Готовый перевод 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 Дзеннаро
Отдел научных публикаций,
Международный центр теоретической физики имени Абдуса Салама,
Триест, Италия
mzennaro@ictp.it

Сегодня ещё неизвестно, является ли настольная 3D-печать предвестником «Третьей промышленной революции», как предположили Джереми Рифкин [1] и Крис Андерсон [2]. Но это определённо одно из самых интересных направлений развития окружающих нас технологий. На следующих страницах мы хотим рассказать о роли открытого программного и аппаратного обеспечения в её успехе.

Открытые источники
Открытые источники (open source) - это подход к проектированию, разработке и распространению, предоставляющий реальный доступ к источникам продукта (исходному коду, использованным материалам и т.д. - Прим. пер.).
Понятие открытые источники распространилось с появлением интернета, который дал доступ к разнообразным производственным моделям, каналам связи и интерактивным сообществам. Изначально это понятие применялось только по отношению к исходному коду компьютерных программ, но сейчас его используют и во многих других областях. Основа проекта с открытыми источниками - это сообщество.

Открытое программное обеспечение
Открытое программное обеспечение (Open Source Software) [3] можно определить как компьютерную программу с исходным кодом в понятном для человека виде; доступ к коду обеспечивается авторской лицензией (или, например, соглашением о переходе в общественное достояние), согласующейся с определением открытых источников [4]. Такие программы можно использовать, изменять, улучшать и распространять в исходной или изменённой форме. Программное обеспечение с открытым исходным кодом — самый известный пример развития открытых источников, его часто сравнивают с пользовательским контентом.

Лицензирование
Лицензии на открытые источники определяют права и ограничения, которым должен следовать лицензедатель для использования, изменения и дальнейшего распространения открытого программного или аппаратного обеспечения.

Универсальная общественная лицензия GNU (GNU GPL) [5] - самая распространённая лицензия для открытых источников. Самое известное ПО под этой лицензией - ядро Linux. В действительности под GPL вышло большинство программных модулей, вошедших в самые известные дистрибутивы Linux. Её широкая привлекательность в сообществе open source основана на том, что GPL относится к той категории лицензий для ПО с открытым исходным кодом, которая обязывает при распространении данного ПО в оригинальном или изменённом виде наделять его теми же условиями лицензионного соглашения, под которыми оно было получено. Таким образом, предоставляя право на использование, изменение и дальнейшее распространение программы, лицензия GPL требует от сторон расширить прописанные в ней права и условия на всех будущих пользователей программы.

Лицензия Creative Commons (CC) [6] используется в том случае, если автор хочет дать людям право делиться его работой, использовать её или даже пристраивать к своим собственным наработкам. Creative Commons предоставляет автору гибкие условия (к примеру, можно разрешить только некоммерческое использование своей работы) и защищает тех, кто распространяет авторскую работу, так что им не приходится волноваться о нарушении авторских прав до тех пор, пока они придерживаются указанных автором условий. Есть несколько видов лицензии CC, которые представляют собой разные комбинации условий распространения.
[прим. ред. - В статье Википедии http://ru.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons про эту лицензию обсуждаются варианты перевода, и упоминается что ни один из вариантов в нашей стране не прижился, поэтому читаем просто «криэ́йтив ка́мэнс»]

Открытое программное обеспечение в 3D-печати на примере ReplicatorG

ReplicatorG [7] – простая программа 3D печати с открытым исходным кодом. Это - программное обеспечение может быть использовано на принтерах MakerBot Replicator, Thing-O-Matic, CupCake CNC, RepRap, или универсальном станке с ЧПУ (СNС). Программа способна обработать G-код или STL-файл; является кроссплатформенной (работает с Mac, Windows и Linux); легка в установке; в основе лежат знакомые среды разработки Arduino и Processing. ReplicatorG используется тысячами пользователей 3D принтеров MakerBot.
Интерфейс ReplicatorG частично позаимствован у Arduino.

Благодаря открытой лицензии, ReplicatorG основывается на Arduino GUI (Graphical user interface) и предлагает простой в пользовании интерфейс для управления и работы RepRap-совместимых машин. Он подпадает под действие GNU GPL версии 2. Во вступительной части лицензии говорится:

Говоря о свободном программном обеспечении, мы имеем в виду именно свободу, а не безвозмездность. Наша универсальная общественная лицензия разработана, чтобы гарантировать вам право распространять копии свободного программного обеспечения (в том числе за деньги, если есть такое желание), получать исходный код, вносить изменения в программное обеспечение и использовать его части в новых свободных программах, а также право знать, что у вас есть все эти возможности.

Чтобы защитить ваши права, нам приходится ввести ограничения, запрещающие кому бы то ни было лишать вас этих прав или просить вас отказаться от них. Эти ограничения налагают на вас определенные обязательства в том случае, если вы распространяете копии программного обеспечения или изменяете его.

Например, если вы распространяете копии такой программы, будь то платно или бесплатно, вы обязаны передать новым пользователям все права, которыми сами обладаете. И убедиться, что они тоже, как и вы, получат исходный код или будут иметь возможность его получить. Вы также должны ознакомить их с данными условиями, чтобы они знали свои права.

