Hydroponics – de poster kind van de urban farming beweging – is gebaseerd op het idee van het kweken van planten zonder grond, maar door het ophangen van hun wortels in voedingsoplossingen.
Het produceren van voedsel op deze manier vereist 95% minder water, chemicaliën en pesticiden en dan een land-based boerderij en is 2-4 x meer ruimte-efficiënt. Niet te vergeten, het feit dat het is ontworpen voor het kweken van voedsel binnenshuis en in steden betekent dat als je in gebieden woont met dodelijk koude winters, je in principe verse producten kunt krijgen van uw eigen woonkamer het hele jaar door. Dit heeft op zijn beurt nog meer rimpeleffecten in termen van het ondersteunen van je lokale economie, het verminderen van transportemissies en het verminderen van materiaalafval.
Al met al biedt hydroponie een groot potentieel voor het voeden van onze groeiende steden in de komende decennia. Het is geen pasklare vervanging voor landbouw op het land, maar voor sommige omstandigheden is het gewoon zinvoller.
Maar, hier is wat niet zinvol is… proberen een van deze systemen te BOUWEN (geloof me, ik heb het geprobeerd).
De meest populaire vorm van hydrocultuursysteem heet Nutrient Film Technique (NFT). Het werkt door
- Het verbinden van een netwerk van troggen, meestal gemaakt van pvc buizen
- Erlangs gaten te maken voor plantenmanden (kleine geperforeerde hulzen waar planten in groeien zodat hun wortels uit de bodem kunnen hangen)
- Een vat te vullen met water en een mengsel van voedingsstoffen en dat op de bodem van het systeem te plaatsen
- Een pomp in dit vat te plaatsen (zoiets als in een aquarium) en de kabel ervan naar de top van het systeem te laten lopen.
Op deze manier worden, wanneer de pomp wordt aangezet
- voedingsstoffen uit de kuip gepompt naar de opening in de top
- door de troggen stromen waar de wortels bij kunnen
- en via de bodem weer in de kuip terechtkomen
Vorige zomer, toen ik op een boerderijtocht was, zei ik tegen mijn vader dat we zo’n systeem in elkaar gingen zetten. Dus reden we naar Home Depot en haalden een paar meter pvc-buis, elleboogverbindingen, plantenmanden, voedingsstoffen en een pomp. Eigenlijk alles wat je nodig hebt om zo’n systeem te maken.
Mijn vader, die in een ver verleden houtbewerker was, had de klemmen en boren en smeermiddel die nodig waren om al deze dingen te snijden en aan elkaar te plakken. Dus ik dacht dat ik dit kon doen zonder al het bloed, zweet en tranen.
Ik zou gewoon de pvc-buizen in 5 voet troggen snijden, 2 inch brede gaten boren langs hen elke 6 inch en cement de elleboog en T-verbindingen tussen them.
Anyway, ik aan het werk gezet snijden en boren, en na dat eerste uur, slaagde ik erin om één hole.
Slechts één gat te maken.
En de rest van de zomer bleven de materialen in onze schuur liggen en sindsdien heb ik ze niet meer aangeraakt.
Niet een verhaal over veerkracht.
Hoe dan ook, ik ben zeker niet de handigste persoon die ooit op deze planeet heeft rondgelopen, dus er zijn genoeg mensen met veel meer talent dan ik die hebben geprobeerd en erin zijn geslaagd om dergelijke systemen te maken.
Maar, het zit zo. Niet veel mensen die in flatgebouwen in steden wonen, zijn vermomde ambachtslieden. Om nog maar te zwijgen van het feit dat de meeste mensen waarschijnlijk niet het gereedschap, de klemmen en de boren hebben liggen die nodig zijn om zo’n systeem te maken.
Weliswaar is hydrocultuur ontworpen om te worden gebruikt door steden en de mensen die erin wonen, maar het is niet helemaal de bedoeling dat ze door hen worden gemaakt.
Dat is een vrij grote beperking, als je het mij vraagt.
3D-printen is een vorm van additieve vervaardiging die te maken heeft met het maken van een object door het in vele dwarsdoorsneden te snijden en die boven op elkaar te printen.
Als we dit zouden toepassen op het maken van hydrocultuursystemen, kun je in plaats van talloze uren te besteden aan het weghakken van plastic buizen zodat je het hele jaar door verse sla hebt, letterlijk gewoon een printer krijgen om het vanaf de grond te extruderen.
Klinkt veel eenvoudiger.
Maar, stel dat jij – de opportunistische stadsboer – besluit om je huiskamermuur te vullen met een 10 meter lang NFT-contraptie. Een paar maanden later realiseer je je dat het beter op een andere plek zou staan. Alleen, op deze plek heb je niet genoeg ruimte voor 10 voet planten, maar je hebt wel genoeg ruimte om meer verticale niveaus toe te voegen.
Wel, in principe is je huidige systeem niet compatibel. Maar omdat alles in één groot stuk is geprint, moet je of al het gereedschap dat je niet hebt uit de kast halen om alles opnieuw in te richten of helemaal opnieuw beginnen.
Maar wat als we een modulaire hydrocultuurunit 3D-printen? Zoals misschien een 15 cm bak die in elkaar kan worden gepast met andere 15 cm bakken om dingen zo breed of zo hoog te maken als je wilt?
Op die manier, als je ook maar iets moet veranderen, haal je gewoon de individuele modules uit elkaar en zet je ze weer anders in elkaar.
Dus eigenlijk hoef je niet telkens van voren af aan te beginnen als je besluit dat je niet genoeg sla hebt.
In dit artikel gaan we het hebben over mijn ontwerp voor een modulair 3D geprint NFT hydrocultuur systeem.
