эти лицензии разработаны, чтобы направить проблемы, характерные для аппаратных средств разработчикам. Один пример представлен лицензией воздушных шаров [9]. В лицензии говорится, что каждый имеет право производить, продавать и распространять оболочки шаров неизмененными, чем угодно заполненными, и за любую цену.

alex_itz 20.10.13 в 17:48

Arduino

Самый популярный пример открытых аппаратных средств – это печатная плата Arduino10. Arduino детище международной команды пяти инженеров: Массимо Банци и Джанлука Мартино из Италии; Дэвид Куартиллес из Испании; и Дэвид Меллис и Том Игои из США. Arduino была разработана Институтом Интерактивного проектирования Ивреа (IDII) в Италии, чтобы помочь студентам в действительности создать прототипы объектов, которые могли бы реагировать на их вводные сигналы.

kindra 18.09.13 в 11:35

Arduino
Самый популярный пример открытых аппаратных средств – это печатная плата Arduino [10]. Arduino -- детище международной команды пяти инженеров: Массимо Банци и Джанлука Мартино из Италии; Дэвид Куартиллес из Испании; и Дэвид Меллис и Том Игои из США. Arduino была разработана Институтом Интерактивного проектирования Ивреа (IDII) в Италии, в помощь студентам в деле построения объектов-прототипов, которые могли бы реагировать на входящие сигналы.

alex_itz 20.10.13 в 18:29

Аппаратные средства Arduino совершенно открытый ресурс (по лицензии CC) с файлами разработки и доступными техническими требованиями, так же как программное обеспечение контроля (под GPL) и документация (также под CC).
Единственной вещью, которая не является бесплатной, это имя торговой марки Arduino.

kindra 18.09.13 в 11:35

Печатная плата Arduino, как показано слева, состоит из 8-битного микроконтроллера автоматической регулировки напряжения Atmel с дополняющими компонентами, облегчающими программирование, и объединенные в другие схемы.
Важный аспект Arduino – это стандартный способ, который соединители
подвергаются, позволяя плате центрального процессора, соединиться с различными сменными модулями расширения, известные как щитки. Некоторые щитки устанавливают связь с печатной платой Arduino сразу же после различных выводов, но множество щитков в отдельности адресуемы через серийные шины связи, позволяя множеству щитков, расположенных друг над другом работать параллельно. Официальный Arduino использует микросхемы серии megaAVR, а именно ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, and ATmega2560.

kindra 18.09.13 в 11:36

Печатная плата Arduino, как показано слева, состоит из 8-битного AVR-микроконтроллера Atmel дополненного компонентами, облегчающими программирование и подключение к другим схемам.
Важный аспект Arduino – это стандартный способ размещения разъемов, позволяющий плате центрального процессора соединиться с различными сменными модулями расширения, известными как шилды. Некоторые шилды устанавливают связь с печатной платой Arduino напрямую через различные выводы, но многие шилды индивидуально адресуемы через шину I2C, что позволяет множеству шилдов, расположенных друг над другом, работать параллельно. Официальныe Arduino используют микросхемы серии megaAVR, а именно ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, и ATmega2560.

alex_itz 21.10.13 в 18:32

(подпись к изображению) Плата Arduino

Плата Arduino, как видно на изображении слева, состоит из восьмибитного микроконтроллера Atmel AVR с дополнительными компонентами, облегчающими программирование и внедрение в другие схемы. Важный элемент Arduino – это стандартизированные разъёмы, которые позволяют подключать к плате центрального процессора сменные модули расширения - так называемые щиты. Одни щиты связываются с платой Arduino напрямую через контакты разъёмов, другие могут получить индивидуальный адрес через последовательную шину I²C, что позволяет воткнуть в плату сразу несколько щитов и работать со всеми ними одновременно. Настоящий Arduino использует микроконтроллеры серии megaAVR, а именно ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, ATmega2560.

aks_id 16.11.13 в 17:14

Ряд других процессоров используемых совместимыми устройствами Arduino. Большинство плат включают линейный регулятор на 5 Вольт и кварцевый генератор на 16 МГц (или керамический резонатор в некоторых вариантах), также некоторые разработки, такие как LilyPad демонстрируют 8 МГц и обходятся без встроенного стабилизатор напряжения благодаря определенным ограничениям форм-фактора. Микроконтроллер Arduino также предварительно запрограммирован с загрузчиком операционной системы, который упрощает загрузку программ на микросхеме флэш-памяти, по сравнению с другими устройствами, которые обычно требуют внешнего программирования.

kindra 18.09.13 в 11:36

В Arduino-совместимых устройствах используются другие процессоры. Большинство плат содержат линейный регулятор на 5 Вольт и кварцевый генератор на 16 МГц (или керамический резонатор в некоторых вариантах), впрочем, некоторые разработки, такие как LilyPad, работают на 8 МГц и обходятся без встроенного стабилизатора напряжения благодаря определенным ограничениям форм-фактора. Микроконтроллер Arduino также предварительно запрограммирован загрузчиком, который упрощает загрузку программ на микросхему флэш-памяти, по сравнению с другими устройствами, которым обычно требуется внешний программатор.

alex_itz 22.10.13 в 15:48

Открытые аппаратные средства и 3D печать
Открытость Arduino значит, что плата микроконтроллера может быть обнаружена в основе многих общедоступных аппаратных средств устройств, включая 3D принтеры

kindra 18.09.13 в 11:36

До сих пор самый популярный настольный 3D принтер был первичной общедоступной основанный на оригинальном принтере RepRap: Репликатор MakerBot. Вопреки некоммерческому проекту RepRap, MakerBot (представленный в январе 2012) не фокусируется на цели саморепликации. Улучшенный 3D принтер имеет, более чем удвоенную встроенную оболочку, включает двойной экструдер, позволяющий двухцветное создание и обновленное электронное оборудование, включающее жидкокристаллический дисплей и панель управления для прямого взаимодействия с пользователем без необходимости в ПК. Репликатор продается только предварительно собранный. В сентябре 2012 Makerbot Industries представила Репликатор 2.

