35 :: Zelluf doen

Twee jaar geleden schreven wij over 3D printing. De opkomende technologie kan een ingrijpende economische verandering teweegbrengen: de consument wordt ook producent. In deze update blijkt die belofte akelig dichtbij. Zelfs printerreus HP doet mee.

Als je in de Apple Store door het ruime aanbod van iPhone-hoesjes browset dan zal het woord revolutionair niet snel in je opkomen. Toch is één hoesje in de Apple Store, de FreshFiber Weave Case, de mascotte van een heuse revolutie. Het hoesje is het eerste product op de consumentenelektronicamarkt dat op grote schaal wordt gefabriceerd via rapid manufacturing.

Is rapid manufacturing niet de zoveelste moderne fabricagemethode? Ja, maar het is veel meer. Rapid manufacturing, in de volksmond beter bekend als 3D printen, maakt het mogelijk om met een klik van de muis elk denkbaar object dat uit één materiaal bestaat, ongeacht de complexiteit van de vorm, naar eigen wens binnen een paar uur te fabriceren op een manier die je met geen enkele andere methode kan realiseren.

Voor de Bright-lezer die nog niet bekend is met 3D printen; het ontwerp van de FreshFiber Weave Case bestaat alleen maar als een computerbestand. Er is geen mal waarin een plastic wordt gegoten om er een hoesje uit te persen. Het computerbestand wordt direct vanaf een computer door een grijsgrauwe kast letterlijk als een 3D object geprint. De inkt in een 3D-printer is vervangen door de materialen als kunststof, metaal of zelfs glas. Het apparaat print het materiaal in flinterdunne laagjes boven op elkaar en weet precies waar het deeltjes aan elkaar moeten lijmen en waar niet, totdat er uiteindelijk een driedimensionaal object ontstaat. Als de 3D-printer gereed is, dan heb je bijvoorbeeld een telefoonhoesje uit één stuk. Klaar voor gebruik.

Als je voor het eerst over 3D printen hoort, dan klinkt het als een replicator uit Star Trek. Dat was althans mijn associatie toen ik twee jaar geleden voor Bright onderzoek deed naar de ontwikkeling van het 3D printen. Sciencefiction dacht ik, maar de experts verzekerden mij destijds van het tegendeel. In het artikel Iedereen een 3D printer in Bright #21 kondigden de experts een tweede industriële revolutie aan met de belofte dat je in de toekomst alles zelf thuis kan maken. Home fabrication noemden ze dat.

Binnen een jaar of vijf zouden we thuis over een desktopmodel 3D-printer beschikken, ontwerpen van sierraden, meubilair, schoenen en allerlei gebruiksvoorwerpen zoals skins voor je mobieltje online downloaden en thuis uitprinten. Had je thuis geen 3D-printer dan zou je terecht kunnen bij een 3D-copyrette om de hoek. De voorbeelden werden steeds gekker. Perfect passende protheses voor gehavende ledematen van Irakese oorlogsslachtoffers werden destijds al 3D geprint. We zouden in de toekomst zelfs gebouwen met reusachtige 3D-printers kunnen printen en een TNO-ingenieur vertelde dat mobieltjes in de toekomst werkend uit 3D-printers zouden rollen. Verbijsterende materie die de verbeelding ontsteeg.

Wat is er sinds het schrijven van het artikel science fact geworden? Is die tweede industriële revolutie in gang gezet en krijgt iedereen binnenkort een 3D-printer, of loopt het niet zo'n vaart?

Toen en nu
Eén ding is nu nog even duidelijk als toen. Het 3D printen van een werkend mobieltje blijft voorlopig toekomstmuziek, maar de 3D printtechnologie is de afgelopen twee jaar wel degelijk in een stroomversnelling geraakt. De toepassingen worden bekender, de printers goedkoper, sneller en nauwkeuriger en de keuze en kwaliteit van het aanbod aan materialen neemt zienderogen toe.

