Al zo’n dertig jaar geleden hielden uitvinders zich bezig met het in lagen opbouwen van een object. In de jaren tachtig maakt de techniek een grote ontwikkeling door, wanneer een onderzoeksbureau van het Amerikaanse leger haar tanden er in zet. In 1986 ziet de eerste 3D printer het levenslicht. Het apparaat staat dan nog vooral in de belangstelling van pioniers en wetenschappers. Ook professionele gebruikers, bijvoorbeeld in de wetenschap, omarmen de printer. Maar grote bekendheid krijgt het pas wanneer het toegankelijk wordt voor de gewone man. In de vroege jaren negentig zet het bedrijf Z Corporation zich in om de printer commercieel te verspreiden.
Geschiedenis
Na het ontstaan van de fotografie ontstond eind 19e eeuw het idee om fotogevoelig materiaal selectief te belichten en zo een 2D patroon uit te harden. Aan het begin van de 20e eeuw wordt voor het eerst ge??xperimenteerd met het opbouwen van modellen uit lagen, eerst in was en later ook in plastics en metalen. De echte pioniers van het 3D printen kwamen echter pas na de tweede wereldoorlog.
De Pionier
In 1951 stelt Muntz een systeem voor waarin een model wordt opgebouwd uit lagen. De lagen worden hierbij uitgehard door een fotogevoelig hars ‘ met behulp van een masker ‘ selectief bloot te stellen aan licht. Trapsgewijs zakt vervolgens een zuiger in een cilinder om een volgende laag op te bouwen. In 1971 vraagt de Duitse P. Ciraud een patent aan, waarin hij het uitharden door middel van een laser beschrijft. Housholder is in 1979 de eerste die met het idee komt om niet een fotogevoelig hars te gebruiken, maar telkens een laag poeder neer te leggen. In de vroege jaren ’80 begint DARPA ‘ het onderzoekscentrum van het Amerikaanse leger ‘ met de ontwikkeling van de technologie.
De jaren tachtig: Charles Hull, Stereolithography, Fused Deposition Modelling
Charles Hull (12 mei 1939) wordt door velen gezien als de geestelijke vader van rapid prototyping of additive manufacturing. Hull vond deze technologie in 1984 uit, maar hij kon het pas in 1986 officieel laten patenteren onder de naam Stereolithografie (SLA). Voor Hull was dit jaar een succesvol jaar, omdat hij niet alleen zijn bedrijf 3D Systems uitvond, maar ook ontwikkelde hij later in datzelfde jaar de eerste commerciele 3D printer: de Stereolithography Apparatus (SLA). Aangezien deze technologie nog erg nieuw was, besloot Hull om deze printer voor een kleine groep mensen beschikbaar te maken zodat hij de feedback kon gebruiken voor zijn meesterwerk. Twee jaar later kon hij uiteindelijk de eerste offici??le 3D printer aan de wereld tonen: de SLA-250.
Het succes van de SLA-250 betekende ook nieuwe kapers op de kust: Scott Crump behaalde succes met een andere belangrijke rapid manufacturing techniek, namelijk de Fused Deposition Modelling (FDM). Deze technologie gebruikt in tegenstelling tot stereolithografische printers geen kostbare laserstralen, maar smelt plastic in dunne laagjes die vervolgens op elkaar geperst worden waardoor er een object bestaat. Crump ontdekte en patenteerde deze technologie in 1988. ‘?n jaar later richtte hij, samen met zijn vrouw Lisa, het bedrijf StrataSys op. Het duurde uiteindelijk tot 1992 voordat StrataSys zijn eerste model, de 3D Modeler verkocht.
De jaren negentig: Selective Laser Sintering, 3DP, StrataSys
In hetzelfde jaar dat StrataSys de 3D Modeler introduceerde op de 3D printermarkt, ontwikkelde de Universiteit van Texas (onder leiding van Carl Deckard) samen met het bedrijf DTM de eerste printer die gebruik maakte van een nog niet eerder vertoonde techniek: de Selective Laser Sintering (SLS). SLS maakt, in tegenstelling tot de andere technieken, gebruik van materialen in poedervorm. Heteerste model, dat tevens in metaal kon printen, werd in 1992 voor het eerst verkocht.
