Vezelversterkt polypropeen is het sleutelwoord
Duurzaam produceren? Printen!
Paul Steenhoff | dinsdag 10 december 2019
Jachtbouw & Watersport
Duurzaam produceren van cradle-to-grave kan alleen als je start met een duurzame grondstof. De startup 10XL uit Dordrecht en het gepokt en gemazeld Vetus onderstrepen dit en hebben in lijn hiermee zeer interessante initiatieven ontwikkeld. Paul Steenhoff ging op stap en zag met eigen ogen hoe groot ons kleine land is als het om duurzaamheid gaat.
Buiten – tegenover de Duurzaamheidsfabriek aan de Leerparkpromenade in Dordrecht – liggen twee sloepen. Niet bijzonder, tot je weet dat deze sloepen met een lengte van zes meter volledig geprint zijn uit de thermoplast polypropeen. “We hebben deze prototypen hier buiten neergelegd om te kijken hoe het materiaal zich houdt in weer en wind en wat het materiaal doet met uv-licht”, zegt Gerbert Smits, ceo van 10XL, een startup die duurzaamheid door printen tot core business heeft verheven. Een blik op de boten leert dat er niets gebeurt, zelfs als er geen coating of verflaag wordt aangebracht. “We kunnen coaten en een kleurlaag aanbrengen, maar dat willen we natuurlijk niet vanwege het duurzaamheidsaspect.”
Zeilboten printen
In de loods achter de sloepen staat de printer opgesteld, naast een frees die na het printen de romp ontdoet van alle oneffenheden. Uit de spuitkop van de printer, de nozzle in printtaal, komt een rups van een polymeer die het te printen object gaat vormen door rups op rups te stapelen. Door dat bij de juiste temperatuur te doen, versmelten de rupsen onderling waardoor het één geheel wordt bij het uitharden aan de lucht. De duurzaamheid begint met de polymeer waarmee de extruder van de printer wordt gevoed.
In de extruder wordt het polypropeen elektrisch verwarmd tot meer dan 200 graden Celsius en samengeperst door een wormwiel tot het vloeibaar genoeg is om onder hoge druk – tot 60 bar - door een flexibele en verwarmde slang naar de eveneens verwarmde nozzle te worden geperst. Eenmaal bij de nozzle is de druk tot vrijwel nul gereduceerd.
Smits grijpt in een big bag en laat de inhoud zien: “Deze brokjes polypropeen zijn afkomstig van de Audi-fabrieken. Zij maken skidplates ter bescherming van het carter en dit is het afval van dat proces. Zo hebben we de keus uit vele soorten polypropeen en afhankelijk van het te printen object, stellen we een mix samen. Soms ontkomen we er niet aan een beetje nieuwe grondstof toe te voegen, virgin material noemen we dat, maar vanuit duurzaamheid streven we naar 100 procent gerecycled materiaal. Bereikt het product – in dit geval een sloep – z’n end of life, dan kan het vermalen worden waarna het volledig opnieuw gebruikt kan worden. Dat proces kun je oneindig blijven herhalen, ultieme duurzaamheid dus.”
Printen met continue vezel
In beginsel beschikt puur polypropeen niet over voldoende stijfheid om een sloep te printen die weerstand kan bieden aan warmte, trek en torsie zonder te vervormen. Vandaar dat er glasvezel aan de mix wordt toegevoegd om wel voldoende stijf te zijn. Dit is virgin material en dus niet duurzaam, maar zelfs na het vermalen geven de dan verkorte vezels nog voldoende sterkte aan het nieuw te maken product.
Een geprinte polymeer kan nog verder versterkt worden door gebruik te maken van een zogenoemde continue vezel, een glasvezel in dit geval. De vezel – met een dikte tussen de twee en drie millimeter – is opgespoeld en wordt voor het de nozzle bereikt, omgeven met een laag polypropeen waardoor er een rups ontstaat met een dikte van drie tot zestien millimeter.
“Die doorlopende vezel geeft stijfheid aan het product. Nu gebruiken we glasvezel, maar nemen we een carbonvezel dan krijgen we een heel sterk product dat stijf is en zeer goed bestand is tegen warmte, torsie en trek. Daarom durf ik te zeggen dat we in staat zijn een zeilboot te printen, ook een racer”, zegt Smits.
‘Door te printen kun je 100 procent duurzaamheid benaderen’
“Met de continue vezel voegen we in dit geval virgin material toe, maar we kunnen ook vezels van gerecycled materiaal inbrengen. Maar wat je ook doet, over het geheel genomen ben je veel duurzamer dan bij een boot die uit polyester of epoxy – allebei thermoharders – is gebouwd. Alle pogingen polyester en epoxy te recyclen zijn in mijn ogen jammerlijk mislukt en een polyester of epoxy boot is als deze end of life heeft bereikt, niets anders dan drijvend afval. Door te printen kun je de 100 procent duurzaamheid benaderen en dat is een heel grote stap de goede kant op.”