3D printen wordt nu al op de meest verrassende plekken ingezet. De body armor van verfilmde stripheld Iron Man en zijn aartsrivaal Whiplash kwamen als print-to-wear uit een 3D-printer rollen. De Amerikaanse talkshowhost Jay Lenno van The Tonight Show gebruikt 3D printtechnologie in zijn enorme garage om kapotte, onmogelijk verkrijgbare onderdelen van zijn antieke auto's opnieuw te fabriceren.
Werd 3D printen twee jaar geleden voornamelijk ingezet als een rapid prototyping-instrument, waarmee je een virtueel ontwerp via de 3D-printer omtovert tot een tastbaar prototype, nu zie je dat het 3D printen steeds vaker gebruikt wordt voor het direct printen van een bruikbaar eindproduct.

Het Australische Cyber Tech verkoopt hun CyberQuad Vertical Take Off and Landing Drone aan hulpdiensten en militairen, die ze inzetten om vanuit de lucht met camera's te surveilleren. Het onbemande vliegende voertuig is 3D geprint. De CyberQuad, ongeveer een halve vierkante meter groot, wordt na het printen uitgerust met batterijen, propellers, elektrische motortjes en een camera. Het bekendste voorbeeld van rapid manufacturing zijn echter de gehoorapparaatjes die letterlijk in de miljoenen via 3D worden geprint. Toch is elk gehoorapparaatje perfect passend, op maat geprint voor iedere patiënt.

3D printen beperkt zich ondertussen ook niet meer tot kleine objecten. De duizenden bezoekers die onlangs de King Tut-tentoonstelling in New York bezochten, konden zich vergapen aan een 3D geprinte kloon van farao Toetanchamon. De mummie is nauwelijks van de echte te onderscheiden. Het Belgische Materialise gebruikte CT-scans van de echte mummie om een een-op-een replica te printen. De 3D-printer van Materialise kan objecten tot twee meter printen. Indrukwekkend. Maar het kan nog veel groter.

De Italiaanse civiele ingenieur Enrico Dini printte vorig jaar als eerste in de wereld een metershoge sculptuur in zijn werkplaats in de buurt van Pisa. Laagje voor laagje spuit zijn enorme 3D-printer een mengsel van zand en een milieuvriendelijk bindmiddel tot er uiteindelijk een golvende Gaudiaanse sculptuur ontstaat. Met zijn D-Shape 3D printtechnologie kan Dini zelfs gebouwen in elke gewenste vorm printen. De civiele ingenieur is in gesprek met de mensen die verantwoordelijk zijn voor de bouw van Gaudi's Sagrada Familia basiliek in Barcelona. Dini gelooft dat zijn technologie een geprint steentje kan bijdragen aan de voltooiing van het meesterwerk dat al ruim een eeuw in aanbouw is.

De belofte van twee jaar geleden dat we in de toekomst werkende organen zouden kunnen printen, komt ook dichterbij. Het Amerikaanse Wake Institute for Regenerative Medicine, gespecialiseerd in de constructie van weefsel en organen, bouwde recentelijk een standaard inktjetprinter om. Ze verving de inkt in de cartridges met biologische inkt die uit cellen bestaat en printte in veertig minuten een miniatuurhart met twee hartkleppen die na een paar uur ritmisch begon samen te trekken. De technologie is nog niet rijp om een falend mensenhart te vervangen, maar dat is een kwestie van tijd. Zeker nu het bedrijf Organovo de eerste commerciële bio-printer uitbracht voor de fabricage van menselijk weefsel en organen. Een paar maanden geleden is op de Organovo NovoGen printer het eerste menselijke bloedvat met bio-inkt geprint.

