A hidroponika – a városi mezőgazdasági mozgalom posztergyereke – azon az elképzelésen alapul, hogy a növényeket talaj nélkül, de a gyökereiket tápoldatokba függesztve termesztik.

Az élelmiszertermelés 95%-kal kevesebb vizet, vegyszert és növényvédőszert igényel, mint egy szárazföldi farm, és 2-4x nagyobb helyigényű. Arról nem is beszélve, hogy az a tény, hogy beltéri és városi élelmiszer-termesztésre tervezték, azt jelenti, hogy ha halálosan hideg téllel rendelkező területeken élsz, akkor gyakorlatilag egész évben friss terményekhez juthatsz a saját nappalidból. Ez viszont még több hullámhatással jár a helyi gazdaság támogatása, a közlekedési kibocsátások csökkentése és az anyaghulladék csökkentése szempontjából.

Összességében a hidroponika nagy lehetőségeket rejt magában az elkövetkező évtizedekben növekvő városaink ellátásában. Nem helyettesíti a szárazföldi termesztést, de bizonyos körülmények között egyszerűen több értelme van.

De itt van az, aminek nincs értelme… megpróbálni ÉPÍTENI egy ilyen rendszert (bízz bennem, én már próbáltam).

A hidroponikus rendszer legnépszerűbb fajtája az úgynevezett Nutrient Film Technique (NFT). Ez úgy működik, hogy

• Vályúhálózatot kapcsolunk össze, általában pvc csövekből
• A lyukak elhelyezése ezek mentén a növénykosarak számára (kis perforált kazetták, amelyekben a növények nőnek, hogy a gyökereik kilóghassanak az aljukon)
• Egy dézsa feltöltése vízzel és tápanyagkeverékkel és elhelyezése a rendszer alján
• Egy szivattyú elhelyezése ebben a dézsában (olyasmi, mint ami egy akváriumba kerül) és a kábel felvezetése a rendszer tetejére.

Az így bekapcsolt szivattyú

• tápanyagokat a tartályból szivattyúzzák a a tetején lévő nyílásba
• átfolyik a vályúkon, ahol a gyökerek hozzáférhetnek
• és az alján ismét a dézsába ömlik

Múlt nyáron, amíg én gazdálkodtam, azt mondtam apámnak, hogy összerakunk egy ilyen rendszert. Így hát elmentünk a Home Depotba, és szereztünk néhány méter pvc csövet, könyökcsatlakozókat, növénykosarakat, tápanyagot és egy szivattyút. Alapvetően mindent, ami egy ilyen rendszer elkészítéséhez szükséges.

Apa, aki a távoli múltban famegmunkáló volt, rendelkezett a szorítókkal, fúrókkal és kenőanyaggal, amelyek ahhoz szükségesek, hogy mindezeket a dolgokat összevágja és összeillessze. Így azt gondoltam, meg tudom csinálni minden vér, veríték és könny nélkül is.

Elég, ha a pvc csöveket 5 láb hosszú vályúkra vágom, 6 hüvelykenként 2 hüvelyk széles lyukakat fúrok mentén, és közéjük ragasztom a könyök és T csatlakozókat.

Mindegy, nekiláttam a vágásnak és fúrásnak, és az első óra után sikerült egy lyukat csinálnom.

Csak egy lyukat.

A nyár hátralévő részében az anyagok csak álltak a fészerünkben, és azóta nem nyúltam hozzájuk.

Nem a rugalmasságról szól a történet.

Mindenesetre, határozottan nem én vagyok a legügyesebb ember, aki valaha a bolygón járt, így rengeteg nálam sokkal tehetségesebb ember van, aki megpróbált és sikerrel is járt ilyen rendszereket készíteni.

De, a helyzet a következő. Nem sok városi társasházakban lakó ember álruhás gonosz kézműves. Arról nem is beszélve, hogy a legtöbb embernek valószínűleg nincsenek olyan szerszámai, szorítói és fúrói, amelyek egy ilyen rendszer elkészítéséhez szükségesek, csak úgy szanaszét hevernek.

Míg a hidroponikát úgy tervezték, hogy a városok és az ott élő emberek használják, nem teljesen arra való, hogy ők készítsék el.

