Nog een wereld te winnen voor 3D-printing

3D-printen is hot. Maar als we door de hype heen kijken, hoe gaan de 3D-printers de komende jaren ons leven echt veranderen? Onlangs kreeg ik op de TU Delft een rondleiding van professor Jo Geraedts in zijn 3D- en robotlab. Hoever staan we af van de definitieve doorbraak?

Jo_Geraedts_-_zebra
Prof. dr. ir. Jo Geraedts

Geraedts verwacht om te beginnen niet dat we over tien jaar allemaal een 3D-printer in huis hebben. “Die staat dan waarschijnlijk wel bij de Gamma of Hubo. 3D-printen is geen zaak voor thuis voorlopig. Op dit moment zijn er al 40 verschillende technologieën in de wereld en dat aantal is nog groeiende. Je kunt dus eerder verwachten dat er service centers zijn die op meerdere manieren kunnen printen. En dat de volgende dag thuisbezorgen. Zoiets.” De echte doorbraak aan de gebruikerszijde verwacht hij als er nieuwe software op de markt komt die het driedimensionaal ontwerpen en modelleren op een uiterst gebruikersvriendelijke wijze de huiskamer inbrengt. Vele bedrijven werken hier aan, maar je weet nooit of de echte doorbraak komt van een gevestigde partij zoals AutoDesk of van een nog onbekende start-up.

In zijn lab wordt heel veel onderzoek gedaan met diverse types printers en – vooral – materialen. Onderzoek naar 3d-printen is vooral materiaalonderzoek, heel veel materiaalonderzoek, leer ik. En niet alleen de eigenschappen van het materiaal zelf tellen, ook bijvoorbeeld de richting en de snelheid van de printkop heeft gevolgen voor de kwaliteit van het geprinte product. Zoals stijfheid, sterkte, hardheid. Daar moet je allemaal rekening mee houden, bijvoorbeeld bij het printen van protheses. Hij laat me een prothese zien waarbij ieder stukje een andere hardheid heeft. Precies zoals je bij een goed zittende en goed functionerende menselijk hulpstuk zou willen zien.

“De echte waarde van 3D-printen is dat je producten kunt maken die je nooit eerder kon maken.”

Er is dus heel veel kennis van materialen nodig. En dan hebben ze het in Delft nog niet eens over ontwikkelingen binnen de biotech en of over het verschijnsel 4D-printen. Jo Geraedts maakt een interessante vergelijking met de kleurenprinter. “Bij een inkjetprinter heb je vier kleuren nodig om -wat is het -16 miljoen verschillende kleuren op papier te kunnen printen. Het ultieme doel voor een 3D-printer is dat je met maar een beperkt aantal basismaterialen, een schier oneindige hoeveelheid en variëteit aan producten zou kunnen maken. Materiaal dat geleidend is of juist niet, magnetisch, hard of zacht, oplosbaar, lichtdoorlatend, drukgevoelig en ga zo maar door. De echte waarde van 3D-printen is dat je producten kunt maken die je nooit eerder kon maken.”

delft io

Om dat allemaal mogelijk te maken, staat er ook een batterij aan opstellingen voor 3d-scannen. Bijvoorbeeld een scanner met 28 camera’s waar je binnenkort op de Dutch Design week je hand in kunt steken en die een uiterst nauwkeurig digitaal 3D-model levert. Of je de hand nu perfect stilhoudt of niet, daar corrigeren de algoritmes wel voor. Ook maakt hij gebruik van CT-scanners, want een prothese moet niet alleen passend zijn, maar ook aansluiten op bot- en weefselstructuur. Het is duidelijk dat met 3D-printen een nieuwe wereld is opengegaan voor materiaalonderzoek en -ontwikkeling.

Verderop lopen we tegen een perfecte replica aan van Rembrandt’s Joods Bruidje. Onderzoek dat wordt gedaan in samenwerking met Canon/Océ en musea. Het is even eng om met je hand over zo’n beroemd schilderij te gaan, maar het is fascinerend om de penseelstreken te voelen precies zoals Rembrandt ze heeft gezet. Voor een paar duizend euro heb je zo’n perfecte 3D-kopie. Ook hier moet nog heel veel materiaalonderzoek worden gedaan om het nog beter te maken. Met name de vernislaag is vaak het piece-de-resistance.

IMG_2109

We schudden even later de hand van een 3D-geprinte robothand die pneumatisch wordt gestuurd. Hoe harder we knijpen, des te harder duwt hij terug. Naast 3D-printen doet Geraedts ook onderzoek naar robots dus. Daar heeft hij een uitdagende stelling over. “Succesvolle toepassingen van robots zijn daar waar je een soort meester-gezel relatie kunt opbouwen. Je doet de robot wat voor, en die doet het na en gaat door voortdurend leren het steeds beter doen.” We moeten dus robots als collega’s gaan zien met een enorme winst voor de arbeidsproductiviteit. “Geheel autonome robots in een zorgtehuis werken niet.” Het is ook de reden dat men in Delft veel onderzoek doet naar juist die menselijke interactie met robots.

“Uiteindelijk is het slimmer om tientallen robots gezamenlijk een taak te laten uitvoeren, dan één grote complexe robot de gehele taak.”

Hoe ingewikkeld al die robots er ook uit mogen zien, in het hart zijn ze allemaal hetzelfde, allemaal dezelfde digitale componenten. We zien dus steeds meer open source software opkomen om die robots te bedienen en te programmeren. Geraedts trekt hier een vergelijking met de PC-revolutie. Dat doet hij ook nog in een ander opzicht, want hij gelooft in decentralisatie. Uiteindelijk is het slimmer om tientallen robots gezamenlijk een taak te laten uitvoeren, dan één grote complexe robot de gehele taak.

Ik mocht een middagje rondwandelen in een andere wereld, met een professor die daar een eigen prima kijk op heeft: de hype voorbij. De uiteindelijke waarde van 3D-printen zit maar ten dele in het terughalen van de productie uit China of het op maat maken van productie. Dat is belangrijk, maar de echte doorbraak zit vooral in nieuwe materialen, die nieuwe designconcepten mogelijk maken en dus producten die we ons nu nog niet kunnen voorstellen. Het zit in gedecentraliseerde legers van robots, de nieuwe productieconcepten faciliteren die onze fantasie voorbij gaan. Het komt er allemaal aan, maar heeft nog heel wat investeringen en tijd nodig. Tijd van onderzoek en ontwikkeling.