Ontwerpen De 3D-printer als Workmate™

Op zolder een huis bouwen

De 3D-printer wordt al jaren bezongen als een nieuwe wondermachine, maar die verwachtingen lijken te hoog. Jonge ontwerpers beschouwen de printer vooral als een digitaal apparaat dat ze kunnen hacken.

Medium 12 20visual 20of 20canal

In een voormalige textielfabriek in Amsterdam-West staat een robotarm waarvan het uiteinde knetterend en vlammend over een stalen plaat beweegt. In het spoor van het digitale lasapparaat blijft een dun laagje staal achter. Doordat de robotarm een voorgeprogrammeerd pad volgt, tekent zich al na enkele minuten een driedimensionale constructie af op de plaat. De machine wordt met een gordijn van transparant plastic afgescheiden van een grote werktafel met laptops en Apple-schermen. Vanaf deze computers wordt de beweging van de robotarm geprogrammeerd, gecoördineerd en geanalyseerd. De werkplaats oogt als een morph van een scheepswerf en een start-up uit Silicon Valley.

‘Dit zijn de eerste proeven voor een voetgangersbrug die we willen printen over een gracht in Amsterdam’, zegt ontwerper Joris Laarman. De robots in de werkplaats bewegen zich nu nog over een plaat. Maar straks zullen twee robots vanaf beide oevers naar elkaar toe werken en vrij in de lucht bewegen. Letterlijk vanuit het niets zal zo een brug worden gebouwd. Het ontwerp van de brug is gebaseerd op computergegenereerde constructies verwant aan het groeiproces van botten. ‘Waar er meer of minder kracht op de brug staat, worden de stalen verbindingen dikker of juist dunner. Het wordt een prachtige brug die de technologie van de toekomst verbindt met de historische grachten van Amsterdam.’ In samenwerking met het technische bedrijfje mx3d heeft ontwerpstudio Joris Laarman Lab deze printtechniek zelf ontwikkeld.

Het is niet voor het eerst dat de 3D-printer wordt bezongen als de nieuwe wondermachine. Niets minder dan een nieuwe, groene industriële revolutie staat voor de deur, zo voorspelde zelfs het doorgaans toch bedachtzame blad The Economist in 2012: het einde van massaproductie is in zicht als consumenten een digitale ontwerptekening kunnen downloaden en met één druk op de knop uitprinten. Producten kunnen zo eenvoudig worden aangepast aan individuele wensen door het printformaat aan te passen. De vraag naar nieuwe producten vermindert sowieso, want iedereen kan reserveonderdelen voor reparaties uitprinten. Doordat vraag en aanbod op elkaar zijn afgestemd en op één plek plaatsvinden zijn ook overproductie en energieverslindende transporten straks verleden tijd.

Maar ondertussen buigt in een loods in Amsterdam-West een kleine groep techneuten zich in een ruwe werkplaats over een zelfgebouwde robotprinter die met vallen en opstaan stalen puntjes en lijntjes last. De brug laat zeker nog twee jaar op zich wachten. Van een groene revolutie die de consument zal bevrijden is voorlopig dan ook geen sprake. De voorspellingen van deze nieuwe digitale toekomst zijn nog hypothetisch, moet ook Laarman beamen. ‘Iedereen is veel te ongeduldig. De fysieke wereld ontwikkelt nu eenmaal trager en duurder dan de virtuele wereld. We zitten pas net op het omslagpunt. Met mijn studio buig ik mij over hoe we deze technologische golf kunnen omzetten in toegankelijke en concrete objecten. De stoommachine bestond al honderd jaar, maar grootschalige industriële productie kwam pas echt van de grond nadat Henry Ford de lopende band had geïntroduceerd.’

Inderdaad is de economische bijdrage van de 3D-printer nog nihil. ABN Amro schatte de jaarlijkse omzet van de Nederlandse 3D-printindustrie vorig jaar op slechts 45 miljoen. Minder dan één procent van de bevolking heeft er een, hoewel de Mediamarkt al voor 599 euro een instapmodel aanbiedt. Makerbot, wereldwijd marktleider in zelfbouw-3D-printers, is al weer bijna failliet. En wat betreft die revolutionaire producten: het aanbod op de online catalogus van Shapeways, de grootste aanbieder van 3D-geprinte producten, is ontluisterend. In de etalage op de homepage staan onder meer een Hobbit-ring, een plastic vlinderstrik, bloemvaasjes voor aan het fietsstuur en iPhone-hoesjes.