kindra 18.09.13 в 11:37

Пока самый популярный настольный 3D-принтер с оригинальным открытым дизайном основан на оригинальном принтере RepRap: Репликатор MakerBot. Вопреки некоммерческому проекту RepRap, MakerBot (представленный в январе 2012) не фокусируется на цели саморепликации. Улучшенный 3D принтер имеет более чем удвоенную площадь для печати, имеет двойной экструдер, позволяющий двухцветную печать и обновленную электронику, включающую ЖК-дисплей и панель управления для прямого взаимодействия с пользователем без необходимости в ПК. Репликатор продается только предварительно собранный. В сентябре 2012 Makerbot Industries представила Репликатор 2.

alex_itz 22.10.13 в 18:02

В новой версии 3D принтера снова увеличена максимальная площадь печати и есть возможность печатать слоями в 100 микрон. Отказались от двойного экструдера, но обновленная электроника, ЖК-дисплей и панель управления остались такими же, как у исходного Replicator. Прошивка, программное обеспечение для настольных систем и форматы файлов были также изменены в этой версии, для поддержки дополнительной точности и размера. В отличие от предыдущей модели, Replicator 2 может печатать только пластиком PLA и не включает в себя нагревательную платформу, экструдер или высокотемпературные настройки для ABS-пластика. Replicator 2 продается только предварительно собранным. Примерно в сентябре 2012 компания заявила, что в ее новом Replicator 2 они «не будут делиться разработками аппаратной части или графическим пользовательским интерфейсом» [11]. Это отклонение от предыдущей модели OSH было раскритиковано частью общественности, включая соучредителя, а теперь бывшего сотрудника, Закари Смита. Решение было высказано в ответ на появление почти идентичного клона Replicator, названного Tangibot. MakerBot не стал полностью проприетарным, поскольку начальный Replicator все еще общедоступен.

alex_itz 22.10.13 в 19:21

3D-принтер новой версии вновь увеличил рабочий объем и может печатать слоями толщиной 100 микрон. Возможность сдвоенного экструдера была отброшена (но вновь появилась в модели Replicator 2X. прим. пер.), но улучшенная электроника; ЖК-дисплей и панель управления остались теми же, что и у исходного Replicator . Прошивка, программное обеспечение для настольной системы и форматы файлов также были изменены в этой версии для обеспечения дополнительной точности и размера. В отличие от предыдущих моделей, Replicator 2 может печатать только полилактидом (ПЛА) и не включает в себя нагревательную платформу, специальный экструдер и высокотемпературные настройки для ABS-пластика. Replicator 2 продаётся только в собранном виде. Примерно в сентябре 2012 года компания заявила, что в новом Replicator 2 они «не будут делиться разработками аппаратной части и графического пользовательского интерфейса» [11]. Отход от модели открытых аппаратных средств (модели OSH) вызвал критику части сообщества, включая соучредителя, а теперь и бывшего сотрудника, Закари Смита. Утверждается, что этот ход явился ответом на появление почти полного клона Replicator, названного Tangibot. MakerBot не стал полностью проприетарным, поскольку исходники первого Replicator всё ещё открыты.
[вер. mishavolkin]

Woolpit 04.12.13 в 09:20

Популярный интернет-магазин Thingiverse от MakerBot и сообщество хакеров остаются бесплатными и открытыми, в отличие от других онлайновых розничных магазинов для проектов 3D печати.

kindra 18.09.13 в 11:37

LulzBot АО-10012, от Aleph Objects, Inc., было первым аппаратным изделием, которое получило сертификат «Признание Ваших прав» от Фонда свободных программных средств13. Эти аппаратные средства сертификации продукта поощряют создание и продажу аппаратных средств, которые сделают, на сколько это возможно, уважение Вашей свободы и Вашей конфиденциальности, и дадут уверенность, что вы контролируете Ваше устройство. Алеф объекты были созданы с идеей, что люди должны быть свободно пользоваться, обучаться и улучшать устройства, которые они используют. А так же совместно использовать их улучшения и нововведения. Все их принтеры поставляют с разработанными аппаратными средствами, программным обеспечением и документацией в соответствии с бесплатными лицензиями. Получаете все это — исходный код, конструкторскую документацию и спецификации — все нуждается в контроле, починке, фиксации и совершенствовании в каждом аспекте принтера.

kindra 18.09.13 в 11:38

Библиография:
1 Jeremy Rifkin, The Third Industrial Revolution: How lateral Power is Transforming Energy, the Economy, and World, Palgrave Macmillan, 2011
2 Chris Anderson, Makers: The New Industrial Revolution, Crown Business, 2012
3 http://en.wikipedia.org/wiki/Open_source_software
4 http://www.opensource.org/docs/definition.php
5 http://www.gnu.org/licenses/gpl.html
6 http://creativecommons.org/licenses/
7 http://replicat.org/
8 http://en.wikipedia.org/wiki/Open_source_hardware
9 http://www.balloonboard.org/licence.html
10 http://www.arduino.cc
11 http://www.makerbot.com/blog/2012/09/24/lets-try-that-again/
12 http://www.lulzbot.com/company
13 http://www.fsf.org/resources/hw/endorsement/respects-your-freedom

Woolpit 19.09.13 в 12:57