Ez egy elég nagy korlátozás, ha engem kérdezel.

A 3D nyomtatás egyfajta additív gyártás, amelynek lényege, hogy egy tárgyat úgy hozunk létre, hogy sok keresztmetszetre szeleteljük és egymásra nyomtatjuk őket.

Ha ezt alkalmaznánk a hidroponikus rendszerek készítésére, akkor ahelyett, hogy számtalan órát töltenénk azzal, hogy műanyag csöveket vagdosunk, hogy egész évben friss salátád legyen, szó szerint csak egy nyomtatót kell kérned, hogy extrudálja azt az alapból.

Sokkal egyszerűbben hangzik.

De tegyük fel, hogy te – az opportunista városi farmer – úgy döntesz, hogy a nappalid falát megtöltöd 10 láb hosszú NFT-szerelvénnyel. Pár hónappal később rájössz, hogy jobb lenne egy másik helyen. Csakhogy ezen a helyen nincs elég helyed 10 lábnyi növénynek, de van elég helyed további függőleges szintek hozzáadásához.

Nos, alapvetően a jelenlegi rendszered nem kompatibilis. De mivel minden egy nagy darabból van kinyomtatva, ezért vagy elő kell venned az összes eszközt, amid nincs, hogy mindent átalakíts, vagy kezdheted elölről.

De mi lenne, ha 3D nyomtatnánk egy moduláris hidroponikus egységet? Például talán egy 15 cm-es vályút, amit össze lehetne illeszteni más 15 cm-es vályúkkal, hogy olyan széles vagy magas legyen a dolog, amilyet csak akarsz?

Így, ha bármilyen változtatásra lenne szükséged, csak szétszednéd az egyes modulokat, és másképp raknád vissza őket.

Így alapvetően nem kell minden alkalommal a nulláról kezdened, amikor úgy döntesz, hogy nincs elég salátád.

Ebben a cikkben egy moduláris 3D nyomtatott NFT hidroponikus rendszerre vonatkozó tervemet fogjuk átnézni.

A rendszer egy csomó moduláris hengerből fog állni, amelyek átmérője 10 cm, hossza 15 cm, és egy 5 cm-es növényvályúnak van hely.

A hidroponikus modul megtervezéséhez a TinkerCAD nevű programot használtam, amely egy ingyenes online CAD (számítógéppel segített tervezés) platform, amelyet 3D nyomtatható tárgyak tervezéséhez használhatsz.

A TinkerCAD-nek van egy könyvtára egy csomó különböző formával, számmal és betűvel, amelyekkel gyakorlatilag bármit megépíthetsz. Egy szegmentálásnak nevezett technikát fogunk használni – azaz a modult kisebb alakzatokra bontjuk, majd összerakjuk őket.

1. lépés: A cső

A vályú, amelyben a növények nőni fognak, 150 mm hosszú lesz, külső átmérője 100 mm, anyagvastagsága pedig 5 mm.

Ezért

1. konstruálni fogunk egy 100 mm átmérőjű és 150 mm hosszúságú hengert
2. megduplázzuk ezt a hengert, és 90 mm-re csökkentjük az átmérőjét
3. lyukat készítünk belőle (a jobb felső sarokban lévő ikonra kattintva)

A lyuk lényegében negatív tér, ezért amikor egy másik objektummal összevonjuk, akkor egy ilyen alakú lyukat készít az objektumban. Olyasmi, mint amikor átmegyünk egy hóbuckán, a bakancsunk egy lyukat hoz létre, amely a lábunk alakját formázza a hóban.

Ezt a lyukas hengert beolvasztjuk az eredeti henger közepébe.

Most, ez a két alakzat független, és mivel azt akarjuk, hogy egy közös alakzatot alkossanak, kijelöljük mindkettőt, és megnyomjuk a csoport funkciót. Ez alapvetően összeragasztja őket, így ha az egyiket mozgatjuk, akkor a másikat is mozgatjuk.

Ezután a forgatás eszközzel (a kis nyíl a kijelölt alakzat körül) oldalirányban 90 fokkal elforgatjuk az objektumot, hogy az az íves felületen nyugodjon.

