De hype en realiteit van 3D-printen

De wereldwijde jaaromzet van 2,2 miljard dollar van de 3D-printindustrie en de steeds goedkoper wordende consumentenprinters maken één ding duidelijk: 3D-printen zit in de lift. Hetzelfde geldt voor de hype eromheen. De technologie bestaat namelijk al decennia, maar nu verschuift de techniek van de periferie van de maakindustrie naar het mainstream midden. Hierdoor word ik steeds vaker naar mijn mening gevraagd over de hype, de realiteit en de toekomst van 3D-printen. Hier zal ik mijn visie op de meest voorkomende mythes en waarheden uit de doeken doen.

3D-printen is inderdaad een belangrijke productietechniek, niet in de laatste plaats vanwege de ongekende mogelijkheden om alles te maken, ongeacht de complexiteit van de vorm. Andere productietechnieken, die ontwikkeld zijn gedurende tientallen jaren van industrialisering, worstelen met geometrische complexiteit, terwijl 3D-printers net zo gemakkelijk een simpele kubus printen als een ingewikkelde vorm.

Nooit eerder hebben we de beschikking gehad over een technologie waarbij we in alle vrijheid onze ideeën kunnen omzetten in fysieke objecten zonder na te denken over de beschikbare machines of de vaardigheden die nodig zijn om ze te maken. Maar net zoals de magnetron niet alle andere kookmethodes van de kaart veegde, zoals in het begin voorspeld werd, zal 3D-printen andere productietechnieken niet compleet vervangen, en zeker niet die op industriële schaal. Hier zijn een aantal redenen voor. Ik voorspel dat 3D-printen andere productietechnieken aanvullen.

3D-printen is in feite nog een onvolwassen technologie. We hebben er een magisch aura omheen gecreëerd, dat van een ‘sci-fi replicator’, maar zodra iemand een 3D-printer een tijdje gebruikt, wil hij al snel kortere bouwduur, hogere kwaliteit prints, betere en goedkopere materialen, et cetera…

Ander soort wet van Moore

Terwijl de hype beelden schetst van ongelimiteerde reproductie, van verloren onderdelen, schoenen, lichaamsdelen, muziekinstrumenten en zelfs wapens, staat daar een belangrijk feit tegenover: hoewel 3D-printen niet begrensd wordt door complexiteit, wordt het dat wel door volume. Alle factoren, van kosten en tijd tot de benodigde hoeveelheid materiaal nemen exponentieel toe: tot de derde macht om precies te zijn. Dus als we iets twee keer zo groot willen, kost het acht keer zoveel en duurt het acht keer zo lang om het te printen. Als we iets drie keer zo groot willen, kost het ongeveer 27 keer zoveel en duurt het 27 keer zo lang. En zo verder…

Veel veranderlijke factoren

De grenzen die de ‘tot de derde macht regel’ oplegt en de vormvrijheid die de techniek oplevert, zouden alle discussies over de richting die 3D-printen uitgaat moeten afbakenen. Maar al het andere tussen deze twee onveranderbare feiten verandert constant. Inclusief de kwaliteit en snelheid van 3D-printen en de dynamische groep mensen en bedrijven die eraan werken de grenzen te verleggen en de toepassingsmogelijkheden van de technologie uit te breiden.

Op dit moment is de meest gangbare toepassing van 3D-printen het printen van plastic voorwerpen die kleiner zijn dan een broodtrommel. De printers variëren van open source-printers zoals RepRap tot serieprinters als 3D Systems’ Cube. Dan zijn er nog goedkopere commerciële printers zoals MakerBot en duurdere industriële versies van bedrijven als Stratasys en EOS. Meer gegevens over de 3D-printmarkt vind je in de achttiende (!) editie van het jaarrapport van Wohlers Associates. Meer info over consumentenprinters vind je op 3dprinter.nu.

3D-printen gaat overigens niet alleen over printers. 3D-printen is onderdeel van de beweging naar softwaregestuurd werken in de maakindustrie die niet alleen 3D-printers, maar ook lasersnijmachines, houtbewerkingsmachines, draaibanken en freesmachines steeds krachtiger, betaalbaarder en toegankelijker maakt… En daardoor binnen bereik van hobbyisten brengt. Software democratiseert 3D-printen nu net zoals de pc eerder computergebruik democratiseerde.

Beter verdienmodel

Het plastic waarmee geprint wordt, wordt constant verbeterd, maar ondertussen komen er ook nieuwe printmaterialen bij. Grote industriële printers kunnen nu naast plastic ook metaal, rubber en keramiek printen. Doordat veel mensen focussen op de soorten en eigenschappen van materialen, zien ze iets over het hoofd: de kosten. Tijdens de gemiddelde levensduur van een typische 3D-printer kunnen meters, zelfs kilometers aan materiaal, dat simpelweg bestaat uit spoelen plastic, gebruikt worden. Veel producenten hebben daarom een verdienmodel aangenomen dat vergelijkbaar is met dat voor inktcartridges van gewone printers. Er is eigenlijk nauwelijks verschil tussen het materiaal dat de 3D-printer gebruikt en de ruwe grondstof. Toch kunnen de kosten voor consumenten soms honderd keer zo hoog zijn. Ik denk daarom dat dit aspect rijp is voor nieuwe verdienmodellen die passen bij het toenemende gebruik van de 3D-printtechnologie en de levensvatbaarheid van de markt.