De grootste tekortkoming van de 3D-printer is dat de digitale technologie nog complex is, zegt Jouke Verlinden, onderzoeker van Augmented Matter, een vakgroep aan de TU Delft die zich buigt over ‘hoe digitale technieken kunnen resulteren in materiële objecten’. Dagelijks worden nog onvoorstelbare innovaties gedaan, aldus Verlinden: ‘Grote stappen worden bijvoorbeeld gezet op het gebied van het tegelijkertijd printen van verscheidene materialen met één apparaat. Ook de verfijning van de details verbetert continu. Maar veel van deze technische innovaties zijn gepatenteerd. Daarom zijn het veelal de grote bedrijven, actief in de medische branche, lucht- en ruimtevaart of auto-industrie, die de dienst uitmaken. Deze 3D-printtechnologie is niet gericht op de consumentenmarkt, laat staan op thuisproductie.’

Het probleem is niet zozeer de hardware, voegt Laarman toe: ‘De 3D-printers zijn zelf eigenlijk heel simpele ouderwetse machines. Wij werken met lasapparaten en een industriële robotarm. Maar hoe ze worden aangestuurd, en hoe ze bijvoorbeeld printfouten kunnen herstellen, dat is zeer technisch. Hoe vertaal je een vorm naar een exacte beweging van de printkop, die ook nog eens heel precies weet waar hij hoeveel materiaal moet neerleggen?’ Het zijn vragen die alleen een team van professionele ontwerpers, programmeurs en engineers kan oplossen, wil de ontwerper maar zeggen.

Met een 3D-printer van de Mediamarkt kun je nauwelijks meer maken dan een sleutelhanger of een asbak

De verwachtingen van 3D-printen zijn misschien te hoog. Met een apparaat van de Mediamarkt kun je nauwelijks meer maken dan een sleutelhanger of een asbak. Niet alleen omdat het formaat van de geprinte objecten te beperkt is. Doordat deze consumentenprinters uitsluitend bioplastic gebruiken, zijn de sterkte en draagkracht beperkt. Daarbij moet voor het fabriceren en ontwerpen van een handzaam gebruiksvoorwerp een optimale constructie worden berekend. Dat vereist een slim ontwerp.

Vooralsnog blijft de industriële innovatie beperkt tot oude wijn in nieuwe zakken: grote bedrijven lopen voorop en de consument volgt afwachtend. Shapeways beschikt over nieuw gebouwde productiehallen bij New York waar honderden 3D-printers in slagorde staan opgesteld als een digitaal surrogaat voor de lopende band. Vandaar worden producten alsnog verscheept over de wereld. Dat die industriële revolutie groen zal worden, staat nog lang niet vast.

De trage ontwikkeling van de 3D-printer frustreert vooral de nieuwste generatie productontwerpers. Ze zien het als een multifunctionele doe-het-zelf-machine – de Workmate™ van het digitale tijdperk. Ze buigen zich niet over specialistische toepassingen als vliegtuigonderdelen of medische protheses, maar ontwerpen lowtech-producten met een bijna amateuristische uitstraling. Hoe kan met een 3D-printer toch een expressief gebruiksvoorwerp worden vervaardigd met het unieke handschrift van de maker?

Op de eindexamenexpositie van het Designlab van de Rietveld Academie in Amsterdam deze zomer is slechts één van de acht werken vervaardigd met een 3D-printer. Dat ontwerp lijkt in niets op de voorgeprogrammeerde perfectie die het digitale printproces doorgaans voortbrengt. In een verduisterde kamer hangen plafondlampjes die lijken op de witte lampbollen van Ikea. Alleen hebben deze bollen vreemde inkepingen of een langgerekte druipvorm. De lampen zijn vervaardigd met een 3D-printer en vervolgens in een keukenoven verhit tot ze bijna smolten. De zachte plastic bollen kunnen dan door de consument in elke gewenste vorm worden geduwd. Eenmaal afgekoeld stollen de lampen in de grillige, handgeknede vorm. ‘Natuurlijk beschikken wij over 3D-printers’, zegt Jeroen Kramer van der Veer, hoofd van het Designlab. ‘Maar de interesse hiervoor is beperkt. Studenten zien het als slechts één van de vele gereedschappen die tot hun beschikking staan. Ze maken gebruik van kleiovens, zaagmachines en soms ook van een 3D-printer, dat idee.’

