Onderzoek #printbaarbiobased: natuurvriendelijke, biobased pasta’s en toepassingen

onderzoek Omlab;
van maart t/m 24 juni 2020

Omlab heeft nieuwe, printbare biobased pasta’s onderzocht, zowel qua materiaalsamenstelling als verkenning van de toepassingen. Conclusie van dit onderzoek #printbaarbiobased: Het materiaal droogt goed hard op, is 3d-printbaar en biologisch afbreekbaar. Het biedt nu al kansen voor tijdelijk gebruik buiten en permanent binnengebruik. Voldoende aanleiding voor vervolgonderzoek en diverse samenwerkingsprojecten (groeiende lijst onderaan dit artikel).

De focus van Omlab lag op de grondstoffen die de waterschappen uit rioolwater kunnen produceren, zoals cellulose, kalk en kaumera. (Super)circulair, potentieel betaalbaar en milieuvriendelijk, dè manier om het verschil te kunnen maken. Plus o.a. alginaat en reststromen van Omlab, zoals fijn en grof zaagsel.

Aanleiding en eindpresentatie onderzoek

Dit Omlab-onderzoek komt voort uit nieuwsgierigheid en overtuiging. Aanleiding was de nieuwsgierigheid naar de printbaarheid van natuurvriendelijke, biobased samenstellingen. En uit de overtuiging dat er samenstellingen zijn die goed 3d-printbaar zijn. De spinoffs die uit dit onderzoek volgen zijn legio.

Dit onderzoeks- en onderwijsproject #printbaarbiobased liep van maart t/m juni 2020. De tussenstand is gepresenteerd op 24 en 26 juni 2020, zowel live als tijdens teams-meetings. De focus van het onderzoek is zichtbaar gemaakt:

  • de ontwikkeling tot een reeks stabiele pasta’s,
  • de ontwikkeling van instellingen voor de pastaprinter. Biobased samenstellingen vereisen andere instellingen dan klei.
  • vormaanpassingen ten bate van het printproces.

Gepresenteerd zijn materiaalexperimenten, diverse samenstellingen, vormconcepten in bioplastic filament en prototypes in #printbaarbiobased.

Infill, #printbaarbiobased.

#printbaarbiobased mede mogelijk door

Het onderzoek #printbaarbiobased was niet mogelijk geweest zonder de expertise, het enthousiasme en de steun van allerlei mensen en bedrijven:

TUdelft (1e recept en expertise Mariet Sauerwein, Jure Soplaza en Stephen J. Picken), OostNL o.a. Sylvia Kortenraij en IDskips’ Skip van de Kandelaar (verbetering printerkop), Waterschap Rijn en IJssel Maarten Schaafsma (kaumera en meedenken) en Mark Smit (expertise), Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (Bart Wegh en Rick Aelmans, studenten Industrieel Product Ontwerp) en het bedrijf Ranie, Duitsland (alginaat).

Onderzoek samen met TU delft, waterschap en HAN

Onderzoeker en promovendus Marita Sauerwein van de TUdelft deelt op Materiom recepten met mosselschelpen. Huub Looze besloot dat dit materiaal goed te vervangen is door kalk van het waterschap. Vanuit dit principe heeft Omlab i.s.m. HAN diverse nieuwe recepten ontwikkeld. Sauerwein en haar collega’s Stephen Picken en Jure Soplaza zijn bij #printbaarbiobased betrokken als adviseur.

In deze testfase is gewerkt met industrieel geproduceerde grondstoffen krijt, alginaat en cellulose. Kaumera is medio mei aangeleverd door het Waterschap Rijn en IJssel (WRIJ); dit wordt nader onderzocht om alginaat te kunnen vervangen.

Vervolgonderzoek zal draaien om grondstoffen die het waterschap daadwerkelijk produceert. Een mooi voorbeeld is Recell, recovered cellulose, van Aquaminerals. Dit gaat dit najaar nog getest worden.

Onderzoek als studieproject HAN

Omlab maakte het onderzoek toegankelijk als studieproject voor de Hogeschool Arnhem Nijmegen (Industrieel Product Ontwerpen). Studenten Bart Wegh en Rick Aelmans onderzochten samen met Huub Looze deze nieuwe, biobased, printbare massa’s.

