Nieuwe materialen zijn gemaakt door plastic van biologische oorsprong te mengen met textielafval. Dit nieuwe materiaal is recyclebaar en biologisch afbreekbaar. Het is CO2 neutraal, vermindert de afvalstroom en draagt niet bij aan de uitputting van de voorraad fossiele grondstoffen. De textielvezels versterken het plastic en verlagen de kostprijs. Door de unieke eigenschappen kunnen van het materiaal designproducten gemaakt worden die niet alleen duurzaam zijn, maar ook een geheel eigen uitstraling hebben.
Creativiteit ontstaat in interactie tussen leerling, leraar en taak. In hun bijdrage zoomen Elisa Kupers en Ineke Haakma in op de rol van taak en materiaal. Ze introduceren een raamwerk met vier factoren die bepalen of een taak of materiaal creativiteit prikkelt of juist remt.
LINK
Een belangrijk motto in de transitie naar een circulaireeconomie luidt: afval is grondstof. Het duidt op dedoelstelling om een afgedankt materiaal maximaal tehergebruiken. Helaas is het lang niet altijd mogelijkom een reststroom zodanig te recyclen dat hij alsnieuwe grondstof kan worden ingezet. Het materiaalis bijvoorbeeld te vervuild of het is vermengdmet andere materialen. Aan de andere kant kaneen reststroom ook interessante eigenschappenhebben waarvan je gebruik kunt maken. Denk aaneen bijzondere herkomst, een mooi uiterlijk of eeninteressante functionele eigenschap.
Hout is een veelgebruikt duurzaam (bouw)materiaal met belangrijke ecologische voordelen: Het is hernieuwbaar en fungeert als CO2-opslag. Een nadeel van hout is echter dat het alleen met verspanende technieken (draaien, frezen, zagen) verwerkt kan worden, hetgeen veel houtafval veroorzaakt. Daarbij wordt het afval en hout dat ongeschikt is als constructiemateriaal slechts ingezet in laagwaardige toepassingen of verbrand. Afgezien van het gebruik van houtvezels als filler materiaal bij 3D-printen van kunststoffen, wordt 3D-printen van hout(afval) nog niet toegepast, hoewel dit wel mogelijk is: Alle plantaardige materialen bevatten natuurlijke polymeren, lignine en cellulose, welke voor mechanische eigenschappen zorgen. Door deze polymeren uit plantaardige materialen te scheiden kunnen deze, met behulp van enkele additieven, in een thermoplastisch verwerkbaar materiaal worden omgezet dat extrudeerbaar is. Door de locatie van de extruder te manipuleren en hier laagsgewijs een object mee te maken ontstaat een additive manufacturing (AM) proces: een 3D ‘hout’printer! Naast materiaalefficiëntie biedt AM unieke voordelen, namelijk grote vormvrijheid en de mogelijkheid van seriematige enkelstuksproductie. Indien gecombineerd met de ontwerptechnieken parametrisch en topologische ontwerpen zijn vergaande optimalisaties van materiaalgebruik en productvariaties mogelijk. Met AM ontstaat zodoende een enorm nieuw spectrum van hoogwaardige toepassingsmogelijkheden voor hout(afval). In dit projectvoorstel wordt via de driehoek van ‘materiaal – proces – toepassing’ simultaan onderzoek gedaan naar: (1) Geschikte combinaties (blends) van cellulose en lignine om mee te kunnen extruderen; (2) Het ontwikkelen van een 3D-printproces en setup voor het verwerken van deze materiaal-combinaties; (3) Het identificeren van geschikte toepassingen. Geschikte toepassingen worden beïnvloed door materiaaleigenschappen en het printproces. Beide aspecten hebben ook onderlinge wisselwerking. Daarom wordt binnen casestudies van mogelijke toepassingen de onderlinge invloed integraal onderzocht. De doelstelling is daarbij om een werkende 3D ‘hout’printer met een werkend receptuur te ontwikkelen en de haalbaarheid van innovatieve, duurzame en voor de markt relevante toepassingen aan te tonen middels cases.