Medium 18 20workinprogress3

Bij gebrek aan artistieke vrijheid bij regulier gebruik beschouwen jonge ontwerpers de 3D-printer als een digitaal apparaat dat ze kunnen hacken. Het Rotterdamse ontwerpduo Minale Meada ontwierp Keystones, een serie constructie-elementen waarmee de consument zelf meubels kan bouwen. Alleen deze koppelstukken zijn 3D-geprint; voor het tafelblad of een stoelpoot kan een standaard houtplaat van een bouwmarkt worden gebruikt.

‘De 3D-printer biedt ongekende vrijheid in vorm of formaat van een meubel’, verduidelijkt Mario Minale, die met dit ontwerp een nominatie voor de prestigieuze Dutch Design Awards verdiende. ‘Maar de techniek is te duur en ingewikkeld voor de consument. Die kloof hebben we willen overbruggen door een meubel te ontwerpen waarvan je meteen ziet hoe en waarvan het is gemaakt. Door met een eenvoudige constructie en simpele koppelstukken te werken, heb je ook geen grote industrie of complexe technologie nodig.’ Vooralsnog zijn de Keystones uitsluitend te bestellen bij Minale Meada. Klanten zijn voorlopers, vaak vermogend bovendien. De laatste bestelling was een serie tafels voor het hoofdkantoor van Nike in Portland, Oregon.

Ook in het revolutionaire tijdperk van de 3D-printer is het de vakman die de productie in handen heeft

De Keystones zijn de basis voor traditionele producten als een tafel, stoel of lamp. Radicaler is de zoektocht van individuele ontwerpers naar een compleet nieuw soort product vervaardigd met een Makerbot of het instapmodel van de Mediamarkt. Roos Meerman studeerde vorig jaar af aan de Artez Academy in Arnhem met een zelf ontwikkeld productieproces waarbij de 3D-printer slechts een schakel is in de productieketen. Het bioplastic dat ze gebruikt verduurzaamt het productieproces. ‘Als een product overbodig wordt, kan het worden omgesmolten en opnieuw worden gebruikt voor andere doeleinden.’ Meerman print holle containers in afwijkende vormen en afmetingen. Deze objecten legt ze in een heet waterbad, zodat ze zacht worden. De buigzame volumes worden vervolgens opgeblazen met een compressor, zodat nieuwe organische vormen ontstaan. ‘De uitdaging wordt om vormen te printen die pas opgeblazen een functie hebben, denk aan bouwmaterialen in kleine ruimtes of een lichtgewicht autocarrosserie. Door het opblazen krijg je objecten met een flinterdunne of zelfs doorzichtige wand.’ De potentie van deze techniek waarbij slechts een halffabrikaat wordt vervaardigd, is onderstreept met het winnen van de New Material Award, een ontwerpprijs voor materiaalinnovatie.

In het 3D-printen lijkt een mix van digitaal en analoog de toekomst te hebben. Een trend die ook buiten design zichtbaar is. In het kielzog van Spotify neemt de verkoop van vinyl ook toe en terwijl Netflix populairder wordt, stijgt het bioscoopbezoek. Zo gaat ook de nieuwe printtechnologie gepaard aan ouderwets handwerk. Dirk van der Kooij bouwde een oude robotarm uit de Chinese auto-industrie om tot een reusachtige 3D-printer. Door de software aan te passen en een spuit aan het uiteinde te monteren, kon hij de arm nu stoelen laten printen van lange draden van plastic van oude koelkasten. Deze techniek heeft hij inmiddels zo verfijnd dat hij een collectie met stoelen, salontafels en lampen van gerecyclede cd-hoesjes produceert. De omgebouwde robotarm slaat een innovatieve brug tussen industriële serieproductie en ambachtelijke flexibiliteit. In zijn Amsterdamse werkplaats kan hij honderd identieke stoelen uitprinten maar ook elke stoel een andere kleur, afmeting of vorm geven. De consument heeft nog steeds volledige keuzevrijheid maar hoeft zich niet te bekommeren om het productieproces.

