MilieuMagazine juli 2019
Beter, maar de milieuscore kan nog omhoog
Met een oplage van minimaal één exemplaar kan een 3D-printer op efficiënte wijze nieuwe producten produceren. Terwijl de nadruk 25 jaar geleden lag op kleinschaligheid, is de techniek inmiddels zo gevorderd dat de printmachines zelfs gebouwen of bruggen kunnen fabriceren. De productiemethode kan in principe een behoorlijke milieuwinst opleveren, al is dit wel afhankelijk van het gebruikte printmateriaal.
Rijkert Knoppers
Ruim driekwart van de mkb’ers verwacht in het jaar 2020 gebruik te maken van 3D-printers. Dat blijkt uit een Europees onderzoek, dat eind 2018 is uitgevoerd in opdracht van elektronicabedrijf Ricoh. Bijna 80 procent van de Nederlandse ondervraagden wil met deze technologie nieuwe productiestrategieën en -technieken ontdekken en 57 procent geeft aan de technologie in te zetten om opslag-, transport- en materiaalkosten te verminderen door on-demand producten te printen.
Dit is een van de vele recente berichten, die erop wijzen dat 3D-printen sterk in de lift zit. Niet alleen neemt de belangstelling voor deze techniek snel toe, ook het aantal toepassingen breidt zich steeds verder uit. Eind oktober 2017 vond bijvoorbeeld in het Brabantse Gemert de oplevering van de eerste 3D-geprinte brug ter wereld plaats. De brug, van acht meter lang en vier meter breed is bestemd voor fietsverkeer, maar volgens het betrokken bouwbedrijf BAM is de brug stevig genoeg om er ook vrachtauto’s over te laten rijden. Andere recente producten betreffen een door de Franse Naval Group gefabriceerde scheepsschroef , menselijke organen zoals een geprint longzakje door de Rice universiteit en vijf 3D-geprinte betonnen woningen in de nieuwbouwwijk Meerhoven te Eindhoven. Wat dit laatste betreft: er zijn onder meer in China al eerder 3-D geprinte woningen gebouwd, maar de woningen in Eindhoven, die binnenkort in gebruik gaan, zijn wereldwijd uniek, omdat ze aan de eisen van het Bouwbesluit voldoen.
Alles is te printen
Sinds Charles W. Hull van de 3D Systems Corp 25 jaar geleden de eerste 3D-printer
ontwierp, is de ontwikkeling in een sneltreinvaart geraakt. Het gebruik van additive manufacturing, zoals de
techniek ook bekend staat, blijft hierbij niet beperkt tot industriële toepassingen,
maar er zijn inmiddels ook veel doe-het-zelf winkels waar particulieren hun
creativiteit kunnen botvieren.
‘De voordelen van 3-D printen zijn de grote ontwerpvrijheid, de snelle
productontwikkeling en de lage startup productiekosten,’ vertelt Ad van Wijk,
hoogleraar Future Energy Systems aan de TU Delft. ‘Daarnaast belooft 3-D
printen een efficiënt en goedkoop productieproces, zonder dat er massaproductie
in fabrieken noodzakelijk is.’ Volgens Van Wijk is het mogelijk om allerlei
materialen te gebruiken voor het printproces, zoals metalen, keramiek, zand,
voedsel, plastics en zelfs levende organismen.
