Een doorbraak in 3D-printen

Nieuws - 15 juli 2020

3D-printen mag dan futuristisch en creatief klinken, het resultaat was tot nu toe vaak nogal rechtlijnig. Chengkai Dai promoveerde recentelijk bij de faculteit Industrieel Ontwerpen van TU Delft op een nieuwe methode van 3D-printen, die wel eens de standaard kan worden.

Wel eens een 3D-printer aan het werk gezien? Dat klinkt als een speelhal en de printer heeft dezelfde aanzuigende werking op je blik als een fruitautomaat. Laag voor laag zie je een object opgebouwd worden. Waar gaat dit heen? Wat wordt het? Je blijft kijken.

Zo mogelijk nog fascinerender dan een traditionele 3D-printer is de 3D-printwijze die Chengkai Dai ontwikkelde met een robotarm. Het te printen object wordt opgebouwd op de robotarm, die alle kanten op beweegt. Daardoor wordt het object niet in horizontale laagjes opgebouwd, zoals dat bij traditioneel 3D-printen gebeurt, maar kunnen de laagjes in alle richtingen worden geformeerd. Dit gebeurt met behulp van algoritmes. En dan heb je ineens een prachtig geel konijn, met rondingen en een diagonaal opgebouwde oren en snuit.

Deze roterende bewegingen geven niet alleen een mooier resultaat, ze verhelpen in één klap ook allerlei problemen van traditioneel 3D-printen. Zo is daar altijd het probleem van de ‘overhang’. Chengkai Dai: ‘Als je bijvoorbeeld een menselijke figuur print met een traditionele 3D-printer, heb je bij het printen altijd ondersteunende structuren nodig: door de horizontale opbouw moeten er onder de armen tijdelijke steunpilaren geprint worden.’ Zo heeft het traditioneel geprinte gele konijn steunpilaren onder zijn bekje, die eruitzien als ellenlange tanden, en een steunraster tussen zijn oren. Door de roterende bewegingen worden overhangende onderdelen ‘self-supporting’, zoals Dai dat noemt. Ook het zogeheten ‘staircase effect’, de getrapte structuur, is bij Dais methode veel minder. 

Een grote stap voorwaarts dus, deze nieuwe techniek. Zijn manier van printen heeft de toekomst, verwacht hij, en zijn proefschrift beschrijft vooral hoe hij deze techniek ontwikkeld heeft. De werking is complex: door de draaiende robotarm is de ‘accumulatieruimte’ zo ongeveer oneindig. Welke draairichting is het best? Wat levert het beste resultaat op? Daarvoor ontwikkelde Dai een methodologie en dus die algoritmes. Zijn kennis van geometrie en robotica kwamen daarin perfect samen.

En wat kunnen we daar precies mee? Technisch ingenieur Dai zag vooral de beperkingen die het traditionele 3D-printen industrieel ontwerpers oplegde. Hij wilde ontwerpers helpen door die beperkingen zoveel mogelijk weg te nemen. Hoe meer vrijheid, hoe meer creativiteit, tenslotte. Een greep uit de dingen die je kunt printen met deze techniek: meubels, medische apparatuur en kunstobjecten. Dai: ‘De mogelijkheden zijn eindeloos.’

De Chinese Chengkai Dai kwam op een bijzondere manier in Delft terecht. Hij volgde in 2016 zijn promotor, Charlie Wang, die een aanstelling in Delft kreeg, vanuit Hongkong. Wang was en is veel meer dan een promotor. Je zou hem ook Dais mentor kunnen noemen. ‘Charlie Wang heeft mij heel veel geleerd’, vertelt Dai, ‘niet alleen over onderzoek, maar ook over het leven.’ Dat leven had Dai namelijk niet alleen een helder brein gegeven, maar ook een depressieve inslag. ‘Twee jaar lang kreeg ik door mijn depressie bijna niets voor elkaar. Professor Wang bleef in me geloven, hij bleef mijn potentieel zien. Ik was altijd heel onzeker, maar hij heeft me het zelfvertrouwen gegeven om problemen in de wetenschap en ook in het leven aan te gaan.’ Wang bleef Dai maar opbeuren en aanmoedigen, ook nadat een van Dais artikelen was afgewezen door een wetenschappelijk tijdschrift. ‘Hij bleef maar zeggen dat het een goed onderwerp was en hij bleef me maar de boodschap meegeven dat als ik er maar genoeg energie in zou steken, het resultaat vanzelf zou komen.’ Uiteindelijk wist Dai het artikel over zijn revolutionaire manier van printen geplaatst te krijgen in een toptijdschrift.

Intussen noemt Dai zichzelf een ‘zelfverzekerde man’. Delft en Nederland bevallen hem goed. Het tempo ligt er lager dan in Hongkong, het leven is er minder gestrest. Maar de wereld lonkt ook. Hij weet nog niet waar hij gaat werken: China, Japan, de VS - alles kan. Hij zal Delft missen.

Chengkai Dai

/* */