In 1993 patenteerde de Massachusetts Institute of Technology (MIT) de technologie 3 Dimensionaal Printen (3DP). De onderzoekers aan de MIT probeerden niet om iets nieuws uit te vinden, maar om de al bestaande inkjet technologie van 2D printers in een 3D jasje te stoppen. Na een succesvolle werking besloten deze onderzoekers om de auteursrechten over te dragen aan veelbelovende 3D printer producenten, zoals SolidScape en Z Corporation. Tegen de achtergrond van deze ontwikkelingen, produceerde en verkocht het bedrijf HeliSys zijn eerste printer welke gebaseerd was op Laminated Object Modelling. Voor een uitgebreide uitleg over de printtechnieken adviseren wij u om het artikel “Welke printtechnieken bestaan er” te lezen.
In 1996 werden drie nieuwe printers gelanceerd: de ‘Genisys’ van Stratasys, ‘Actua 2100’ van 3D Systems en ‘Z402’ van Z Corporation. Rondom deze lancering vond er een evolutionaire naamsverandering plaats: mensen spraken steeds minder in termen van rapid prototypingmachines en meer in termen van 3D printers. Dat waren printers die in een mum van tijd een prototypemodel konden maken van plastic, metaal, keramiek en andere typen materiaal. Deze triple lancering zorgde er tevens voor dat in de late jaren negentig en in de beginjaren van het nieuwe millennium meer en meer low-cost 3D printers op de markt kwamen die zich distantieerden van de grote merken
Het nieuwe millennium: RepRap
Alhoewel verscheidene goedkopere modellen vanaf 2000 de markt betraden, bleven 3D printers tamelijk duur en vooral gebruikt voor industri??le doeleinden. Dit veranderde toen Reprap in 2006 voor een nieuwe impuls zorgde. In eerste instantie wilde Adrian Bowyer, de ontwikkelaar van de Reprap, slechts een open source project maken voor 3D printing. Maar algauw werd hij geinspireerd door het idee om een printer te bouwen die zichzelf gedeeltelijk kon reproduceren. De Darwin was het resultaat: een printer die in staat was om tot 50 procent van zijn eigen onderdelen uit te printen. Hiermee werd deze printer de eerste self replicating printer ter wereld. Het RepRap project is nog steeds actief en heeft meerdere spin-offs gekregen.
Niet alleen RepRap zorgde voor een nieuwe ontwikkeling op de markt, ook andere concurrenten veroverden een first mover advantage op diverse facetten van deze markt. Z Corp maakte in datzelfde jaar de eerste High Definition kleuren 3D printer op de markt en Objet Geometries Ltd bouwde de eerste printer die 3D onderdelen kon printen door gebruik te maken van verschillende bouwmaterialen op hetzelfde moment. Tot slot wordt aan het eind van 2010 de Urbee aan het grote publiek getoond: de eerste auto waarvan alle componenten (inclusief de ramen) gecre??erd werd door StrataSys.
2011: Voedsel, de Ultimaker, en vele investeringen
Vanaf 2011 gaan de ontwikkelingen in een sneltreinvaart. Vanwege het ruimtegebrek maak ik een selectie van ontwikkelingen die mijns inziens een belangrijke rol hebben gespeeld in deze markt.
In januari ontwikkelden onderzoekers aan de Cornell Universiteit een 3D printer die voedsel maakt. Zij waren niet de enigen die met voedsel experimenteerden: Bits from Bytes liet in hetzelfde jaar de wereld zien dat je ook aardappelen kan 3D printen en bij de Universiteit van Exeter werd een printer ontwikkeld die customized chocolade kon uitprinten. Op het medische gebied vinden er ook de nodige ontwikkelingen plaats.Harvard University maakt enorme sprongen voorwaarts door menselijke stamcellen te printen en het creatieve team van Open3DP liet de wereld zien dat je ook al botten kan uitprinten.
De Nederlandse mode designer Iris van Herpen onthult in dit jaar haar 3D geprinte collectie op verschillende catwalks en venues in het buitenland. Dit is niet de enige Nederlandse invloed op de 3D printermarkt in dit jaar. De Nederlandse 3D printerfabrikant Ultimaker maakt nog niet eerder vertoonde stappen in de printsnelheid en Shapeways, een spin-off van Philips, ontvangt een kapitaalinjectie en komt daarnaast in het nieuws doordat zij de eerste 3D geprinte bikini maken. Met de miljoeneninjectie financiert Shapeways onder andere de installatie van de EOS P100 SLS printer in hun Eindhovens hoofdkantoor en niet veel langer erna besluiten ze om een productiefaciliteit te bouwen in New York.