Uit het boek, dat Van Wijk samen met zijn dochter Iris (Hogeschool van
Amsterdam) over 3-D printen publiceerde, komt naar voren dat deze
productiemethode uit milieuoogpunt goed scoort, omdat er geen of nauwelijks
afval vrij komt. Ook gaat de techniek zuinig met energie om. Toch zou de
milieuwinst van deze techniek nog groter kunnen uitvallen, wanneer de printers
als printmateriaal geen kunststof zouden gebruiken. ‘Kunststof is in de meeste
gevallen geproduceerd uit fossiele brandstoffen, met alle milieugevolgen van dien,’
stelt Van Wijk. ‘Maar er is ook een alternatief voorhanden, want in plaats van
fossiele brandstoffen kan je ook duurzame grondstoffen gebruiken voor het maken
van plastic, zoals biomaterialen.’ Van Wijk doelt hierbij vooral op PLA, Polylactic
Acid ofwel melkzuur, een soort suiker, dat bijvoorbeeld uit suikerbieten te
halen is. Daarbij valt onderscheid te maken tussen links- en rechtsdraaiend
melkzuur, het materiaal is goed te manipuleren, bijvoorbeeld door de
smelttemperatuur te verhogen, zodat bijvoorbeeld de brandwerendheid toeneemt. ‘PLA
is als printmateriaal erg in trek, kijk maar naar de doe-het-zelf zaken waar je
telefoonhoesjes kunt printen, dat gebeurt voornamelijk met melkzuur,’ verduidelijkt
Van Wijk, ‘Tegelijkertijd zie je tegenwoordig ook andere biomaterialen voor het
printproces, zoals bamboe en hout.’ Ook
uit een levenscyclusanalyse blijkt dat PLA goed scoort op milieugebied. Door
dit materiaal in te zetten vindt er bijvoorbeeld 60 procent minder
koolstofdioxide uitstoot plaats ten opzichte van kunststof, gemaakt van
aardolie. Voorwaarde is dat de gebruikte elektriciteit uit duurzame bronnen afkomstig
is.
Hergebruikt plastic
Een andere mogelijkheid om het 3D
printen zo duurzaam mogelijk te laten verlopen is door hergebruikt plastic als
bronmateriaal te kiezen. In het verleden is hiermee al eens op kleine schaal geëxperimenteerd
op het popfestival Lowlands, door van gebruikte plastic bekers sieraden te
maken. Maar naast deze incidentele actie is sinds twee jaar in Amsterdam het
bedrijf VanPlestik structureel bezig om oud kunststof in te zamelen, dat als
grondstof dient voor 3D-producten. ‘We
hebben met verschillende bedrijven die veel met kunststof werken afspraken
gemaakt,’ vertelt Nout Kooij. ‘Inmiddels zamelen wij van een zestal bedrijven hun
afvalplastic in, en maken daarvan weer producten. Die leveren we vervolgens
weer aan die betreffende bedrijven, die zij op hun beurt weer kunnen verkopen,
een vrij unieke aanpak.’ Voor dit doel bouwde Kooij samen met medeoprichter Sam
van Til een eigen ontworpen grote printer van 2,5 meter hoog.
Het zelf bouwen van de printer gebeurde onder meer om mengsels van verschillende
soorten plastics beter te kunnen verwerken. ‘Binnen het huishoudelijke afval
moet je al onderscheid maken tussen 7 hoofdgroepen, waaronder een restgroep,
waarin ook nog eens meerdere soorten plastic zitten. Niet al deze plastics
kunnen we verwerken, uit het huishoudelijk afval zijn maar twee soorten
geschikt voor hergebruik,’ stelt Kooij. ‘Er zijn steeds meer gemeenten die
kunststof gescheiden inzamelen, recyclebedrijven sorteren de verschillende materialen
vaak op gewicht, maar ook met behulp van infrarood. Een lopende band transporteert dan plastic afval langs een
infrarood sensor, die de eigenschappen van het materiaal analyseert. Met een
luchtstraal blaast een blower vervolgens de geselecteerde materiaalsoorten van
de band af.’
Een punt van aandacht is de snelheid van het printproces. ‘Het is een langzame
techniek, zeker als je het vergelijkt met spuitgieten,’ verduidelijkt Kooij.
‘Maar wij doen vooral veel maatwerk in kleine oplages. Als je dan onze aanpak
vergelijkt met spuitgieten, waarbij je eerst een mal moet maken, dan scoren wij
wat snelheid betreft toch niet zo slecht.’
Sneller printen
Een van de kritieken op 3D-printen is
dat het proces nogal langzaam verloopt. Maar in dit verband valt er goed nieuws
te melden. Het Duitse Fraunhofer onderzoeksinstituut heeft namelijk recent een
nieuwe 3D-printer ontwikkeld, die in een uur tijd zeven kilo kunststof door een
heet spuitstuk van slechts een millimeter doorsnee kan persen. De tot nu toe
gangbare 3D-printmachines beperken zich gewoonlijk tot het gebruik van slechts
50 gram materiaal per uur. De zogeheten Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM)
printer was begin april op de Hannover Messe te bewonderen. Het is niet nog bekend wanneer deze printer in
de handel verkrijgbaar zal zijn.