Mainstream
3D printen heeft in een korte tijd een vogelvlucht genomen, maar de toepassingen zijn vooral toegespitst op nichemarkten. De FreshFiber Weave iPhone Case geeft echter aan dat rapid manufacturing ook het grote publiek gaat raken.
Janne Kyttanen is oprichter en creative director van het Amsterdamse Freedom of Creation. Kyttanen is een pionier die al een paar jaar de fraaiste organische objecten, zoals lampen, sieraden, kleding en meubels ontwerpt en met 3D printen produceert. Samen met twee andere compagnons richtte hij FreshFiber op om 3D geprinte consumentenproducten op grote schaal aan de man te brengen.

Volgens Kyttanen zal rapid manufacturing grote gevolgen hebben voor zowel fabrikant, ontwerper als consument. ‘Het is zeer boeiend wat er gaat veranderen. Normaal gesproken kijkt een fabrikant naar de best verkopende producten op de markt zoals bijvoorbeeld een iPhone. Okay, laten we daar een hoesje voor maken. Ze investeren in een peperdure spuitgietmal om de hoesjes te maken en hopen dat terug te verdienen door er miljoenen van te verkopen. Een hoesje voor een minder populair model laten ze links liggen. Die verkopen ze niet genoeg. Wij kijken daar heel anders naar. Er zijn honderden telefoons en we willen voor elk model een hoesje maken. We zeggen niet hoeveel verkoop ik van dat ene specifieke BlackBerry-hoesje, maar hoeveel verkopen we er over het gehele assortiment. Als we er van de BlackBerry zelfs maar één verkopen dan is dat goed, want misschien verkopen we in het eerste jaar in totaal 40 duizend hoesjes voor alle telefoons bij elkaar.'

Deze gedachte ligt voor de hand. Zonder dure mallen hoef je slechts te investeren in het maken van het ontwerp. ‘We kunnen een ontwerp nemen en dat op alles toepassen: een iPhone, iPad, BlackBerry, HTC, noem maar op. Het enige wat je moet doen, is het bestand aanpassen zodat het past. Zodra Apple met tekeningen komt van een nieuw product hebben wij binnen een paar dagen het ontwerp klaar en kan je het kopen in de Apple Store. We zijn supersnel. Dat is een wezenlijk voordeel van rapid manufacturing. Het ontwerp is meteen een verkoopbaar product omdat je het on demand print.'

De tweede industriële revolutie
De consument zal de komende jaren steeds meer producten tegen een betaalbare prijs helemaal naar eigen wens kunnen vormgeven. Om te spreken van een tweede industriële revolutie is het nog te vroeg. Toch denkt Kyttanen dat home fabrication met de komst van Hewlett Packard in de arena van 3D-printers een stuk dichterbij komt.

HP introduceerde een paar maanden geleden een tweetal gebruiksvriendelijke en enigszins handzame 3D-printers die kunststof objecten printen. Het prijskaartje van zo'n 13 duizend euro is veel te hoog voor de gemiddelde consument. Maar toch. Kyttanen: ‘HP is de eerste grote speler die de middelen heeft om de 3D-printer bij de gewone mens in huis te zetten.'

HP denkt daar zelf echter heel anders over. ‘Wij geloven dat de tijd rijp is voor 3D printers om mainstream te worden', zegt Emilio Juarez, manager van 3D-printers bij HP. ‘Onze doelgroepen zijn ingenieurs, tandheelkundige laboratoria, scholen en dergelijke, maar niet de consument. Ik geloof niet dat 3D-printers thuis grootschalig gebruikt en geaccepteerd zullen worden, zoals een fotoprinter of een wasmachine. Mensen moeten of toegang hebben tot ontwerpen van 3D-bestanden of zelf op de computer kunnen ontwerpen. Dat is een enorme barrière. Ik zie niet in hoe je aanschaf van een 3D-printer kan rechtvaardigen als je slechts zo nu en dan een 3D-object print, tenzij je een fanatiek hobbyist bent. Mensen krijgen wel toegang tot 3D geprinte producten, maar dan via service centers net zoals mensen nu fotoboeken bij online service centers laten drukken.'

