De natuur: onze grootste additive manufacturing expert

De natuur: onze grootste additive manufacturing expert

Heeft u er wel eens bij stil gestaan? De natuur is al 3,8 miljard jaar expert op het gebied van additive manufacturing. Terwijl de mensheid zich decennia lang heeft verdiept in het ontdekken en optimaliseren van allerhande productiemethoden en pas sinds de laatste tien(tallen) jaren meer focus heeft gelegd op additieve methoden is de natuur gewoon blijven doen waar zij goed in is: de meest complexe “producten” maken door minuscule bouwstenen op elkaar te stapelen tot een perfecte vormen met sublieme eigenschappen. Daar komt nog bij dat de natuur in staat is dat te doen zonder haar eigen omgeving te vervuilen, vergiftigen of onleefbaar te maken.

Zandbak
Terwijl we als mensheid vaak verzanden in technisch complexe constructies lijkt de natuur zonder veel moeite de meest ingenieuze en simpele oplossingen verzonnen te hebben. De trigger om me eens te verdiepen in hoe de natuur zaken aanpakt kwam tijdens een snelcursus 3d printen die ik moest geven op de school van mijn zoon: de kinderen kregen 2 uur de tijd om kennis te maken met productontwerp en 3d printen. Hoe leg je in een paar minuten aan een tiener uit wat hij wel en niet mag doen in de ontwerpfase van een product dat geprint moet worden op een 3D printer? Om de complexiteit en doorlooptijd van de print te beperken had ik besloten dat we geen gebruik zouden maken van supportmateriaal. Dat betekende dat er niet teveel overhang in het ontwerp mocht zitten. Al snel schoot mij het vormen in zand te binnen. Als je iets probeert te maken uit zand kun ook niet teveel overhang gebruiken anders stort het in. Toen ik dat aan de kinderen vertelde begreep iedereen het direct en konden ze zich er snel een beeld bij vormen. Het gevolg was dat alle ontwerpen succesvol waren geprint de volgende ochtend!

Imitatiewetenschap
Een paar maanden later heb ik op onze jaarlijkse klantendag gepresenteerd over ontwerpen voor nieuwe productietechnieken. Tijdens de voorbereiding werd ik geïnspireerd door biomimicry ofwel biomimetica in het gewoon Nederlands. Volgens wikipedia is biomimetica “de wetenschap en de kunst van het imiteren van de beste biologische ideeën in de natuur om menselijke toepassingen uit te vinden, te verbeteren en duurzamer te maken”. Een goede uitleg van deze wetenschap vind je op https://youtu.be/mSB4inM3f1g.

Out of the box thinking
Wanneer je je verder verdiept in deze wetenschap en de oplossingen die de natuur heeft verzonnen voor een aantal problemen zie je vaak dat de natuur zich niet altijd heeft gehouden aan de ontwerp -en productiemogelijkheden die wij als mens kennen óf dat wij ons soms niet realiseren dat wij bestaande technieken kunnen gebruiken of combineren om te komen tot een oplossing die voor de natuur al lang voor de hand ligt. Ook kent de natuur maar weinig rechthoekige en prismatische vormen zoals wij die veelal in onze ontwerpen gebruiken. Willen we dus meer gebruik maken van imitatiewetenschap dan zullen we dus meer “out of the box” moeten ontwerpen.

“Bio-logisch ontwerpen"
Om de natuur ontwerptechnisch goed te kunnen imiteren wordt er veel gevraagd van de ontwerper maar nog meer van de software. SolidWorks is zich hiervan al een tijdje bewust en heeft zich de afgelopen jaren bijvoorbeeld bezig gehouden met uitbreidingen op het gebied van mogelijkheden voor vrije-vorm ontwerpen, simulatie en topologisch ontwerp. Tijdens SolidWorks world zijn er nog meer spectaculaire vernieuwingen aangekondigd. Onze leverancier 3DSystems, de grondlegger van 3D printing heeft namelijk al een tijdje de software 3DXpert (https://www.youtube.com/watch?v=2bRw6zsATls) in haar portfolio. Deze software richt zicht specifiek op de het ontwerp en de werkvoorbereiding voor 3D (metaal)printen. De snelheid en eenvoud waarmee dit gaat zijn uniek in de markt. In SolidWorks 2019 zal 3DXpert als add-in beschikbaar zijn voor alle gebruikers die een actief onderhoudscontract hebben. Een unieke combinatie van 2 state of the art oplossingen op het gebied van ontwerp en 3D printing!

Door deze unieke combinatie komen mogelijkheden als het maken van complexe en lichtgewicht interne structuren (internal lattice), oppervlaktestructuren (surface lattice) en supports binnen handbereik van elke SolidWorks gebruiker. Daarnaast helpt de add-in met het positioneren en optimaliseren van het ontwerp zodat het vrijwel direct daarna naar een willekeurige 3D printer gestuurd kan worden. Wat daarbij helemaal uniek is, is dat Solids en Mesh modellen door elkaar heen gebruikt kunnen worden en waar nodig met elkaar gecombineerd of gesneden kunnen worden.