Hout dat geen hout is
Een belangrijk voordeel is ook dat met printen het milieubelastende spuiten van lak tot het verleden behoort. Door in het polypropeenmengsel een kleurstof op te nemen – die duurzaam gewonnen kan worden uit industriële reststromen – kan het mengsel door en door gekleurd worden. Dat heeft tot voordeel dat als er een kras of deuk wordt gevaren, er geen grondlaag zichtbaar wordt waardoor de beschadiging veel minder opvalt. Daarnaast kan de kras of deuk – door het inbrengen van warmte – letterlijk worden weggewreven, waarmee de beschadiging duurzaam is hersteld; vooral voor de huursector een aantrekkelijk voordeel van thermoplasten.
Smits vertelt dat 10XL nu ook bezig is met het mengen van houtcellulose en polypropeen waardoor de polypropeen letterlijk op hout gaat lijken, maar door de opsluiting in het polypropeen geen onderhoud nodig heeft. Ook dat is een toepassing die de interesse moet wekken van de maritieme industrie.
Tekst gaat verder onder de foto.
Printen en prototyping
Bij Vetus heeft printen overigens al jaren de volle aandacht. Hier bewijst printen op dit moment zijn waarde bij prototyping van onderdelen die nodig zijn voor bijvoorbeeld het mariniseren van onder meer Mitsubishi-dieselmotoren. Arthur Roeling, al vijftien jaar directeur van de research en development afdeling van het Schiedamse bedrijf, kijkt niet alleen naar duurzaamheid maar ook naar de sterk verkorte time to market en de kostenreductie door het gebruik van geprinte prototypen.
Roeling: “Voorheen deden we dat bijvoorbeeld met hout, heel arbeidsintensief en niet altijd even geschikt om een perfecte passing te krijgen. Door te printen werken we duurzaam, snel en nauwkeurig. Een aanpassing van een paar millimeter om bijvoorbeeld een draadeind iets meer ruimte te geven, is nu heel eenvoudig te realiseren.
‘Printen betekent dat je on demand een enkel exemplaar kunt produceren’
“Printen we in doorzichtig materiaal, dan kunnen we bijvoorbeeld in een uitlaatbocht de werveling van de uitlaatgassen en het koelwater bestuderen en indien nodig de bocht aanpassen tot de ideale flux is bereikt. Op basis van deze data kunnen we een mal laten maken waarmee serieproductie kan worden gestart. Die mal is dan in één keer goed, daar waar je voorheen regelmatig een nieuwe mal moest laten maken omdat de passing in de praktijk toch niet helemaal correct was. Daar ging veel tijd, geld en materiaal mee verloren, in alle opzichten niet duurzaam.”
Your wish is my order to print
Vetus staat aan de vooravond van een nieuwe duurzame ontwikkeling. Vanuit de ervaring die is opgedaan met het printen van prototypen, is besloten ook spare parts te gaan printen, daar waar het gaat om lage productieaantallen. Voor hogere productieaantallen zijn mallen nog steeds de aangewezen vorm. Roeling: “We gaan zoveel mogelijk printen. Niet alle onderdelen – denk bijvoorbeeld aan een spruitstuk of uitlaatdelen dicht op de motor – kunnen uit kunststof worden vervaardigd. Alle delen die zich hier wel voor lenen, worden volgend jaar geprint door een laserprinter die een vloeibare resin doet stollen, het zogenoemde stereo lithography printen. Die resin kan bestaan uit virgin material maar ook uit gerecycled materiaal. Sowieso kunnen beide bij het bereiken van end of life opnieuw worden ingezet.”
“Printen betekent ook dat je onderdelen die je slechts af en toe verkoopt on demand kunt produceren, waarmee dure voorraad wordt voorkomen”, zegt Roeling. “Ook onderdelen van oudere producten die nergens meer op voorraad zijn, kunnen geprint worden als de data maar aanwezig is. Zelfs als de data er niet meer is, kan door middel van een 3d scan van het kapotte onderdeel de data beschikbaar gemaakt worden om vervolgens te printen. Dit is dus niet alleen duurzaam, maar het betekent ook aanzienlijke kostenreductie en verspilling van grondstoffen wordt tegengegaan. We hopen de printer begin volgend jaar in huis te hebben. Het is een absolute game changer in het productieproces. Ik verwoord het wel eens door te zeggen: ‘your wish is my order to print’.”