Dit voorstel betreft een onderzoek naar de verschillen in zuiverheid tussen virgin kunststof en post-industrial en post-consumer kunststof-reststromen in relatie tot de inzet van deze materialen bij 3D printen. Thermoplastische kunststoffen zijn in theorie goed te recyclen en opnieuw te gebruiken, bijvoorbeeld in een 3D print proces. In de praktijk blijkt het echter een uitdaging om gerecycled filament te produceren dat geschikt is voor de huidige machine-eisen. De oorsprong van dit project ligt in de gedachte om niet het materiaal aan te passen aan de machine, maar de machine aan het materiaal en hierdoor het gebruik van kunststofrecyclaat in 3D-printen te vergroten. Alvorens dit te kunnen, is meer inzicht in de materiaaleigenschappen nodig. Het doel van dit project is dan ook om de verschillende samenstellingen van kunststof-reststromen in kaart te brengen en hoe dit zich vertaald in mechanische en esthetische kwaliteit ten opzichte van virgin materiaal en wat dit vraagt aan aanpassingen aan 3D printers om deze kunststof-reststromen te kunnen verwerken. Dit onderzoek is een eerste fase in een groter onderzoeksproject. Volgende fasen zullen zich toespitsen op het optimaliseren van productietechnieken voor het printen met gerecycled kunststof en het ontwikkelen van mogelijke toepassingen en bijbehorende circulaire business modellen. Aanleiding voor dit onderzoeksvoorstel is tweeledig. Enerzijds de ervaring van Cre8 dat 3D printen relatief veel kunststof restmateriaal oplevert in de vorm van mislukte prints, proefprints en prototypes met korte levensduur. Passend bij hun duurzame bedrijfsprofiel heeft Cre8 de behoefte om hun eigen reststroom en reststromen uit hun omgeving in te zetten in het productieproces. Anderzijds ziet Refilment zich geconfronteerd met de complexe samenhang tussen de samenstelling van kunststof-reststromen en zijn verwerkingsmogelijkheden (bijvoorbeeld extruder-diameter en verwerkingstemperatuur).
Verschillende maatschappelijke veranderingen dwingen de bouwbranche tot innovaties. Ondanks de potentie op het vlak van circulariteit en duurzaamheid van 3D-printen met kunststoffen kent deze technologie nog nauwelijks toepassingen in de bouw. Redenen hiervoor zijn achterblijvende materiaaleigenschappen en het verschil in cultuur tussen de bouwwereld en kunststofverwerkende industrie. Het bedrijf Phidias, richt zich op innovatieve en creatieve vastgoedconcepten. Samen met Zuyd Hogeschool (Zuyd) willen zij onderzoek doen naar het printen van bouwelementen waarbij de meerwaarde van 3D-printen wordt gezien in het combineren van materiaaleigenschappen. Zuyd heeft afgelopen jaren veel onderzoek gedaan naar het ontwikkelen van materialen voor 3D-printen (o.a. 2014-01-96 PRO). De volgende fase is de opgedane kennis toe te passen voor specifieke applicaties, in dit geval om de vraag van het MKB bedrijf Phidias te beantwoorden. Vanuit een ander MKB-bedrijf, MaukCC, ontwikkelaar van 3D printers, komt de vraag om de afstemming tussen materialen en hardware te optimaliseren. De combinatie van beide vragen uit het werkveld en de expertise bij Zuyd heeft geleid tot dit projectvoorstel. In deze pilotstudie ligt de focus voornamelijk op het 3D printen van één specifiek bouwkundig element met meerdere eigenschappen (bouwfysisch en constructief). De combinatie van eigenschappen wordt verkregen door gebruik te maken van twee (biobased) kunststoffen waarbij tevens een variatie wordt aangebracht in de geprinte structuren. Op deze manier kunnen grondstoffen worden gespaard. Het onderzoek sluit aan bij twee zwaartepunten van Zuyd, namelijk “Transitie naar een duurzaam gebouwde omgeving” en “Life science & materials”. De interdisciplinaire aanpak, op het grensvlak van de lectoraten “Material Sciences” (Gino van Strydonck) en “Sustainable Energy in the Built Environment” (Zeger Vroon) staat garant voor innovatief onderzoek. Integratie van onderwijs en onderzoek vindt plaats door studenten samen met een coach (docent) en ervaren professional aan dit onderzoek te laten werken in Communities for Development (CfD’s).