Открытое аппаратное обеспечение
Понятие открытое аппаратное обеспечение (Open Source Hardware) [8] относится к компьютерам и электронным устройствам, разработанным по тому же принципу, что и открытое программное обеспечение. Открытое аппаратное обеспечение - часть культуры открытых источников, которая переносит идею открытых источников в другие области, отличные от программного обеспечения. Это понятие начали использовалось для того, чтобы применить идею свободного доступа к информации в области разработки аппаратных средств, например, в отношении схем, перечней материалов и конфигураций печатной платы (часто для управления такими устройствами также используется открытое программное обеспечение). В дополнение к существующим лицензиям на ПО были предложены несколько новых, составленных с учётом специфики разработки оборудования. Один из примеров - лицензия на платы Baloon [9]. Лицензия даёт каждому право производить, продавать и распространять платы Baloon в неизменном виде или с какими-нибудь дополнениями и требовать за них любую цену.

Arduino
Самый известный пример открытого аппаратного обеспечения – это плата Arduino [10]. Arduino – детище международной группы из пяти инженеров: Массимо Банци и Джанлуки Мартино из Италии, Давида Картьеллеса Испании, а также Дэвида Меллиса и Тома Айго из США. Arduino была разработана Иврейским институтом интерактивного дизайна (Interactive Design Institute Ivrea - IDII) в Италии, чтобы помочь студентам создавать прототипы объектов, способных реагировать на входные сигналы.

Аппаратные средства Arduino полностью открыты (по лицензии CC), включая файлы разработки и спецификации, а также программы контроля (под GPL) и документацию (также под CC).
Единственное, что не свободно в Arduino - это само название, которое является торговой маркой.

(подпись к изображению) Плата Arduino

Плата Arduino, как видно на изображении слева, состоит из 8-битного 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 шилды. Одни шилды связываются с платой Arduino напрямую через контакты разъёмов, другие могут получить индивидуальный адрес через последовательную шину I²C, что позволяет воткнуть в плату сразу несколько шилды и работать со всеми ними одновременно. Официальный Arduino использует микроконтроллеры серии megaAVR, а именно ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, ATmega2560.

В аналогах Arduino используются и другие процессоры. Большинство плат содержат линейный регулятор на 5 В и кварцевый генератор на 16 МГц (в некоторых вариантах керамический резонатор), но некоторые устройства, такие как LilyPad, работают на 8 МГц и обходятся без встроенного стабилизатора напряжения благодаря определённым ограничениям форм-фактора. При этом на микроконтроллере Arduino предустановлен загрузчик, благодаря чему загрузка программ на чип флэш-памяти проходит проще, чем на других устройствах, требующих для себя внешнего программатора.

Открытые аппаратные средства и 3D-печать
Открытость Arduino означает, что эту микроконтроллерную плату можно найти во множестве устройств со свободными аппаратными средствами, включая 3D-принтеры.

Самый популярный сейчас (в 2013 году) настольный 3D-принтер — это оригинальный проект с открытыми источниками, основанный на принтере RepRap - Replicator фирмы MakerBot. В отличие от некоммерческого проекта RepRap, MakerBot (дата выхода - январь 2012 г.) не стремится к разработке самореплицирующегося принтера. Вместо этого технически усовершенствованный 3D-принтер получил в два с лишним раза больше пространства для печати, двойной экструдер, позволяющий создавать двухцветные модели, и дополнительную электронику, в том числе ЖК-дисплей и панель управления для прямого взаимодействия с пользователем без подключения к ПК. Replicator продаётся только в собранном виде. В сентябре 2012 года Makerbot Industries представила Replicator 2.

В новой версии 3D-принтера снова увеличилось пространство для печати, а ещё теперь он печатает слоями толщиной в 100 микрон. Двойного экструдера больше нет, но дополнительная электроника, ЖК-дисплей и панель управления остались теми же, что и у исходного Replicator. Встроенное ПО, программы рабочего стола и форматы файлов были в этой версии изменены для поддержки 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 настройки высокой температуры, необходимые для АБС-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 вызвал критику части сообщества, включая соучредителя, а теперь бывшего сотрудника Закари Смита. Такое решение MakerBot объяснили реакцией на появление почти полного клона Replicator, названного Tangibot. MakerBot не стал полностью проприетарным (сохраняющим за собой монополию на использование, копирование и модификацию), поскольку исходники первого Replicator всё ещё открыты.

Общедоступное онлайн-хранилище MakerBot Thingiverse и сообщество хакеров остаются свободными и открытыми, в отличие от других розничных онлайн-магазинов для проектов 3D-печати.

Принтер LulzBot АО-10012 от Aleph Objects был первым устройством, которое успешно прошло аттестацию «Respects Your Freedom» (англ. «Уважает вашу свободу») Фонда свободного программного обеспечения [13]. Эта программа аттестации аппаратных средств поощряет создание и продажу аппаратного обеспечения, которое не ограничивает вашу свободу, не вмешивается в личную жизнь и даёт гарантию того, что вы контролируете данное устройство. Aleph Objects была создана с мыслью, что люди должны свободно пользоваться устройствами, учиться на них, улучшать их и делиться своими улучшениями и новшествами с сообществом. Все их принтеры поставляются со схемами аппаратных средств, программным обеспечением и документацией под свободными лицензиями. Вы получаете всё: исходный код, документацию со схемами и спецификациями — всё, что нужно для контроля, наладки, ремонта и совершенствования любого аспекта работы принтера.

Ссылки:
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://ru.wikipedia.org/wiki/Открытое_программное_обеспечение
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://ru.wikipedia.org/wiki/Открытое_аппаратное_обеспечение
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

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/41907/160839

Переводчики: aks_id, Woolpit, alex_itz