Help jij ons mee met het verkleinen van onze 3D print voetafdruk? Lees dan verder voor meer informatie over onze duurzaamheids experimenten met PHA filament.

In het Fablab promoten we allerlei creatieve maaktechnieken en dat levert veel mooie creaties op. Echter zijn we ons ook erg bewust van de ecologische voetafdruk die we daarmee teweegbrengen. We proberen onze studenten en bezoekers daarom altijd te stimuleren om zo efficiënt mogelijk met materiaal om te gaan. Dit betekent niet alleen zoveel mogelijk restmateriaal gebruiken, maar juist vooral de geschikte materialen vinden voor het doel. Veel prototypes kunnen bijvoorbeeld prima uit karton gemaakt worden in plaats van mooi berkenhout. Bij 3D printers ligt dit alleen niet zo voor de hand. In deze post lichten we daarom toe hoe we op basis van een leuk experiment met nieuw materiaal (PHA) pogingen ondernemen om onze voetafdruk te verkleinen.

Cijfers #

Het is belangrijk om eerst inzicht te creëren in ons verbruik voordat we iets kunnen zeggen over duurzaamheid en de effectiviteit van ons experiment. Aan de hand van het registratiesysteem kunnen we gelukkig een conservatieve schatting maken van het plastic dat we verbruiken met onze 3D printers. Op basis van deze cijfers zien we dat er in de afgelopen twee jaar minimaal 250KG aan plastic is geprint. De gemiddelde print woog 105 gram en hier zien we een significante stijging in. Steeds meer mensen hebben namelijk een eigen printer en bezoeken ons dus voor de moeilijkere en grotere prints. Hierdoor zien we ook een toename in het gebruik van minder duurzame materialen, zoals nylon met carbon fiber en TPU. De meeste prints worden echter nog steeds gemaakt met PLA en PET-G, respectievelijk 85% en 10%.

Duurzaamheid van PLA #

Maar wat is nou eigenlijk precies het probleem als het overgrote deel van onze prints bestaat uit het relatief duurzame PLA? Dit heeft naar mijn mening voornamelijk te maken met de life-cycle assessment (LCA) van de gebruikte materialen. Een materiaal dat gemaakt is van fossiele brandstoffen kan bijvoorbeeld relatief duurzaam zijn wanneer het tientallen jaren meegaat en daarna een tweede leven krijgt in een andere (lagere) functie. Dit verhaal gaat alleen niet op voor de meeste 3D prints. Alhoewel dit anekdotisch bewijs is, zien we dat onze 3D printers voornamelijk gebruikt worden voor prototypes of gimmicks. Dat is natuurlijk inherent aan deze techniek, doordat de printers ons op een toegankelijke manier in staat stellen snel dingen te produceren. Helaas zorgt dit er wel voor dat de effectieve levensduur van veel prints relatief kort is en daardoor dus minder duurzaam. Om deze reden zamelen we al enige tijd 3D prints in om zelf te recyclen tot nieuw materiaal voor onze lasersnijders (daar besteden we in een vervolgpost meer aandacht aan).

Zo krijgt het materiaal toch een tweede leven, maar helaas is dit niet kosten-efficiënt en is er ook maar zoveel materiaal dat we kunnen gebruiken. Veel PLA zal daardoor uiteindelijk eindigen als afval en dat is op dit moment het grootste probleem. PLA is een biologisch afbreekbaar materiaal gemaakt van melkzuur van landbouwgewassen, zoals maïs en suikerriet, maar het vergaat niet vanzelf onder natuurlijke omstandigheden. Verder zijn onze composteerinstallaties in Nederland niet geschikt voor PLA en mag het ook niet bij het normale PMD doordat dit de kwaliteit van andere plastics zou verlagen. Dit betekent dus dat veel PLA relatief snel bij het restafval zal belanden en de verbrandingsoven ingaat waardoor er broeikasgassen vrijkomen (Milieucentraal / Waarzitwatin).

