14 februari 2013

De duurzame impact van 3D print op werkprocessen

De wereld van 3D print is fascinerend. Het aantal mogelijkheden groeit van dag tot dag en de techniek opent deuren naar geheel nieuwe businessmodellen.
Welke impact heeft 3D printen op het verduurzamen van werkprocessen? Wat is de impact van deze techniek op CO2-uitstoot? DuurzamerWerken stelde deze vraag in de Google+ groep 3D Printing en Printers NL, een snelgroeiende groep mensen die vanuit het werkveld of vanuit fascinatie de mogelijkheden van deze innovatieve techniek verkent. Wat denken jullie hierover?

Maar eerst, wat is 3D Print?
Een 3D-printer verschilt van de conventionele gewone printers door het feit dat deze objecten driedimensionaal afdrukt. Dit gebeurt door het laag na laag opbouwen van een 3D-model.  3D printing is één van de manieren om snel een prototype te maken. Daarnaast is het maken van zowel 0-series als eindproducten mogelijk.
Dat 3D printen tot de verbeelding spreekt, blijkt wel uit het steeds groeiende aanbod van sieraden, lampen, stoelen, iPad en iPhone hoezen en hoesjes. Deze video geeft een mooie indruk van de techniek.

Productieproces ingrijpend veranderd
In zogenaamde FabLabs, die in allerlei steden zijn te vinden, zijn mensen de mogelijkheden van 3D printers, lasersnijders en andere machines  aan het onderzoeken. De RepRap is een zelfbouw 3D printer die in staat moet zijn (een groot deel van) zijn eigen onderdelen opnieuw te printen. RepRap staat voor Replicating Rapid prototyper, een idee van dr. Adrian Bowyer van de universiteit van Bath uit Engeland. Zijn idee was ongetwijfeld de basis voor het boek Makers van Cory Doctorow, waarin 3D-techneuten aan de basis staan van een maatschappelijke omwenteling.
Toepassingsgebieden van Rapid Prototyping zijn architectuur (modellen, maquettes), interieurontwerp, voedingsmiddelenindustrie, juwelen, gereedschappen, educatie en niet te vergeten de gezondheidszorg. Inmiddels zijn de eerste botten geprint en worden 3D-modellen gebruikt om bij ingewikkelde hersenoperaties te oefenen voordat de patiënt op de operatiekamer ligt. Ook is inmiddels een eerste vulpen 3D geprint.
De techniek
Rapid Prototyping is een verzamelnaam voor verschillende technieken, die ieder hun eigen toepassing kennen. Bij 3D printers is het gemeenschappelijke kenmerk  materiaal laag voor laag wordt aangebracht. Afhankelijk van de techniek wordt achteraf een deel van het geprinte materiaal verwijderd, zoals bij PJT. Hierbij wordt het model in een gel-achtige materiaal gebouwd dat na de productie eenvoudig met een waterstraal kan worden verwijderd.

Een veelgebruikte methode bij 3D-printen is het gebruik maken van een fijn poeder (gips, plantaardige stoffen, bioplastic, polyurethaan, polyester, epoxy, enzovoort) , zoals inkjetprinters gebruiken, waarbij er telkens lagen van deze poeder met elkaar verbonden worden, bijvoorbeeld door verhitting middels een laserstraal, zodat deze een vaste vorm aannemen. Deze bindingen worden gedefinieerd door een CAD-bestand. Deze methode is de een methode waarbij je een model volledig met kleuren kunt uitprinten. Het is ook een snelle methode.
De ontwikkelingen gaan hard, zo kan bijvoorbeeld de LOM printer Mcor IRIS ook in kleur printen. Staples zet deze machine in Nederland in voor 3D services. Ook is het inmiddels mogelijk electronica te printen, waardoor het printen van 3D printers dichterbij komt.
Bekende technieken:
SLA:   StereoLithography Apparatus
SLS:  Selective Laser Sintering
FDM:  Fused Deposition Modeling
PJT:  Polyjet Technologie
3DP:  3D Printen
DMLS/SLM: Direct Metal Laser Sintering of Selective Metal Melting
LaserCusing
LOM:  Laminated Object Manufacturing
Kijk voor voorbeelden van materiaal dat gebruikt wordt op http://i.materialise.com/materials of http://www.shapeways.com/materials.

Worden werkprocessen duurzamer door 3D print?
Het verduurzamen van werkprocessen kan door 3D printtechnieken een boost krijgen. Het biedt kansen, met name op het gebied van CO2 uitstoot door minder transport. 
  • Door on demand printen is er minder materiaal nodig;
  • Minder transportbewegingen doordat producten lokaal worden geprint en kunststof lokaal wordt geproduceerd;
  • Eenvoudiger reparatie van onderdelen, wat de levensduur van producten verlengd;
  • Het is een antwoord op grondstofschaarste;
  • Productie van het veel toegepaste PLA heeft minder energie nodig dan noodzakelijk is voor synthese van kunststoffen.
Maar er is ook een andere kant aan de medaille. Massaproductie is heel efficiënt en recycling van de toegepaste kunststoffen is nog lastig. Er zijn inmiddels printers die plastic (poeder) recyclen en hiermee kunnen printen, maar het merendeel van het materiaal is niet duurzaam. Sommige modellen gebruiken dan weer PLA (polylactide ook wel polymelkzuur) dat rietsuiker of maiszetmeel  als grondstof kent.

Daarbij komt dat door 3D printtechnieken het aantal fysieke producten dat geproduceerd wordt, best wel eens flink zal kunnen toenemen, zoals ook is gebeurd met het printen van papier, toen deze printers voor iedereen beschikbaar kwamen.

Onderzoek
Naar de invloed van 3D print op CO2 uitstoot zal nog veel meer onderzoek moeten plaatsvinden. Er is inmiddels wel een onderzoek gaande naar de toepassingsmogelijkheden van 3D printen voor kunststofbedrijven. Hogeschool Windesheim en twaalf bedrijven hebben hiervoor een tweejarig project opgezet onder de titel ‘Maakindustrie creëert met Rapid Manufacturing nieuwe ontwerpen en mogelijkheden’. Dit Rapid Manufacturing-project wordt in het najaar van 2013 afgesloten met een congres voor Overijsselse mkb-bedrijven.

Met dank aan Lukas Daalder, Franc Coenen, Joost Geraets en Erik de Bruijn van de Google+ groep.

Geen opmerkingen:

Een reactie posten

Reageren? Graag! Maar de redactie keurt reacties wel eerst even goed.