Dit leidde tot mooie ontwerpgesprekken. Over het belang van esthetiek, verrassing en de doelgroep of gebruikssituatie. Ook de aanpassing van de vorm op het materiaal is uitvoerig onder de loep genomen. In gesprekken, maar vooral tijdens het printproces. Soms was dat fingerspitzengefühl, andere keren een reactie op het inzakken van een vorm. Dergelijke instabiliteit van een nieuwe samenstelling tijdens het printen vereist testen, testen, testen.

Ook zijn er aanpassingen gedaan in het belang van het opnemen van kracht door het relatief brosse materiaal. De PLA-vorm van een schaalmodel voor een kruk bleek 38 kilo aan te kunnen. Bij 40 kilo boog de vorm door; aanpassing is vereist. De kruk in biobased pasta lukte goed, maar daar liepen we tijdens het droogproces tegen nieuwe uitdagingen aan. In vervolgonderzoek kan Omlab voor krachtproeven gebruik maken van het lab van HAN Bouwkunde, Nijmegen.

Biologische afbreekbaarheid #printbaarbiobased

De biodegradeerbaarheid van het materiaal is onderzocht tijdens #printbaarbiobased. In de tuin van Omlab zijn diverse tests uitgevoerd. Duidelijk is dat de biodegradeerheid goed te beinvloeden is met een relatief eenvoudige aanpassing. Dit is work in progress. Wie in die receptuur geïnteresseerd is, kan contact opnemen en hierover van gedachten wisselen. Gesprekken worden op dit moment gevoerd met een Amsterdamse kennisinstelling en een zeer betrokken ontwerper.

Onderzoek na aanpassingen 3D-pastaprinter

Dit onderzoek kon starten nadat de 3d-pastaprinter was aangepast. Dit is financieel mede mogelijk gemaakt door OostNL’s Groeiversneller. Deze steun maakte het mogelijk om Skip van de Kandelaar (IDskips) in te huren om de printerkop door te ontwikkelen. Dit leverde controle over de printpasta, laagdikte en snelheid op. Bart Wegh richtte zich op de instellingen van de software, zodat de printer beter print.

Daarnaast is een nieuwe voorraadcilinder van Lutum geplaatst, waardoor de flow van de pasta beter kon worden bepaald. Met dank aan advies van Lutum kon de druk omlaag worden gebracht.

De oude cilinder was iets te temperamentvol, zogezegd. Meer controle bleek nodig in het printproces.

Onderzoek #printbaarbiobased: wordt vervolgd

Uit dit Omlab-onderzoek #printbaarbiobased komen interessante projecten en samenwerkingen voort:

  • Exploded View, Nieuwe Helden (DDW20). Omlab is als biobased pionier uitgenodigd deel te nemen aan het biobased centre piece van de jaarlijkse design-manifestatie Dutch Design Week, oktober 2020. Dit is het vervolg op het succesvolle Growing Pavilion 2019 van de Nieuwe Helden.
  • Natureproofdesign by kaumera, 3 ontwikkeltrajecten i.s.m. producenten, productontwerpers en innovatieadviseurs. Waterschap WRIJ en Kiemt maken dit mede mogelijk.
  • Onderzoek #printbaarbiobased i.s.m. een Arnhems bedrijf. Dit vervolgonderzoek draait om de reststroom van die producent. Nadere info volgt.
  • Akoestische panelen. Doorontwikkeling van protoypes uit onderzoek #printbaarbiobased. Doel: artistiek vorm te geven, betaalbare, aantoonbaar goed werkende akoestische panelen. Dit onderzoek wordt mede mogelijk gemaakt door de Arnhemse pianostudio T32 en een mogelijke producent. De panelen worden samen met hen gericht doorontwikkeld en wetenschappelijk getest.
  • De biodegradeerbaarheid van diverse samenstellingen is in beginsel onderzocht tijdens #printbaarbiobased. Het vervolgonderzoek wordt opgepakt door een betrokken ontwerper, mogelijk in samenwerking met een later nader te noemen kennisinstelling.
  • Studieproject opschaalbaarheid biobasedpasta’s. I.s.m. HAN, start 24 augustus 2020.
The Exploded View, Nieuwe Helden.