Medium lifting weight5

Nog een manier waarop ontwerpers de 3D-printtechnologie toegankelijk – bijna menselijk – willen maken, is door proto-industriële materialen te gebruiken, zoals staal en keramiek. De gangbare bioplastics zijn weliswaar goedkoop, milieuvriendelijk en makkelijk in gebruik, maar roepen ook associaties op met Chinese roetfabrieken en zielloze massaproducten – allesbehalve revolutionair dus. ‘Staal is niet voor niets al eeuwenlang een essentieel materiaal’, zegt Laarman, die zich met printrobots ook buigt over de productie van straatmeubilair, een geveluitbouw aan de Zuidas en wellicht zelfs een compleet paviljoen. ‘Het is sterk en relatief eenvoudig te verwerken en heeft de praktische eigenschap dat het snel stolt.’ Oftewel: staal wekt vertrouwen, bij ontwerper én consument.

De ultieme versimpeling is een 3D-printer bouwen waar helemaal geen computer aan te pas komt. Daniel de Bruin, vorig jaar afgestudeerd aan de hku, deed het. Zijn ‘printer’ werkt op zwaartekracht. De printspuit beweegt zich in rondjes over een plaat. Doordat een stukje staaldraad waarlangs deze spuitkop beweegt in een grillige vorm wordt gebogen, krijgt het object een verwante grillige ronde vorm. Een vijftien kilo zwaar contragewicht ten slotte zorgt voor de aandrijving. Het is eigenlijk meer een geautomatiseerde pottenbakkersschijf, beaamt De Bruin: ‘3D-printen maakt productie efficiënt en flexibel, maar volgt nog steeds het industriële principe van reproductie zonder afwijkingen. Deze digitale steriliteit is verschrikkelijk. Daarom heb ik het element van tijd, aandacht en energie aan het productieproces toegevoegd.’ De Bruin kan met zijn analoge 3D-printer op kleine schaal voorwerpen maken die daarvoor nog niet mogelijk waren. Maar tegelijkertijd is zijn invloed op de uitkomst bepalend. ‘Het is echt een samenwerking van mens en machine. Als het contragewicht even hapert, dan levert dat een grillige wand op. Telkens als je iets uitprint, komt het er toch weer iets anders uit. Dat maakt de voorwerpen uniek en dus waardevol.’

Je zou kunnen zeggen dat met omgebouwde robotarmen en kleiprinters zonder snoer de digitale 3D-productietechniek begrijpelijk wordt gemaakt. Van wonderapparaat wordt het weer een ouderwetse machine, waarmee producten worden vervaardigd met een ambachtelijke, bijna handvaardige kwaliteit. Met deze houtje-touwtje-machines willen individuele ontwerpers een laagdrempelig alternatief bieden voor hightech-toepassingen als de klinische precisie van een vliegtuigonderdeel of de geïmiteerde perfectie van een oorprothese.

Van consumenten die zelf gebruiksklare producten maken op zolder is nauwelijks sprake. Alleen een kleine groep toegewijde pioniers vindt het interessant om zelf iets te ontwikkelen. Revolutionair is dan ook niet de kleinschaligheid maar de radicale flexibiliteit van 3D-printen. Met één machine kan door instructies aan te passen telkens weer een ander product worden geprint in vormen die voorheen alleen met de hand konden worden gemaakt. Ook in het revolutionaire tijdperk van de 3D-printer is het de vakman die de productie in handen heeft.


Kunst & ambacht
‘All the works here were made by the artist himself, personally.’ De boodschap van David Hockney was een sneer naar Damien Hirst en zijn productieve assistenten. Het ambacht is terug in de kunst en de maker mag gezien worden. Terwijl hele bruggen uit de 3D-printer rollen en ‘digitale’ kunstwerken zorgen voor smetteloze presentaties wordt weer volop geweven en gekleid. Jonge ontwerpers zien in de 3D-printer op de eerste plaats een apparaat dat zij eigenhandig kunnen hacken.Ambachtelijkheid is soms een teken van kwaliteit en soms ronduit een belediging. Waar houdt het ambacht op en waar begint het kunstwerk? In de beeldende kunst, het domein van de readymade, duikt opvallend veel handwerk op. Kunstenaars plaatsen uitheemse potten op een sokkel of bouwen zelf een fabriek. Tussen concept en uitvoering gaat een hele wereld schuil. Ter gelegenheid van het nieuwe culturele seizoen een special over het ambacht in beeldende kunst, toneel en literatuur.


Beeld: (1) Impressie van het printen vann een brug in Amsterdam, door Joris Laarman. De echte brug wordt in 2007 geprint (Foto Joris Laarman), (2) Paco Bockelmann test het printen van de brug in Amsterdam (Foto Adriaan Laarman), (3) Daniel de Bruin bouwde een 3D-printer die werkt op zwaartekracht (Foto Daniel de Bruin).