PHA als oplossing? #

Toch zijn er weinig alternatieven voor het betaalbare en goed te printen PLA. PET-G komt in de buurt doordat het veelal een langere levensduur heeft en beter hoogwaardig is te recyclen, maar de ultieme oplossing zou een materiaal zijn dat sneller vergaat onder natuurlijke omstandigheden zonder dat er schadelijke broeikasgassen / microplastics bij vrijkomen. Onlangs hebben we daarom geëxperimenteerd met PHA (Polyhydroxyalkanoates). PHA is een bio plastic dat ontstaat doormiddel van fermentatie. Door bepaalde bacteriën natuurlijke suikers en oliën te voeren, creëren deze bacteriën ‘vet’ cellen (de PHA). PHA is in principe niet nieuw (ik vond papers uit 2003 waar er al PHA werd gemaakt met voedselresten), maar het is wel nieuw in de 3D print wereld. Tot voor kort waren de meeste PHA-filamenten namelijk een combinatie van PLA en PHA waardoor alle groene voordelen werden tenietgedaan. Sinds enige tijd zijn er echter ook commercieel beschikbare filamenten die uit 100% PHA bestaan en daar hebben we nu de eerste resultaten van.

Printen met PHA #

Dit kopje bevat diverse technische details en termen waarvoor je bekend moet zijn met 3D printen. Ben je meer geïnteresseerd in onze duurzaamheids bevindingen? klik dan hier om direct verder te gaan

Goede printbaarheid is allereerst een belangrijke voorwaarde van de filamenten waar wij mee werken. PHA is alleen wel een vreemde eend in de bijt doordat het onder compleet andere omstandigheden print dan de meeste materialen waar we mee werken. Het eerste dat opvalt is dat we moeten printen zonder heated bed. Dit voelt alsof we 10 jaar teruggaan in de tijd, maar in principe is het eigenlijk een groot voordeel doordat dit veel minder energie verbruikt. De bed adhesion (op een PEI-plaat) was relatief goed, maar kleine prints hadden wel hechtlak en een brim nodig om te blijven zitten. Ook is de printtemperatuur van 200 °C relatief laag, maar alsnog wordt er een erg hoge temperatuurbestendigheid van 120 °C beloofd. Of dat echt zo is hebben we nog niet definitief kunnen verifiëren, maar een snelle test met kokend water laat zien dat het een stuk meer hitte weerstaat dan PLA. ‘Overhangs’ zijn wel minder mooi dan bij PLA (terwijl de fan speed tijdens het printen altijd op 100% staat), maar verder zien we geen gekke dingen. De prints zelf voelen erg sterk, maar zijn flexibeler dan PLA en ook PET-G. Dunwandige objecten kun je met kracht dus fijnknijpen. Tegelijkertijd blijven de lagen wel heel erg goed aan elkaar hechten (layer adhesion). Veel meer tests hebben we nog niet kunnen doen, maar op het eerste gezicht zijn we enthousiast.

Het experiment #

De printbaarheid en mechanische eigenschappen lijken in orde, maar uiteindelijk willen we weten of de duurzaamheidbeloftes kunnen worden waargemaakt. Op dit moment hebben we eigenlijk weinig inzicht in wat er komt kijken bij de productie, maar wat we wel kunnen controleren is de afbreekbaarheid. Fablab vrijwilliger Hans heeft daarom enkele testresultaten verzameld. Als eerste experiment heeft hij een bak met gemengd groenafval verwarmd en belucht om zo het composteringsproces op gang te laten komen. Het compostbakje is geplaatst op een warm waterbed van 32 graden en na twee weken was de temperatuur in de compost opgelopen tot 39 graden, wat een goede indicatie is van het composteringsproces.

De eerste weken leek er weinig te gebeuren en bleef het gewicht zo rond de 15,1 gram steken. Na 4 weken was het object echter ineens toch flink aan het verteren en woog het slechts 12.1 gram (een afname van 20%). De print is daarbij zacht geworden en vergaat in een soort pasta-achtige substantie. Dit heeft Hans nog een weekje z’n gang laten gaan, maar helaas begon de composthoop toch te veel te stinken waardoor we het proces moesten staken. Desondanks beloven deze eerste resultaten veel goeds!

Meedoen #

We kunnen op dit moment weinig conclusies trekken uit onze eerste resultaten, maar we willen er graag mee blijven experimenteren om te kijken of het een interessant alternatief is om aan te bieden. Heb jij dus een tuin / composthoop/ idee en wil je zelf testen hoe de prints het onder diverse omstandigheden uithouden of juist vergaan, laat het ons dan weten. We stellen 15 gram PHA filament beschikbaar voor iedereen die dit leuk lijkt en bereid is het te documenteren aan de hand van foto’s en een logboekje (ter indicatie: het bekende Benchy bootje weegt ongeveer 10 gram). Voor meer informatie / het pitchen van je idee kun je contact met ons opnemen via e-mail of natuurlijk gewoon langskomen tijdens de open-inloop om zelf de print te starten!