2. lépés: A növényágyás

Egy tipikus növénykosárnak 2.5 cm sugarú, ezért azt szeretnénk, ha a lyuk, amelyben ez a kosár pihen, ezzel egyenértékű lenne.

Hogy ezt elérjük, készítünk

1. Elkészítünk egy hengert
2. Az átmérője 50 mm, és 35 mm magasságot adunk neki
3. Készítünk egy lyukat
4. Az emelés eszközzel (a felfelé mutató nyíl a kiválasztott alakzat felett) 65 mm-rel megemeljük
5. Elmozdítjuk a csőhenger közepére úgy, hogy 50 mm legyen közte és a csőhenger mindkét széle között. Ennek a lyuk kör alakú felületének egy vonalba kell kerülnie a nagyobb csőhenger görbületével.

És persze mindent csoportosítson!

3. lépés: A csavarok

Azért, hogy moduláris legyen ez a modul, tesszellációvá kell válnia (ha egy csomót összeraksz, akkor tökéletesen illeszkednek, és nem hagynak rést).

Ez azt jelenti, hogy úgy tehetünk, mintha a cső egyik vége a cső másik végébe csavarozódna. De jelenleg mindkét vége egyforma méretű, így fizikailag nem lehet az egyiket a másikba illeszteni.

Azért, hogy ezt kijavítsuk, az egyik végéhez hozzáadunk egy hosszabbítót, amelynek a külső átmérője megegyezik a nagy cső belső átmérőjével (90 mm) és az anyagvastagsága is.

Ezért

1. Vegyünk egy hengert, és adjunk neki 20 mm magasságot és 90 mm átmérőt.
2. Másoljuk meg, és zsugorítsuk le az átmérőjét 80 mm-re
3. Készítsünk egy lyukat, és olvassuk bele az eredeti henger közepébe.
4. És… csoportosítsuk a kettőt!

Ezután elforgathatjuk oldalirányban 90 fokkal, és 5 mm-rel olvassuk bele a nagyobb cső egyik végébe.

Szóval, most már jól össze tudjuk illeszteni ezt a két különböző véget, de nincs semmi, ami a helyén tartaná őket. Egyszerűen szét tudnak válni egy kis oldalirányú erő hatására.

Azért, hogy ezt megoldjuk, némi nyomatékot – azaz forgási erőt – fogunk bevezetni. Mivel ezt az erőt szögben fejtjük ki, nehezebb a gravitációval ellenhatást kifejteni.

És mi mással tehetnénk ezt jobban, mint egy csavarral.

Most, egy csavar elkészítése elég nagy kihívás. Szerencsére a TinkerCAD-nek van egy közösségi tárháza véletlenszerű alakzatokból, amelyeket csodálatosan tehetséges emberek állítottak össze, és amelyek közül az egyik csavart készített.

A csavar paramétereinek megváltoztatásához minden alakzatnak van egy praktikus legördülő menüje, ahol egyszerűen kitölthetjük a kívánt méreteket.

Szóval, a csavar belső sugarát 18-ra, a külső sugarát pedig 20-ra fogjuk alakítani. A belső menetmagasságot 1, illetve a külső menetmagasságot 2 mm-re állítjuk be. A csavarnak két “fordulatot” is adunk – vagyis kétszer körbeforgatjuk.

A külső csavarnak 100 mm átmérőt és 10 mm magasságot adunk. Ezután megduplázzuk ezt a csavart, és a belső csavar átmérőjét 90 mm-re változtatjuk.

A külső csavar 4 mm-re megy el a hosszabbítás végétől, a belső csavar pedig 6 mm-re a másik végétől.

És végül. Csoportosítson mindent.

És kész is van, egy moduláris hidroponikus egység. Egy csomó más, azonos egységgel kombinálva gyakorlatilag egy teljes NFT rendszert hozhat létre, amely bármilyen konfigurációra testre szabható.

Az egyetlen dolog, ami hiányzik, a könyökcsuklók, valamint a szilárd csatlakozások, hogy több vályút és több szintet tudjon létrehozni. Ezek elég könnyen beszerezhetők pvc csövek segítségével, de erről majd később… :).