Tot slot vindt er nog een aantal noemenswaardige ontwikkelingen plaats voor de belangrijkste producenten van 3D printers. Z Corp bereikt een mijlpaal door als eerste producent zijn 6000e printer te verkopen. Daarnaast vergroot StrataSys zijn productieruimte met meer dan 8000 vierkante meter en neemt het vervolgens SolidScape over voor 38 miljoen dollar. President Obama besluit tegelijkertijd om 500 miljoen dollar te investerenin 3D printtechnologie. De investering wordt vooral gebruikt om onderzoek te doen naar het versnellen van de printsnelheid, het verhogen van de energie-efficientie van productieprocessen en het ontwikkelen van nieuwe technologie??n. Tot slot vindt er aan het eind van dit jaar een belangrijke overname plaats. Nadat 3D Systems al een hele waslijst aan bedrijven had opgekocht (Quickparts, Sycode, Print 3D Corp, Freedom of Creation, Botmill, Formero) worden Z Corp en Vidar Systems voor 135.5 miljoen dollar opgekocht.
2012: Bewustwording, medische wereld, nanometers en meer investeringen
Na de stormachtige ontwikkelingen in 2011 zijn veel meer mensen bewust geworden van de mogelijkheden van 3D printen. Dat leidt weer tot de nodige ontwikkelingen, het ontstaan van nieuwe uitvindingen en het doen van nieuwe acquisities.
De ontwikkelingen op medisch gebied gaan in een verdere stroomversnelling in dit jaar. Vooral het printen van menselijke organen en lichaamsdelen begint aan populariteit te winnen: Belgische en Nederlandse wetenschappers vervangen de onderkaak van een 83 jaar oude vrouw met een 3D geprint prototype, terwijl in China een 3D geprinte oor en in Schotland de eerste geprinte lever wordt gemaakt. In San Diego wordt er zelfs een substanti??le hoeveelheid menselijk weefsel geprint door het bio-printing bedrijf Organovo. Maar misschien het meest aandoenlijk is het verhaal van Emma Lavelle. Zij heeft een aangeboren aandoening waardoor ze het bovendeel van haar lichaam beperkt kan gebruiken, maar dankzij haar ‘magische armen’ van StrataSys kan zij haar armen weer normaal gebruiken.
Een belangrijke doorbraak komt op naam van de Technische Universiteit in Wenen. Zij kunnen op basis van ‘two photon lithography’ objecten uitprinten waarvan de resolutie meetbaar is in nanometers. In het verleden was deze vorm van rapid prototyping niet alleen enorm kostbaar maar ook extreem tijdrovend. Dankzij de bevindingen van de TU in Wenen kunnen biomedische producten extreem accuraat geprint worden in economisch levensvatbare volumes. ‘?n van de producten die een extreme precisie nodig heeft is een micro afsluiter, ontworpen om de omkering van de bloedstroom in de menselijke aderen te vermijden. Deze technologie wordt nog verder vervolmaakt om nieuwe methoden van weefsel opbouw te verbeteren.
In 2012 besluiten StrataSys en Objet om de krachten te bundelen in een samenwerkingsverband. De waarde van deze nieuwe samenwerking wordt geschat op 1.4 miljard dollar. 3D Systems besluit om vervolgens Bespoke Innovations op te kopen. Bespoke Innovations ontwikkelt gepatenteerde scan, design en print technologie gericht op prothesen, orthesen en orthopedische apparaten. Door deze overname wilt 3D Systems zijn eigen healthcare solutions een extra impuls geven.
Regeringen zien ook steeds meer potentie in de mogelijkheden van 3D printing en investeren aanzienlijke geldbedragen in deze technologie: de Amerikaanse regering besluit om 60 miljoen dollar te investeren in de lancering van een nieuw 3D printinstituut en de Engelse regering investeert 7 miljoen pond in 3D print technologie. In deze tijdsperiode bouwt het Nederlandse Shapeways ‘s werelds grootste 3D printfabriek in New York. Terwijl deze ‘Factory of the Future’ in New York welkom wordt geheten, wordt in de laatste maand van dit jaar in Nederland en in Frankrijk de eerste offici??le 3D printwinkel geopend.
