‘3D-printen gaat niet alles overnemen. Het wordt op dit moment erg gehypet’

Ze voorzien een nieuwe industriële revolutie. Volgens hoogleraar biomedical enigineering Paul Breedveld is het een grote hype. IO’ers Jouke Verlinden en Zjenja Doubrovski denken dat we schoenen gaan printen. Op 24 en 25 november geven de onderzoekers lezingen tijdens de week van het 3D printen in de TU Library.

Prof.dr.ir. Paul Breedveld (afdeling biomedical engineering bij 3mE), ontwikkelt flexibele chirurgische instrumenten voor sleutelgatoperaties. Hij vertelt wat de 3D-printtechnologie betekent.

“Vierduizend jaar geleden bedacht de mens de draaibank. We zijn gewend geraakt om daar ronde objecten mee te maken. Buizen zijn rond, en assen, tandwielen en cilinders ook. 3D-printers zijn veel minder geschikt voor deze vormen. Ze maken bewegingen langs drie assen en volgen daarmee het cartesisch systeem. Je kunt daarmee slechts bij benadering ronde vormen printen. Op microschaal maak je blokjes.”

Medische instrumenten
“Toch gebruiken we steeds vaker 3D-printers bij het fabriceren van medische instrumenten, bijvoorbeeld om handgrepen op maat te maken. Daar kan het zeer geschikt voor zijn. Een aantal jaren geleden hebben we ook geprobeerd om er een heel instrument mee te maken omdat het een zeer complexe 3D-vorm had. Een model op grote schaal werkte uitstekend, maar op de werkelijke schaal ontstonden er problemen, onder meer doordat je op microschaal geen assen in naven kunt printen met voldoende nauwkeurige passingen.”

Krom
“Dat cartesische systeem is slechts het eerste probleem. Op het moment dat bepaalde printvloeistoffen stollen, ontstaan er vervormingen. Vaak trekken dunwandige structuren krom tijdens het droogproces. Veel kunststoffen worden bovendien na een tijdje bros en dunne kanalen groeien tijdens het printproces soms dicht. Hoewel het een veelbelovende techniek is, zijn er met 3D-printers veel dingen die je niet kunt maken. De huidige 3D-printtechnologie is al redelijk geoptimaliseerd. Wij werken in Delft met machines die top of the bill zijn en toch lopen we in de fijn-fabricage tegen allerlei grenzen aan.”

Hype
“3D-printtechniek is een nieuwe maaktechnologie die zeker een plekje krijgt. Ik ben enthousiast en kritisch tegelijk. Misschien kun je stellen dat er al een revolutie heeft plaatsgevonden; de techniek wordt gebruikt bij het maken van prothesen, zoals kunstheupen en -knieën. En je kunt er modellen mee maken op grote schaal en kunstwerken. Daar is het fantastisch voor. Maar 3D-printen gaat niet alles overnemen. Het wordt op dit moment heel erg gehypet. Computergestuurd frezen was een tijdje geleden ook in. Die technologie heeft nu een plek gekregen te midden van alle andere fabricagetechnologieën.”

Lego
“Of we straks thuis een legostukje kunnen printen? Daar ben ik niet zeker van. Lego wordt gemaakt met ontzettend hoge nauwkeurigheden. Ik heb wel eens een cardankoppeling van Lego vergeleken met een koppeling van metaal die wij in een instrument gebruikten. Die van Lego was nauwkeuriger. Je moet niet verwachten dat je thuis een printer krijgt die dat kan evenaren voor dezelfde kostprijs. Ik geloof niet in een wereldwijde revolutie van de 3D printer. Maar wel in een veelbelovende nieuwe maaktechnologie die andere dingen mogelijk zal maken dan waaraan we nu gewend zijn.”

Industrieel ontwerpers dr.ir. Jouke Verlinden en ir. Zjenja Doubrovski onderzoeken welke nieuwe mogelijkheden 3D-printtechnologie en digitaal ontwerpen bieden aan ontwerpers.

Verlinden: “De verwachtingen van 3D-printen zijn heel hoog. De meest gestelde vraag is; wanneer krijgt iedereen een 3D-printer in huis? Maar dat is niet de goede vraag. Je moet je afvragen waar behoefte aan is. In de ruimte ben je met een 3D-printer echt geholpen als je bepaalde onderdelen nodig hebt. En in Lapland of Ghana is het handig om moertjes of boutjes te kunnen printen. Maar in Nederland springen we gewoon op de fiets en rijden we naar de Gamma.”