Belangrijke onderzoeksrichtingen

Met zoveel aandacht voor alle nieuwtjes op het gebied van 3d-printen is het moeilijk te onderscheiden wat echt interessant is. Er vinden constant allerlei verbeteringen en veranderingen plaats in wat je hoe en waar kunt printen: een vervangend onderdeel of een nieuw ontwerp, van dood of organisch materiaal, op microscopisch klein formaat of zo groot als een huis, op aarde of in de ruimte.

Naar mijn idee zijn er twee belangrijke richtingen om in de gaten te houden: het printen van elektronica en van levend weefsel. Bio-printen staat voor de meest baanbrekende inzet van 3D-printers. Dr. Anthony Atala van Wake Forest University heeft bijvoorbeeld een menselijke urinebuis succesvol geprint en geïmplanteerd. Het Amerikaanse bedrijf Organova print functionerend menselijk weefsel dat voor medisch onderzoek en therapeutische toepassingen gebruikt kan worden. En bedrijven als dat van Craig Venter en Cambrian Genomics printen zelfs DNA, basepaar voor basepaar.

Een andere belangrijke beweging in het 3D-printlandschap is de verschuiving naar printen op architectonische schaal. Een voorbeeld is het plan van het Amsterdamse DUS Architects om een grachtenpand in 3D te printen.

De Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) is samen met partners als architectenbureau Foster + Partners bezig een 3D-geprinte maanbasis te ontwikkelen. Het mooie van hun concept is dat ze dit volledig willen printen met materialen die beschikbaar zijn op de maan. Dit is belangrijk omdat het helpt de materiaalgrenzen van 3D-printen te verleggen van wat er aangeleverd wordt naar wat er gevonden wordt. Zo komt de inzet van 3D-printen voor recycling en hergebruik een stap dichterbij.

Van prototypes naar kleine series

3D-printen en andere softwaregestuurde productietechnologieën veranderen de regels van massaproductie fundamenteel. We hoeven niet langer grote hoeveelheden te produceren om van lage kosten en hoge kwaliteit te kunnen genieten; we kunnen producten van heel hoge kwaliteit in kleine hoeveelheden maken voor een redelijke prijs. Er komt een punt waarop 3D-printen voor meer gebruikt kan worden dan het maken van prototypes, kleine plastic onderdelen en kleine serieproducties. Maar ik verwacht niet dat 3D-printen heel goedkope productiemethoden zal vervangen.

Denk bijvoorbeeld eens terug aan de opkomst van copyshops. Die vervingen de huis-tuin-en-keukenprinter niet, of de grote drukkerijen, maar speelden wel een belangrijke rol in de manier waarop geprint wordt. Bij 3D-printen zijn er bedrijven als Shapeways die 3D-printtechnieken en 3D-software koppelen door zowel 3D-printdiensten als een markplaats van ontwerpen aan te bieden. En dan zijn er ook ontwerpvergaarbakken zoals Thingiverse en Instructables.

Verdienmodellen die gebaseerd zijn op de vaste kosten plus tijd en materiaal zijn heel gevoelig voor verstoring. Je kunt maar één ding, dus je kunt je niet onderscheiden door iets anders te gaan doen, maar wel door een levendige community op te bouwen. Dat is het belangrijkste onderscheidende element in een markt die snel drukker wordt.

In plaats van een massaproductiemarkt waarbinnen alles op dezelfde manier gemaakt wordt, verwacht ik dat het productietraject voor 3D-printen start met kleine volumes van waardevolle objecten zoals protheses of op maat gemaakte voorwerpen als juwelen. De meeste dingen die 3D-geprint worden zullen persoonlijk en op maat zijn, zoals dat bij inktprinters nu ook het geval is. Net zoals het rippen, mixen en branden van cd’s gemeengoed werd voor digitale muziek, gaan we de fysieke wereld vastleggen of downloaden, aanpassen en printen. We hebben slechts de camera’s op onze mobiele telefoons nodig en de juiste software kan er een 3D-model van maken.

Brengt productie niet terug

Hoewel 3D-printen het mogelijk maakt om voorwerpen weer in eigen land te produceren, hebben we het over een heel ander soort productie. De productiebedrijven van de toekomst zullen ontwerp, engineering en productie verder integreren, het snel maken van prototypes en de mogelijkheid om kleine series te produceren zullen cruciaal zijn voor hun succes. Dit betekent dat er voor de banen van de toekomst steeds meer vaardigheden nodig zullen zijn en dat de vaardigheden van toekomstige vakmensen net zo goed digitaal als analoog zullen zijn.

Misschien is de enige manier om de essentiële rol van computers in het productieproces te begrijpen ironisch genoeg door de digitale component weg te laten. Er is een leuke 3D-printer beschikbaar op Kickstarter, de 3Doodler. Dit is een 3D-printer zonder computer, die al meer dan twee miljoen dollar heeft opgebracht. Je kunt hem in je hand houden en ermee in de lucht ‘tekenen’, waarbij je gesmolten plastic op plastic stapelt. Maar het is alsof je nat zand laat druppelen om in de lucht een kasteel te bouwen. Dus hoewel deze revolutie om hardware lijkt te gaan, is zij niet mogelijk zonder de microprocessors en de software.

Carl Bass is president en ceo van Autodesk