Hoe het werkt
3D-printing kent verschillende technieken, maar alle zijn wel gebaseerd op hetzelfde principe. Het is eigenlijk heel simpel: de printer bouwt een drie dimensionale computertekening (een Computer Aided Design) laagje voor laagje op tot een tastbaar product. De lagen zijn bijzonder dun, vari??rend van 0,3 millimeter tot 16 micrometer- wat een duizendste deel van een millimeter is. In plaats van inkt gebruiken de meeste modellen printers een soort poeder of vloeistof, dat van verschillende grondstoffen kan zijn. Een andere naam voor dit proces is ‘rapid prototyping’, oftewel ‘snel vervaardigen’.
In traditionele ambachten heb je een stuk materiaal, bijvoorbeeld een stuk steen of een homp klei. De kunstenaar haalt daar net zo lang stukjes materiaal van weg, tot het gewenste resultaat overblijft. De 3D printer haalt niks weg, waardoor er minder verspilling van materiaal is.
Onder 3D-printing valt het printen van menselijk weefsel, printen op nanoschaal, maar ook het printen van huizen in beton. Zo wordt er geprint in verschillende soorten metaal, keramiek en zelfs in organisch materiaal en zand.
De bestanden van de 3D-modellen gaan meestal door drie fases. Tijdens de ontwerpfase in de CAD-software (Computer Aided Design) . Met dit bestand is het nog mogelijk om het hele object digitaal aan te passen, zoals de vorm. Als je tevreden bent met het ontwerp wordt het in de software gerendeerd. De software maakt er dan een STL bestand van. Daarna is het niet meer mogelijk om de vorm en dergelijke te wijzigen. Vervolgens laadt de printsoftware het STL-bestand in. Hier wordt aangegeven hoe groot het object moet worden geprint en in welke resolutie. Deze printeigenschappen worden opgeslagen in de laatste fase van het printbestand, het uiteindelijke G-CODE-bestand. Elke 3D-printer, van de grootste professionele machines tot de kleinste consumentenprinters gebruiken deze universele bestanden. Zelfs traditionele fabrieken in China die massaproducties draaien werken met deze G-CODE.
Hoewel 3D-printen vooral wordt gebruikt voor creaties van prototypes, worden ook steeds meer eindproducten uitgeprint. Volgens Wohlers Associates, een onderzoeksbureau op het gebied van marketing en consulting, gaat het inmiddels zelfs om 20% van het totaal dat uit de 3D-printers rolt en zal dit percentage snel richting de 50% lopen. Wohlers kan het weten, het houdt al twee decennia lang de 3D-printontwikkelingen nauwlettend in de gaten.
Voordelen
De 3D printer is niet alleen populair omdat het leuk is om voor je ogen een object te zien groeien. Of omdat het leuk is dat in principe iedereen zijn eigen producten kan maken. De printer heeft ook een aantal praktische voordelen.
Als je een lampenkap nodig hebt, dan kan je die met een computertekening en een 3D printer zelf maken. Oftewel: het product wordt gemaakt op de plaats van bestemming. Als we dit in groter perspectief plaatsen, betekent dit dat er geen transport van goederen meer nodig is. En dat er ook geen massale opslag hoeft te zijn, want je print iets pas op het moment dat het nodig is. Ook verbruikt de 3D printer minder grondstoffen. Het printen gaat on demand ‘ de machine komt pas in actie wanneer daar directe vraag naar is. Overschot van producten zou in een ideale 3D geprinte wereld tot het verleden behoren.
Ontwikkeling
De 3D printer maakt een enorme ontwikkeling door. Zo komen er steeds nieuwe modellen op de markt. Tegenwoordig kan je voor ‘350,- al een printer voor thuisgebruikkopen. Maar er zijn ook professionele apparaten die een half miljoen kosten. Oorspronkelijk kon er alleen met soorten plastic geprint worden. Tegenwoordig is het aantal printbare materialen eindeloos: titanium, hout, goud, keramiek, zand en zelfs menselijk weefsel. Ground3d.nl geeft een overzicht van de verschillende toepassingsmogelijkheden en materialen.
De uitvinders zitten niet stil. De NASA experimenteert om in de ruimte in gewichtsloze toestand te printen, de geprinte biefstuk staat in de startblokken en de nieuwste printers kunnen verschillende materiaalsoorten combineren. Een jurk van glas en biefstuk? Geen probleem met de moderne 3D printer.