Exponentiële groei
De open source 3D printing beweging zal het niet met Juarez eens zijn. Zij ontwikkelen zelfgebouwde 3D-printers in hun garages die de tweede industriële revolutie wel degelijk dichterbij brengen.
Twee jaar geleden beschreef ik het RepRap-project, een zelfreplicerende 3D-printer bedacht en ontwikkeld door Adrian Boyer, werktuigbouwkundige aan de Britse Bath Universiteit. Met de REPlicating RAPid printer die je, als je handig bent, voor een paar honderd euro met makkelijk verkrijgbare onderdelen zelf in elkaar zet, print je onderdelen voor een nieuwe printer of maak je onderdelen om de volgende printer te verbeteren.

Destijds ging het om een kleine groep doe-het-zelvers die in schuurtjes met de zelfgebouwde RepRap-printers aan de slag ging. Sindsdien is de RepRap-beweging explosief gegroeid, vertelt de Nederlandse RepRap-expert Erik de Bruijn. ‘We hebben tienduizend operators die betrokken zijn bij het RepRap-project, waarvan er zo'n drieduizend printers bouwen. De meeste mensen zijn pas in het laatste jaar bij het project betrokken geraakt.' De Bruijn heeft zelf drie RepRap-printers gebouwd. De eerste printer gebruikte hij om betere onderdelen voor zijn tweede te maken en samen maakten zij op hun beurt weer onderdelen voor de derde.
Volgens De Bruijn kun je een RepRap als een zelfhelende machine zien. ‘We waren met twee printers in de auto op weg naar een presentatie in Denemarken. Eén van de printers was door het vervoer beschadigd geraakt. Met de werkende printer hebben we onderdelen geprint om de kapotte te vervangen. Het interessante aan de RepRap is dat hij niet alleen bedoeld is om printers te produceren maar ook om nuttig te zijn. Met een zelfreplicerende machine heb je een enorme capaciteit om meer machines te maken en dat kan leiden tot exponentiële groei.'

De Bruijn smult van de belofte van de RepRap. ‘Je moet dus ook voorwerpen maken waar mensen van houden. Bijna alles wat je kan voorstellen binnen de capaciteit van de 3D-printer kan uit het niets komen. Dat is prachtig. Iedereen kan hier dingen mee maken waar hij of zij gepassioneerd over is. Dat maakt de 3D-printer de killer app voor iedereen. Nu gaat dat alleen nog in plastic maar er is geen enkele reden om te denken dat we binnenkort geen andere materialen met een RepRap kunnen printen. Die ontwikkeling gaat zo ontzettend snel.'

Dat betekent echter niet dat iedereen een RepRap wil of kan bouwen. ‘Wellicht dat in de toekomst de handige buurjongen voor een zakcentje een RepRap voor je print en bouwt.' In wezen gebeurt dat al. Het RepRap-project heeft al de nodige spin-offs voortgebracht, zoals het open source bouwpakket CupCake CNC 3D printer van Makerbot Industries. Voor 750 dollar krijg je alle onderdelen thuis gestuurd en hoef je deze slechts in elkaar te zetten.
Bits from Bytes biedt deze eerste kant-en-klare open source 3D-printer aan met een prijskaartje net iets boven de tweeduizend euro. Botmaker kan de vraag naar de CupCake al bijna niet meer aan. De 3D-printer is overduidelijk een opmars via de garage naar de huiskamer aan het maken.

De consument als fabrikant
Zoals Juarez van HP al aangaf, is de kans groot dat het merendeel van de mensen hun eigen ontwerpen via service centers zoals het Nederlandse Shapeways laat printen. ‘Shapeways is een website waar mensen hun eigen dingen kunnen ontwerpen en die wij met 3D-printers voor ze maken en naar ze opsturen', vertelt oprichter Peter Weijmarshausen.

