De beloften van 3D-Printing in perspectief
, 
, 
3D-printen is een technologie met zeer veel potentie en het belooft een hele hoop. Zoals Anderson zegt staan we aan de vooravond van een ware nieuwe industriële revolutie. Praat met mensen die een 3D-printer hebben aangeschaft en het enige wat je hoort zijn louter enthousiaste verhalen met woorden als ‘baanbrekend’, ‘disruptief’ en ‘revolutionair.’
Het is een sterk groeiende markt die op dit moment eigenlijk nog in de kinderschoenen staat. De algemene verwachtingen omtrent deze technologie zijn echter groot. Men noemt 3D-printen zelfs The Next Trillion Dollar Industry
Doordat met additief produceren slechts het materiaal wordt gebruikt wat ook daadwerkelijk in het product terecht komt wordt er bij 3D-printen, in tegenstelling tot subtractieve productie, veel minder materiaal gebruikt. Dit brengt niet alleen een kostenbesparing met zich mee, maar is ook nog eens ontzettend duurzaam. De meeste thuisprinters printen met duurzame plastics, zoals PLA, wat biologisch afbreekbaar is en wordt gemaakt van mais of riet.
Objecten die worden gemaakt met een 3D-printer hoeven vaak niet te worden geassembleerd. Het maakt niet uit of een object uit meerdere en bijvoorbeeld bewegende onderdelen bestaat. Als het object uit de printer komt is het klaar voor gebruik.
Dat komt omdat 3D-printers kunnen printen in welke vorm dan ook. Dit biedt een ongekende vormvrijheid. Er zijn zelfs objecten, zoals de Gaudi Chair van Bram Geenen, die alleen maar te maken zijn door een 3D-printer. Je kunt de ontwerpen zo complex mogelijk maken als je wil. Ook zijn veranderingen in design een fluitje van een cent en in principe kosteloos. Het design is digitaal aan te passen en on demand kan een nieuw exemplaar uit de printer rollen. Saaie eenheidsworst is verleden tijd.
Lange wachttijden bij maatwerkproducties zijn door 3D-printen verleden tijd. Het lijkt er dan ook op dat 3D-printen een behoorlijke verschuiving teweeg zal brengen op de long-tail productie. Ook wordt door 3D-printing de tijd tussen ontwerp en productie sterk verkort.
Omdat er kan worden geprint met lokale grondstoffen zal 3D-printen ervoor zorgen dat producten weer lokaal gemaakt zullen worden. Outsourcing van productie wordt hierdoor overbodig. Verder zou deze 3D-printentechnologie wel eens het einde kunnen betekenen van de tussenpersoon in de productieketen. Het midden is in wezen uitgeschakeld nu iedereen direct zelf een productie kan draaien.
Omdat er weer lokaal geproduceerd kan worden zijn ook transport- en distributiekosten verleden tijd. Voorraden van producten raken overbodig. Slechts grondstoffen of halffabrikaten dienen voorradig te zijn. Producten kunnen namelijk on demand worden gemaakt. De beschikbaarheid van producten neemt hierdoor ook toe. De digitale designs van producten zorgen ervoor dat ‘oude’ producten binnen een handomdraai weer geproduceerd kunnen worden.
Allemaal kenmerken van de fabriek van de toekomst.
3D-printers kunnen op aanvraag de meest mooie dingen maken. Kwaliteit wordt door deze ontwikkeling dan ook belangrijker dan produceren op grote schaal. De kwaliteit van een idee heeft opeens veel meer waarde.
Het namaken van een bestaand product wordt nu ook een fluitje van een cent. Door middel van een 3D-scanner is het zeer eenvoudig bestaande opjecten te dupliceren. Waar een 3D-printer bits omzet in atomen, zetten 3D-scanners atomen om in bits.
Tot nog niet zo heel lang geleden waren 3D printers zeer prijzig, niet gebruiksvriendelijk en stonden ze achter gesloten deuren van fabrieken en labs. Maar door het vervallen van enkele belangrijke patenten van de printtechnologie en de open source methode waarmee een groepje makers aan het RepRap-project begon, zijn de apparaten nu ook voor consumenten betaalbaar geworden.
De 3D-printtechnologie stamt uit 1985. Grappig genoeg bracht HP in datzelfde jaar de eerste LaserJet-printer op de markt. De laserprinter heeft, net als de computer, inmiddels bij iedereen een vaste plek in huis of kantoor gekregen. Dat is bij de 3D-printer nog niet het geval. Maar daar zou wel eens snel verandering in kunnen komen.