Hoe een 3D-printer een baby weer heeft laten ademen
23 MEI 2013
Toen Kaiba Gionfriddo werd geboren hadden de ouders van Kaiba niet gedacht dat een 3D-printer het leven van hun baby zou redden. Toen Kaiba zes weken oud was kreeg hij borstklachten en ging het voeden steeds lastiger. Na twee maanden namen deze klachten toe en begon de baby steeds vaker naar adem te snakken. Zo erg zelfs dat-ie regelmatig aan de beademing moest. Wat blijkt, Kaiba lijdt aan tracheobronchomalacia waardoor de luchtwegen van de kleine Kaiba niet sterk genoeg zijn. Hierdoor slaat de luchtpijp regelmatig dicht waardoor je dus geen zuurstof meer krijgt. Er kon weinig aan worden gedaan dus de ouders werden wanhopig. Toen een onderzoeksgroep bij hun aanklopte met het advies om een 3D-printer in te schakelen zeiden ze dan ook direct ‘JA’.
De groep van de Universiteit van Michigan ging aan de slag en ontwikkelden met behulp van een CT-scan ‘ om de vorm van de luchtwegen nauwkeurig vast te stellen ‘ een 3D-geprinte spalk die precies om de zwakke luchtwand van Kaiba past. De spalk is geprint met polycaprolactone ‘ een soort biopolymeer dat biologisch afbreekbaar is ‘ en zal na twee tot drie jaar door het lichaam volledig zijn opgelost. Na 21 dagen kon Kaiba van de beademing worden gehaald, die hij sindsdien niet meer nodig heeft gehad.
Dit resultaat laat zien dat 3D-printen niet alleen zorgt voor negatieve ontwikkelingen zoals 3D-geprinte pistolen. Het 3D-printen van organenkomt ook steeds dichterbij en kan nu 1 op de 22.000 baby’s die lijden aan tracheobronchomalacia worden geholpen.
Beelden van voor en na de plaatsing van de 3D-geprinte spalk:
3D-printen voor het eerst gebruikt voor gezichtsreconstructie
Dat 3-D printers kunnen ingezet worden in de medische wetenschap kon je al eerder in deze werk lezen. Nu lijkt het erop dat voor de eerste keer in de geschiedenis artsen een 3-D printer hebben ingezet voor uitgebreide plastische chirurgie. De primeur was voor een Britse man die na een motorongeval zwaar verminkt was aan het aangezicht.
Twee jaar geleden kwam Stephen Power uit het Britse Cardiff zwaar ten val met z’n motor. Hij overleefde de klap gelukkig wel maar was ondanks dat hij een helm droeg ernstig verwond, onder andere in z’n gezicht. Aan de BBC vertelde de man dat hij beide kaakbenen brak, net zoals z’n neus en bovenkaak. Bovendien had hij een schedelfractuur. De man van 29 werd behandeld in het Morriston ziekenhuis in Swansea, Wales.
Het perfecte gezichtsmodel dankzij de 3D-printer
De chirurgen daar vonden het een goed moment om een nieuwe techniek te proberen toe te passen: gezichtsreconstructie met behulp van een 3-D printer. Wat ze deden was eerst een klassieke CT-scan nemen van het gezicht van Power en daar vervolgens een symmetrisch model van maken in 3-D. Dit printen ze vervolgens uit met een 3-D printer zodat ze een perfect model hadden van de vorm van het hoofd van de man. Met behulp dit model konden ze vervolgens titanium implantaten maken die perfect zouden passen op die plekken in het gezicht van de man die ondersteuning nodig hadden.
Na een urenlange operatie mocht het resultaat meer dan geslaagd genoemd worden. Stephen Power durfde voor de operatie de straat niet op zonder een zonnebril en hoed om z’n misvormde gezicht te verbergen. Nu ziet z’n gezicht er echter weer perfect normaal uit wat hem in staat stelt ‘terug alledaagse dingen te doen, mensen ontmoeten, op straat wandelen, uitgaan in publieke plaatsen. Het heeft m’n leven compleet veranderd,’ aldus Power zelf.
De plastisch chirurg gespecialiseerd in gezichtsreconstructie die de operatie uitvoerde verklaarde dat dankzij de 3-D printer ongekende resultaten waren bereikt. ‘Als we niet over deze geavanceerde technologie hadden kunnen beschikken dan doe je alles op gevoel, je moet raden waar elk implantaat juist moet zitten om een mooi resultaat te bereiken. Met deze technologie kunnen we veel preciezer werken en veel betere resultaten halen voor de pati??nt.’