Het concept achter Shapeways is werkelijk uniek. Ben je bedreven met 3D-tekenpakketten, dan kun je je eigen ontwerpen uploaden, laten printen en binnen tien dagen valt het object op je deurmat. Je kan je ontwerpen ook via een persoonlijk winkeltje aan iedereen verkopen. Ben je niet bedreven in het ontwerpen dan biedt Shapeways co-creation tools waarmee je bestaande ontwerpen op de site heel makkelijk naar wens kan aanpassen. ‘Daar hebben we al meer dan zeshonderd voorbeelden van online staan. Je kunt manchetknopen, ringen, huisdecoratie of dingen voor je hobby heel makkelijk aanpassen en maken.' Shapeways beperkt je ontwerpen niet tot een aantal plastics maar biedt verschillende materialen, waaronder roestvrij staal, verguld en zelfs glas.

Sinds Shapeways in juli 2008 van start ging, is de dienst gegroeid als kool. Weijmarshausen: ‘In januari 2009 maakten we honderd modellen per week en nu zijn we de 2500 unieke modellen per week gepasseerd. Er zijn dingen die mensen bij ons laten maken die ik echt niet had verwacht. Een Amerikaan heeft bij ons een raketmotor voor zijn hobbyraket in staal laten printen. Een andere klant ontwierp een prachtige organisch vaas. Fantastisch! Deze technologie biedt echt ongekende mogelijkheden. Drie dagen na de lancering van de iPad hadden we al een cover te koop. Welke andere producent kan zo snel al een product klaar hebben zonder samenwerking met Apple?'
De persoonlijke online winkel die van iedere Shapeway-klant een ontwerper, fabrikant en winkelier in één kan maken, slaat volgens Weijmarshausen enorm aan. ‘De duizendste gebruiker opende onlangs zijn eigen winkel. Een van de toppers heeft er al 4000 dollar mee verdiend en zijn omzet groeit net zo hard mee als de onze. Misschien kan hij aan het eind van het jaar zijn inkomen verdienen met zijn shop op Shapeways', zegt Weijmarshausen met een knipoog.

‘Twee jaar geleden had nauwelijks iemand gehoord van 3D printen en nu weten al veel meer mensen wat 3D printen voor hen kan betekenen. Bovendien was het in het begin heel erg duur. Nu is het nog wel prijzig maar sinds onze start hebben we de prijs met een factor drie verlaagd. Wij zijn continu bezig om de prijs omlaag te krijgen en de tools zo toegankelijk te maken dat iedereen dingen zelf kan maken of verkopen. Wat ik voorzie is dat er in de komende jaren nieuwe materialen gaan komen die relevant zijn voor de consumenten. Niet alleen de prijs is belangrijk. Je moet ook een object uit het gewenste materiaal kunnen maken. We hebben in het verleden een actie met zilver gehad en het kan goed dat een aantal edelmetalen bij ons terugkomen. Het creatieproces gaat ook nog veel makkelijker worden, zodat ze mensen sneller en eenvoudig content kunnen creëren. Content is heel belangrijk. Het is net als bij de fotoprinter. Zonder digitale camera heb je niets aan een fotoprinter.'

Volgens Weijmarshausen is dat slechts een kwestie van tijd. ‘Een programma zoals Google Sketchup groeit heel snel en wordt steeds makkelijker. Het maakt het voor een nieuwe, jonge generatie een stuk makkelijker om dingen te ontwerpen en 3D te printen. Zodra eenvoudige contentcreatie, mooiere materialen en lagere prijzen matchen, dan zal 3D printen in een stroomversnelling komen.'

Hij is optimistisch over de toekomst. ‘3D printen gaat een enorme impact hebben. Je hebt zoveel meer vrijheid om oplossingen te bedenken die eerder niet mogelijk waren. Ik denk niet dat veel mensen kunnen inschatten wat dat allemaal gaat betekenen voor het design van producten. Eén ding is in elk geval zeker: 3D printen gaat de fabricage van producten drastisch veranderen.'

Tekst: David Lemereis Beeld: Milan Vermeulen