Terry Wohlers, van onderzoeksbureau Wohlers Associates, ziet gelijkenissen met de markt van de traditionele printers. “We zien een aantal ontwikkelingen in de 3D-printindustrie die parallel lopen met de industrie van de printtechnologie van de gebruikelijke printers. We zien gelijkenissen met geavanceerde industriële machines die worden gebruikt bij kranten, magazines, posters en spandoeken met daartegenover de laaggeprijsde machines voor kantoren en thuisgebruik en alles wat daartussenin zit. Hierdoor hebben we enigszins een idee waar de ontwikkeling zich naartoe beweegt.”
3D-printen is meer multidimensionaal vanwege het feit dat ze vele verschillende materialen gebruiken. Normale printers printen slechts met inkt op papier. Het printen van onderdelen en producten met een 3D-printer omvat onder andere onderdelen uit de automobielindustrie, de luchtvaartindustrie, consumentenproducten, maar uiteindelijk ook kleding, voedsel en levend weefsel. De potentie bij 3D-printen is dus vele malen groter dan bij traditioneel printen, zowel in de diepte als in de breedte. Het is nu zelfs mogelijk om botstructuren of zacht weefsel te printen. In het verschiet ligt het printen van hart en nieren.
Een groep wetenschappers aan de University van Pennsylvania en MIT zijn er in geslaagd een synthetische lever te printen met een 3D-printer. Het bijzondere van deze lever is dat de cellen in het orgaan in leven blijven zonder dat ze voedingsstoffen en zuurstof van elkaar afpakken. Dat is bij dit soort organen normaal gesproken wel het geval waardoor veel cellen sterven. Door de cellen samen te voegen met bloedvaten blijven de cellen lang genoeg leven om weefsel te vormen. Duitse onderzoekers zijn er al in geslaagd om bloedvaten te printen.
Een groep onderzoekers van de Universiteit van Warwick in Groot Brittannië hebben nieuw materiaal ontwikkeld genaamd carbomorph. Met dit materiaal kunnen, als onderdeel van een 3D-structuur, elektrische circuits en sensoren worden geprint. Deze kunnen daarna direct gekoppeld worden aan aanraakgevoelige oppervlakten bijvoorbeeld.
Een van de vele geluiden die je hoort bij 3D-printen is dat het bouwen van gecompliceerde elementen zeer goedkoop of zelfs gratis is geworden. In het ontwerpen en het bouwen van een motorblok, die geoptimaliseerd kan worden met behulp van 3D-printen vanwege de vormvrijheid, gaat een hele hoop tijd zitten. De karaktereigenschap van 3D-printen is dat je in kleine oplagen produceert. Zou je slechts een enkel exemplaar van die gecompliceerde motor maken dan is dat verre van goedkoop of gratis.
Velen beweren dat de technologie van 3D-printen zich, net als computers, ook volgens de wet van Moore zal ontwikkelen. De capaciteit van het apparaat groeit en de aanschafprijs van het product krimpt. De wet van Moore houdt in dat, door de technologische vooruitgang het aantal transistors, wat op een bepaald oppervlak silicone past, om de 18 maanden verdubbeld en dus exponentieel groeit.
Bij 3D printers gaat deze vlieger maar gedeeltelijk op. 3D-printers zijn afhankelijk van meer dan alleen het denkvermogen. Bij 3D-printers gaat het namelijk ook om de vooruitgang in snelheid van de printkop, ben je afhankelijk van het ruwe materiaal wat in de printer moet en heb je te maken met de betrouwbaarheid, de accuraatheid of printresolutie. Omdat de thuisprinters nu vrijwel slechts met plastics printen en de techniek daarvan ook ongeveer hetzelfde is gebleven is de wet van Moore op deze tak van de 3D-printmarkt wel enigszins van toepassing. Bij professionele printers ligt dit anders.
In 2001 kostte de goedkoopste 3D-printer op de markt 45.000 Amerikaanse dollar. In 2005 was die prijs al gezakt naar 22.900 dollar. Inmiddels kun je zelfs al een professionele printer kopen voor minder dan 10.000 dollar, een open source variant voor minder dan 4.000 dollar en een consumentenprinter voor minder dan 1.500 dollar.