Op maat
Doubrovski: “De techniek is ook handig om producten mee op maat te maken. Neem nu schoenen. Er zijn natuurlijk al maten, maar dat kan veel nauwkeuriger. Ik stel me zo voor dat als je in de toekomst in een schoenwinkel komt, een scanner je voeten opneemt en dat je schoenen vervolgens worden geprint met nylonachtige kunststof.”

Hype curve
Doubrovski: “Wordt 3D-printen gehypet? Absoluut. En dat is helemaal niet erg. Dat gebeurt met elke belangrijke techniek. Volgens de beroemde hypecurve van adviesbureau Gartner zit 3D-printen voor consumenten nu op de piek van de hype. 3D-printen in het bedrijfsleven is net voorbij de top.”

Verlinden: “Vooral large scale printing is een hype; het idee dat grote voorwerpen zoals huizen en auto’s geprint zullen worden met 3D-printers op robotarmen. De bestaande bouwtechnieken leveren veel robuustere constructies op. Vooral kunstenaars experimenteren large scale printing. Het gaat hen deels om de schoonheid van de beweging.”

Fab labs
Verlinden: “Maar er zit zeker muziek in 3D printen. Wereldwijd heb je talloze Fab Labs; plekken waar men met open source software werkt aan het verbeteren van 3D-printtechnologie en waar nieuwe materialen worden ontwikkeld. Wood fill is hier een voorbeeld van. Het is een mix van hout en kunststof; heel interessant spul. Door de temperatuur van de spuitmondjes te variëren kun je het materiaal verschillende kleuren geven.”

Multifunctioneel
Doubrovski: “Je kunt met 3D printers plaatselijk structuren anders maken, bijvoorbeeld door het aanbrengen van kleine openingen en uitstulpingen of het mixen van materialen. Een en hetzelfde onderdeel gedraagt zich daardoor op verschillende plekken anders. Daar waar je van oudsher verschillende onderdelen en productieprocessen nodig zou hebben om iets te maken –bijvoorbeeld een autostoel – kun je met 3D-printtechnologie af met een enkel proces en onderdeel. Wij kijken wat deze technologie betekent voor ontwerpers. Onze ontwerpprogramma’s zijn ontworpen voor het spuitgieten. Er is geen enkel computerprogramma dat om kan gaan met een onderdeel dat verschillende eigenschappen heeft; dat zich afhankelijk van zijn structuur of materiaalmix zowel stijf als elastisch kan gedragen.”

Misgaan
Verlinden: “Het is belangrijk dat studenten met deze technologie in aanraking komen. Ze moeten ervaren dat er van alles mis kan gaan. Tal van instellingen zijn van belang bij het printen; de dichtheid van het materiaal, de temperatuur, de printsnelheid en de hoek waaronder wordt geprint. Bij stereolithografie maken we voorwerpen door epoxy laagje voor laagje uit te harden met een ultraviolet laser. Twee op de drie keer gaat het mis. Er breekt iets af, of het voorwerp wordt niet helemaal geprint. Je print niet zomaar even iets uit.”

3D-Printweek, 24 t/m 28 november 2014 in de TU Delft Library met lezingen en workshops op verschillende niveaus. Ook zullen er demonstraties gegeven worden met meerdere printers. Een tentoonstelling van 3D objecten laat zien wat er allemaal op 3D-printgebied op de TU Delft gebeurt.

Peter Troxler

3D- printers worden net zo gewoon als koffiezetapparaten. Het is de toekomstvisie van 3D-printgoeroe Peter Troxler van de Hogeschool van Rotterdam. Hij geeft op 24 november de openingslezing tijdens de week van het 3D-printen. Hij voorziet de komende decennia revolutionaire veranderingen. “Ingenieurs en ontwerpers krijgen te maken met een nieuwe werkomgeving en met nieuwe eisen die aan hun werk worden gesteld”, aldus Troxler. “3D-printen zorgt voor nieuwe vrijheid op het gebied van technologie en ontwerpen. Open design, ofwel ontwerp op basis van open source, roept het beeld op van de ontwerper als iemand die een gedeeld ontwerpproces coördineert. Maar door kleinschalige productie kunnen snelheid en efficiëntie zwaar onder druk komen te staan. Verder vindt er een democratisering van de productiemiddelen plaats: zoals blogs een bedreiging vormen voor journalisten en Instagram voor professionele fotografen, zo kunnen handige ontwerptools en 3D-printers het beroep van de ontwerper in de verdrukking brengen.”