3-D printen is als een digitaal standbeeld maken
Eigenlijk is het 3-D printen van een model voor de reconstructie van een gezicht (of elk ander lichaamsdeel) goed te vergelijken met digitaal aan een standbeeld werken. Men moet manueel geometrische gegevens invoeren samen met een scan van het beschadigde lichaamsdeel zodat de computer een driedimensionaal model kan maken van het lichaamsdeel zoals het er zou moeten gaan uitzien. Het is ‘?n van de beste voorbeelden van hoe 3-D printen onze wereld zou kunnen veranderen en waarschijnlijk tot nu toe ook ‘?n van de nuttigste toepassingen. Dit gaat veel verder dan het 3-D printen van een plastic revolver of een iPhone hoesje natuurlijk.
Eerder waren er al berichten over voornamelijk Amerikaanse hightech bedrijven in de medische sector die experimenteren met 3-D printers die ook echt met lichaamsweefsel kunnen printen om zo in eerste instantie toe te laten organen na te bouwen zodat er medicijnen op getest kunnen worden. Als deze techniek verder op punt komt zouden de geprinte organen echter ook kunnen gebruikt worden als transplantatie-organen. Zover is het dus nog niet, bij Stephen Power werd de printer enkel gebruikt om een model van z’n gezicht te maken, niet om (delen van) het gezicht zelf uit te printen.
Is 3-D printen goed of slecht voor het milieu?
Over 3-D printen wordt vaak gezegd dat het een volledig nieuwe productiemethode is. Het gebruik van 3-D printers zou voor een nieuwe industri??le revolutie zorgen die de wijze waarop we gebruiksgoederen produceren helemaal zou gaan veranderen. Zover is het nog niet, en het valt nog af te wachten of de voorspellingen die gedaan worden ook wel allemaal zullen uitkomen. Maar toch loont het de moeite om nu al de vraag te stellen: is het gebruik van 3-D printers beter of slechter voor het milieu dan andere productiemethodes?
Deze vraag valt uiteraard niet zo eenvoudig te beantwoorden. Er zijn zoveel aspecten aan het 3-D printen die we onder de loep zouden moeten nemen om een sluitend antwoord te geven dat we er een boek over zouden kunnen volschrijven. Dat gaat ons in ‘?n artikel nooit lukken. Bovendien moeten we er rekening mee houden dat de technologie van het 3-D printen nog volop in ontwikkeling is. Technieken die vandaag gebruikt worden zijn morgen misschien al verouderd. Milieuproblemen die 3-D printers nu nog met zich meebrengen kunnen dus op korte of lange termijn wel opgelost raken. Maar goed, met al dit in het achterhoofd: wat kunnen we zeggen over de huidige generatie printers en hun impact op het milieu?
Een aantal onderzoekers van de industri??le ingenieursfaculteit aan de universiteit van Berkeley, probeerde deze vraag te beantwoorden. Hun bevindingen waren op sommige punten behoorlijk verrassend. Zo blijkt dat wat betreft de productie van afval 3-D printers het zeker niet noodzakelijk beter doen dan andere productiemethodes. Het afval dat bij het printen vrijkomt kan niet altijd gerecycleerd worden. Maar de grootste impact die 3-D printers op het milieu hebben zit in hun energieverbruik. Ze verbruiken immers behoorlijk wat elektriciteit, zeker in verhouding tot de hoeveelheid goederen die ze produceren.
De onderzoekers bevestigen daarmee het idee dat 3-D printen interessant kan zijn voor het maken van modellen of het produceren van goederen of onderdelen op erg kleine schaal. Vanaf er echter grootschalige productie nodig is zijn traditionele methodes zoals gieterijen milieuvriendelijker. Om een objectieve vergelijking te kunnen maken namen de wetenschappers een computergestuurde CNC frees als vergelijkingspunt. Deze vergeleken ze op verschillende punten met de milieu-impact die een 3-D printer heeft.
CNC Frezen versus 3-D printen: Wat is beter voor het milieu?
Voor de test werden twee soorten 3-D printers gebruikt, een FDM printer en Plastic Jet printer. Beiden werken enkel met plastic maar de FDM printer krijgt dit plastic aangeleverd in een dun draadje dat in een spoel gewikkeld zit en de Plastic Jet printer werkt vergelijkbaar met een inkjetprinter waarin je cartouches laadt met de inkt (of in dit geval plastic) en dat wordt vervolgens laagje per laagje neergedruppeld.