Volgens Mark Hatch, CEO van Techshop, zou je de ontwikkeling van 3D-printtechnologie enigszins kunnen vergelijken met de schermtechnologie van televisies en computers. “Het heeft de afgelopen twintig jaar een geleidelijke technologische verbetering doorgemaakt en dat zal zo blijven.”
De ongekende explosie aan populariteit en bereikbaarheid van de technologie is niet te danken aan een plots technologische vooruitgang maar aan twee zeer belangrijke patenten die in 2011 kwamen te vervallen. Een van deze patenten lag op het gebruik van FDM-techniek (fused deposition modeling) waarbij plastics worden gesmolten en door een verhitte printkop worden neergelegd volgens een bepaald softwarescript. De open source printers en de consumentenprinters gebruiken deze printtechniek, maar Stratasys had deze techniek gepatenteerd in 1989.
Onlangs werd het eerst pistool afgevuurd die volledig gebouwd is door een huis tuin en keukenprinter. Op de site van DEFCAD (Defence Distributed) is het mogelijk de digitale bestanden van het pistool genaamd The Liberator gratis te dowloaden. Thuis print je alle onderdelen en zet je eenvoudig het pistool in elkaar. Dit brengt behoorlijk wat vraagstukken met zich mee. Op dit moment heeft de US Department of Trade Controls de download verboden en is de downloadfunctie van de site verwijderd. Uiteraard is op verschillende torrent-sites The Liberator gewoon nog te downloaden. The Liberator heeft een hoop heisa veroorzaakt. Volgens 3D-printexperts zoals Mark Hatch van Techshop, zelf ooit een ‘Green Beret’, moeten we dit soort ontwikkelingen nog wel met een korreltje zout blijven nemen. “Inderdaad, een pistool printen is mogelijk, maar het is duur, duurt lang en de kwaliteit is zeer slecht. Het is eenvoudiger om er een te maken met de huidige industriële gereedschappen die beschikbaar zijn op eBay. Alleen een idioot gebruikt een 3D-geprint pistool of mes.”, aldus Hatch. Voorlopig hebben we hier dus nog niet zoveel van te vrezen.
Maurice Williamson, de Nieuw-Zeelandse minister verantwoordelijk voor de Douane, bekijkt de 3D-printtechnologie met argusogen. Hoewel hij erg opgewonden raakt van de mogelijkheden die de techniek te bieden heeft ziet hij gevaren voor de huidige vorm van grensbewaking. Williamson verwacht dat de 3D-printer net zo’n gemeengoed gaat worden als de PC. “Als mensen thuis op feestjes met een 3D-printer ecstasypillen kunnen printen betekend het dat onze rol als Douane totale onzin is geworden”
Wohlers zag de 3D-printindustrie groeien met 29% in 2011. De data voor 2012 is nog niet beschikbaar maar ook dat jaar zal een zekere en solide groei laten zien. 2013 zal volgens Wohlers de grootste groei in deze industrie tonen. “In mei 2012 was onze voorspelling dat in het jaar 2015 de besteding aan materialen en machines van de industrie 3,7 miljard dollar zou zijn. In 2019 zou het gaan om 6,5 miljard dollar.”
Toch heeft de technologie nog een lange weg te gaan. Het maken van objecten met 3D-printers duurt lang en is relatief nog vrij duur. Het printen van een solide plastic appel op de nieuwe Makerbot, een 2000 euro kostende consumentenprinter, duurt zeven uur en kost ongeveer 20 euro aan materiaal. Niet echt competitief met goedkope plastic spullen uit China.
Het grootste obstakel wat een 3D-printrevolutie in de weg staat is de software die op dit moment beschikbaar is om dingen te ontwerpen, te renderen en uiteindelijk te printen. Matthew Griffin, community manager bij online marktplaats Adafruit Industries, ziet een groot gat tussen wat consumenten zien en hen inspireert en wat ze uiteindelijk zelf kunnen maken. “Veel mensen printen designs van anderen, maar kunnen nog niet zelf dingen ontwerpen.” Tijdens de Inside 3-D Printing Conference wat afgelopen maart plaats vond in New York, gaf Igal Kapstan - vice-preseident van een designsoftwarebedrijf voor 3D-printen - een lezing over dit onderwerp. CAD (Computer Aided Design) Software creëert vormen of een geometrie, maar vaak is flinke kennis vereist om met deze software iets succesvol te ontwerpen en uit de printer te laten rollen. Het bedrijf van Kapstan is dan ook druk bezig met het ontwikkelen van software die iedereen zonder moeite kan gebruiken en snappen.