Het systeem zal bestaan uit een stel modulaire cilinders, met een diameter van 10 cm, een lengte van 15 cm en ruimte voor één plantenbak van 5 cm.
Om de hydrocultuurmodule te ontwerpen, heb ik een programma gebruikt dat TinkerCAD heet. Dit is een gratis online CAD-platform (computer assisted design) waarmee je 3D-printbare objecten kunt ontwerpen.
TinkerCAD heeft een bibliotheek met een heleboel verschillende vormen, cijfers en letters die je kunt gebruiken om in principe alles te bouwen. We gebruiken een techniek die segmentatie heet – dat wil zeggen dat we de module opdelen in kleinere vormen en ze dan allemaal samenvoegen.
Stap 1: De buis
De buis waar de planten in gaan groeien wordt 150 mm lang, heeft een buitendiameter van 100 mm en een materiaaldikte van 5 mm.
Om dit te doen, gaan we
- een cilinder construeren met een diameter van 100 mm en een lengte van 150 mm
- deze cilinder dupliceren en de diameter verkleinen tot 90 mm
- er een gat van maken (door op het icoontje in de rechter bovenhoek te klikken)
Een gat is in wezen negatieve ruimte, dus als het wordt samengevoegd met een ander object, zal het een gat van die vorm in het object maken. Zoiets als wanneer je door een sneeuwbank loopt, je laars een gat maakt dat de vorm heeft van je voet in de sneeuw.
We voegen dan deze gat-cilinder samen in het midden van de oorspronkelijke cilinder.
Nu, deze twee vormen zijn onafhankelijk en omdat we willen dat ze één collectieve vorm worden, selecteren we ze allebei en drukken op de groep-functie. Dit plakt ze aan elkaar, dus als je de een verplaatst, verplaats je de ander ook.
We gebruiken nu het rotatiegereedschap (het kleine pijltje rond de geselecteerde vorm) om het object 90 graden zijdelings te draaien, zodat het op het gebogen oppervlak rust.
Stap 2: Het plantenbed
Een typische plantenmand heeft een straal van 2.5 cm radius, en dus willen we dat het gat waar deze mand in rust gelijkwaardig is.
Om dit te doen,
- Maak een cilinder
- Maak de diameter 50 mm en geef het een hoogte van 35 mm
- Maak er een gat van
- Gebruik het verhogingsgereedschap (de pijl naar boven boven boven de geselecteerde vorm) om het 65 mm te verhogen
- Verplaats het in het midden van de buiscilinder zodat er 50 mm tussen zit en elke rand van de buiscilinder. Het ronde oppervlak van het gat moet gelijk komen met de kromming van de grotere buiscilinder.
En natuurlijk alles groeperen!
Stap 3: De Schroeven
Om deze module modulair te maken, moet het dus een vlakvulling worden (als je er een stel in elkaar zet, passen ze perfect en laten ze geen openingen achter).
Dit betekent dat we kunnen doen alsof het ene uiteinde van de buis in het andere uiteinde van de buis wordt geschroefd. Maar op dit moment zijn beide uiteinden even groot, zodat het ene uiteinde niet fysiek in het andere past.
Om dit op te lossen, voegen we aan één uiteinde een verlengstuk toe met dezelfde buitendiameter als de binnendiameter van de grote buis (90 mm) en dezelfde materiaaldikte.
Om dit te doen, nemen we
- Neem een cilinder en geef hem een hoogte van 20 mm en een diameter van 90 mm.
- Dupliceer hem en verklein zijn diameter tot 80 mm
- Maak er een gat van en voeg hem samen in het midden van de oorspronkelijke cilinder.
- En… groepeer de twee!
We kunnen hem dan 90 graden zijdelings draaien en 5 mm samenvoegen in een uiteinde van de grotere buis.
Dus, nu kunnen we deze twee verschillende uiteinden prima samenvoegen, maar er is niets om ze op hun plaats te houden. Ze kunnen gewoon uit elkaar vallen met een beetje zijdelingse kracht.
Om dit op te lossen, gaan we dus wat koppel introduceren – d.w.z. een rotatiekracht. Vanwege de hoek waaronder deze kracht wordt uitgeoefend, is het moeilijker om de zwaartekracht tegen te werken.
En wat is een betere manier om dit te doen dan met een schroef.
Nou, het maken van een schroef is een behoorlijke uitdaging. Gelukkig heeft TinkerCAD een gemeenschappelijke opslagplaats van willekeurige vormen die wonderbaarlijk getalenteerde mensen hebben samengesteld, waarvan er één een schroef heeft gemaakt.
Om de parameters van de schroef te veranderen, heeft elke vorm een handig drop down menu waar je gewoon de afmetingen kunt invullen die je wilt.
Dus, we gaan de binnenstraal van de schroef 18 maken en de buitenstraal van de schroef 20. We maken de binnendraadhoogte en de buitendraadhoogte respectievelijk 1 en 2 mm. We geven de schroef ook twee “slagen” – of laten hem twee keer ronddraaien.
We geven de buitenschroef een diameter van 100 mm en een hoogte van 10 mm. We dupliceren deze schroef en veranderen de diameter in 90 mm voor de binnenschroef.
De buitenschroef gaat 4 mm van het uiteinde van het verlengstuk af, en de binnenschroef gaat 6 mm van het andere uiteinde af.
En, ten slotte. Alles groeperen.
En daar heb je het dan, één modulaire hydroponics unit. Gecombineerd met een aantal andere identieke units, kunt u in principe een volledig NFT-systeem maken dat kan worden aangepast aan elke configuratie die u maar wilt.
Het enige dat ontbreekt zijn elleboogverbindingen en stevige verbindingen om meerdere troggen en meerdere niveaus te maken. Deze zijn vrij gemakkelijk te verkrijgen met pvc-buizen, maar daarover later meer… :).