Om de studie zo volledig mogelijk te maken werden er 22 verschillende scenario’s getest voor het gebruik van de machines en er werd een levenscyclus-analyse gedaan, van het gebruikte materiaal, de afvalstoffen, het energiegebruik en zelfs van het productieproces van de machines zelf. De onderzoekers waren zelf verbaasd te moeten vaststellen dat zij eigenlijk de eerste waren die zo’n uitgebreide studie naar de milieu-impact van deze technologie uitvoerden. Hieronder hebben we hun conclusies samengevat:
‘ 3-D printers veroorzaken wel degelijk afval: bij een FDM printer zijn dat verwaarloosbare hoeveelheden, als het object dat je print geen ‘steunmateriaal’ nodig heeft om het te stutten tijdens het printen. Da plastic jet printer scoorde echter heel wat slechter. Tot wel 40% van het plastic gaat verloren en daar is dan het eventuele steunmateriaal nog niet bijgerekend, hoewel dit in sommige gevallen meer zal zijn dan het totale materiaal nodig voor het object zelf. Vaak is dit plastic bovendien niet recycleerbaar.
‘ Maar ondanks het feit dat afval een niet onbelangrijk probleem is zit de grootste last voor het milieu bij 3-D printen in het energieverbruik. 3-D printers verbruiken veel meer energie dan de CNC frees per geproduceerd object. De onderzoekers roepen dan ook op om heel goed na te denken welke productiemethode voor welke oplages het interessantste is. Zelfs het fabriceren van de 3-D printers zelf of van een CNC-frees hoeft geen ernstige milieubelasting te zijn als ze daarna maar intensief genoeg gebruikt worden.
‘ Al bij al hebben Plastic Jet printers een behoorlijk negatieve impact op het milieu in bijna alle 22 onderzochte scenario’s. CNC frezen doet het meestal beter maar de FDM printer bleek in bijna alle scenario’s toch het beste voor het milieu.
Tips om milieuvriendelijker met een 3-D printer te werken:
Tenslotte worden in de studie nog een aantal voorstellen gedaan om de impact op het milieu van het gebruik van 3-D printers zoveel mogelijk te beperken. Zo wijzen de onderzoekers erop dat het veel beter is zoveel mogelijk holle onderdelen te printen waar dat kan eerder dan volle deeltjes. Hierbij zal dan soms wel meer steunmateriaal nodig zijn maar dit steunmateriaal kan meestal veel sneller geprint worden en is vaak minder toxisch.
Verder is de manier waarop objecten en onderdelen geori??nteerd worden in de printer ook erg belangrijk voor de snelheid waarmee de printer kan werken en de hoeveelheid steunmateriaal dat nodig is. Door dit slim te doen kan er veel tijd en energie bespaard worden.
Een goede tip voor het werken met plastic jet printers hadden de onderzoekers ook nog. Afhankelijk van het model blijken deze printers er soms even lang over te doen of ze nu twee objecten tegelijk aan het printen zijn of ‘?n. Als je veel kleine deeltjes print is het dus vaak interessant er zoveel mogelijk tegelijk te printen.
Er wordt in het onderzoeksrapport ook aanbevolen te kijken naar eventuele nieuwe materialen die als grondstof kunnen dienen zoals houtpulp met een bindstof of het biologisch afbreekbare PLA-plastic. En om af te sluiten ook nog een waarschuwing: let goed op de toxiciteit van de stoffen die je gebruikt. De dampen van smeltend plastic zijn niet gezond al zitten er grote verschillen tussen de soorten plastic. Je kan via de fabrikant of op internet normaal altijd wel een MSDS (material safety data sheet) verkrijgen waarop staat aangegeven in welke mate een bepaalde stof giftig is. De gestandaardiseerde scores voor ontvlambaarheid, toxiciteit en reactiviteit daarop (NFPA of HMIS nummers) moeten zo laag mogelijk zijn net zoals de LD50 of LC50 nummers die aangeven hoe toxisch een stof was bij tests op muizen.
Meer artiekels over 3D printer:
http://www.want.nl/tag/de-belofte-van-3d-printen/
http://www.printen3d.info/maatschappelijke-voordelen/een-3-d-printer-in-elke-school/