AutoDesk, misschien wel de grootste speler op de CAD-softwarmarkt, heeft inmiddels ook eenvoudige CAD-software in haar portfolio opgenomen. De zogenoemde 123D-reeks bevat onder andere een eenvoudige designtool en een simpele scantool voor het scannen van objecten door middel van foto’s genomen met je iPhone of iPad. Daarnaast heeft het bedrijf zojuist Tinkercad gekocht, een andere zeer toegankelijk programma wat zelfs vanuit je internetbrowser te gebruiken is. Het begint er op te lijken dat binnenkort het ontwerpen en het maken van alledaagse dingen en objecten kinderspel gaat worden. Over kinderspel gesproken, een leuk voorbeeld van 3D-designsoftware voor kinderen is Doodle3D. De Nederlander Rick Companje bedacht een eenvoudige schetstool waarmee kinderen hun simpele schetsjes in 3D uit kunnen printen. Misschien geen zinvolle producten, maar wel ontzettend leuk.
Software achter websites als SuuZ, een startup van drie studenten uit Delft, zorgt dat de klanten binnen de grenzen van de beperkte mogelijkheden blijven, maar wel de uiteindelijke vorm van een product kan bepalen. SuuZ beperkt zich op dit moment tot sierraden, zoals ringen. Maar dit verdienmodel en deze vorm van productbepaling is natuurlijk denkbaar op veel meer vlakken. Denk aan lampen, kopjes, vazen en schalen. IKEA zou bijvoorbeeld via hun website een toepassing kunnen bieden waarbij verschillende vormen van lampenkappen te ontwerpen zijn voor de standaard lampen die ze nu aanbieden. Designapplicaties voor non-experts zijn een must bij deze technologie.
Copyright is een rechtsveld wat erg ingewikkeld is, vooral met betrekking op 3D-printen. Nathan Myhrvold verdient zijn geld aan het verkrijgen van patenten en vervolgens overtreders aan te klagen. Deze voormalig CTO van Microsoft heeft een uitgebreid patent gekregen op Digital Right Management van 3D-printen. Zijn doel: elke 3D-printer eerst te laten verifiëren of het model wel rechtsgeldig geprint mag worden. Het bedrijf van Myhrvold staat bekend als een patenttrol en het wil waarschijnlijk er voor zorgen dat makers van 3D-printinstructies een licentie nemen op het ontwikkelde controlesysteem. Copyright wordt een wezenlijk probleem bij 3D-printen.
Objecten die mensen thuis kunnen maken met hun eigen 3D-printers zijn vrij klein van formaat. En het thermoplastic materiaal waarmee de thuisprinters objecten creëren is goedkoop ogend plastic waar mensen normaal gesproken een hekel aan hebben. Dit is overigens nog steeds het enige materiaal waar de goedkopere printers mee kunnen werken. Ook mislukken 3D-prints op thuisprinters regelmatig. De hardware van de printers moet goed gekalibreerd zijn en dat vergt geduld en precisie, iets waar velen waarschijnlijk geen zin in hebben. Toch zal in de nabije toekomst ook dit probleem hoogstwaarschijnlijk, net als het ‘softwareprobleem’, uit de weg worden geholpen door de opkomst van eenvoudigere en goedkope plug & play varianten en verbeteringen die op de machines worden aangebracht. Het is dus vooral de beperkte toegankelijkheid, gebruiksvriendelijkheid en het beperkte aantal beschikbare materialen die er voor kunnen zorgen dat de revolutie op consumentenvlak nog eventjes op zich laat wachten. Maar dat de revolutie er komt, daarover bestaat geen twijfel.
Steeds meer 3D geprinte dingen zullen in de toekomst bij ons in de huiskamer staan of gebruikt worden. Toch denkt Wohlers dat het merendeel van deze items afkomstig zullen zijn van professionele printers en niet uitgeprint op thuisprinters door de consumenten zelf. Het is straks dan wel mogelijk om je eigen servies en meubilair te ontwerpen en te printen, maar de kans is groot dat je daar niet aan begint.
Comments
Leuk inzichtelijk artikel! Ben benieuwd naar het vervolg hierop.