Hydroponik – affischnamnet för stadsodlingsrörelsen – bygger på idén om att odla växter utan jord, utan att deras rötter hänger i näringslösningar.

För att producera mat på det här sättet krävs 95 % mindre vatten, kemikalier och bekämpningsmedel än i en jordbruksanläggning på land, och det är 2-4 gånger mer utrymmeseffektivt. För att inte tala om det faktum att den är utformad för att odla mat inomhus och i städer innebär att om du bor i områden med dödligt kalla vintrar kan du i princip få färska produkter från ditt eget vardagsrum året runt. Detta har i sin tur ännu fler spridningseffekter när det gäller att stödja din lokala ekonomi, minska transportutsläppen och minska materialavfallet.

Sammanfattningsvis har hydroponik en stor potential för att förse våra växande städer med mat under de kommande årtiondena. Det är inte en universell ersättning för landbaserat jordbruk, men under vissa omständigheter är det helt enkelt vettigare.

Men här är det som inte är vettigt… att försöka BYGGA ett av dessa system (lita på mig, jag har försökt).

Den populäraste typen av hydroponiskt system kallas Nutrient Film Technique (NFT). Det fungerar genom

• Anslutning av ett nätverk av tråg, vanligtvis gjorda av pvc-rör
• Sätta hål längs dem för växtkorgar (små perforerade patroner som växterna växer i så att deras rötter kan hänga ut i botten)
• Fylla ett kärl med vatten och en blandning av näringsämnen och placera det längst ner i systemet
• Placera en pump i detta kärl (ungefär som en pump som går i ett akvarium) och dra kabeln upp till toppen av systemet.

På detta sätt, när pumpen sätts på

• , kommer näringsämnena att pumpas från karet till öppningen i toppen
• flöda genom trågen där rötterna kan komma åt dem
• och spilla ut i botten till karet igen

Förra sommaren när jag var på en jordbrukstränare, berättade jag för min pappa att vi skulle montera ett sånt här system. Så vi körde till Home Depot och köpte flera meter pvc-rör, armbågsanslutningar, växtkorgar, näringsämnen och en pump. I princip allt man behövde för att göra ett av dessa system.

Min pappa, som var snickare i sitt avlägsna förflutna, hade de klämmor och borrar och smörjmedel som krävdes för att skära och klistra ihop alla dessa saker. Så jag tänkte att jag kunde göra det här utan allt blod, svett och tårar.

Jag skulle bara skära pvc-rören i 5 fot långa tråg, borra 2 tum breda hål längs dem var 6 tum och cementera armbågs- och T-anslutningarna mellan dem.

Ja, jag satte mig i arbete med att skära och borra, och efter den första timmen lyckades jag göra ett enda hål.

Just ett enda hål.

Och resten av sommaren stod materialen bara i vårt skjul och jag har inte rört dem sedan dess.

Inte en berättelse om motståndskraft.

Ja, jag är definitivt inte den händigaste personen som någonsin vandrat på planeten, så det finns gott om människor som är mycket begåvadare än jag själv och som har försökt och lyckats med att tillverka sådana här system.

Men, så här är det. Det är inte många människor som bor i flerbostadshus i städer som är ondskefulla hantverkare i förklädnad. För att inte tala om att de flesta förmodligen inte har verktygen och klämmorna och borrarna som krävs för att göra ett sådant här system bara liggande.

Men även om hydroponiska system är utformade för att användas av städer och de människor som bor i dem, är de inte helt och hållet tänkta att tillverkas av dem.

Vad som är en ganska stor begränsning, om du frågar mig.

3D-utskrift är en typ av additiv tillverkning som har att göra med att skapa ett objekt genom att skära upp det i många tvärsnitt och skriva ut dem ovanpå varandra.

Om vi tillämpar detta på att göra hydroponiska system, kan du i stället för att tillbringa oräkneliga timmar med att försöka hugga iväg plaströr så att du kan få färsk sallad året runt, kan du bokstavligen bara få en skrivare att extrudera det från grunden.

Låter mycket enklare.

Men låt oss säga att du – den opportunistiska stadsodlaren – bestämmer dig för att fylla din vardagsrumsvägg med 10 fot långa NFT-apparater. Några månader senare inser du att det skulle vara bättre på en annan plats. Men på den här platsen har du inte tillräckligt med utrymme för 10 fot växter, men du har tillräckligt med utrymme för att lägga till fler vertikala nivåer.

Ja, i grund och botten är ditt nuvarande system inte kompatibelt. Men eftersom allt är utskrivet i ett enda stort stycke måste du antingen ta fram alla verktyg som du inte har för att göra om allting eller börja om från början.

Men vad händer om vi 3D-utskriver en modulär hydroponisk enhet? Som kanske ett 15 cm stort tråg som kan monteras ihop med andra 15 cm stora tråg för att göra saker och ting så breda eller höga som du vill?

På så sätt, om du skulle behöva göra några som helst ändringar, tar du bara isär de enskilda modulerna och sätter ihop dem på ett annat sätt igen.

Så i princip behöver du inte börja från början varje gång du bestämmer dig för att du inte har tillräckligt med sallad.

I den här artikeln ska vi gå igenom min design för ett modulärt 3D-utskrivet NFT-hydroponiksystem.

Systemet kommer att bestå av ett gäng modulära cylindrar, med en diameter på 10 cm, en längd på 15 cm och utrymme för ett plantråg som mäter 5 cm.

För att konstruera hydroponikmodulen använde jag ett program som heter TinkerCAD som är en gratis CAD-plattform (datorstödd konstruktion) online som du kan använda för att konstruera 3D-utskrivbara objekt.

TinkerCAD har ett bibliotek med en massa olika former, siffror och bokstäver som du kan använda för att bygga i princip vad som helst. Vi kommer att använda en teknik som kallas segmentering – dvs. dela upp modulen i mindre former och sedan sätta ihop dem.

Steg 1: Röret

Röret som växterna ska växa i kommer att vara 150 mm långt, ha en ytterdiameter på 100 mm och en materialtjocklek på 5 mm.

För att göra detta kommer vi att

1. konstruera en cylinder med en diameter på 100 mm och en längd på 150 mm
2. dubblera den här cylindern och minska dess diameter till 90 mm
3. göra den till ett hål (genom att klicka på ikonen i det övre högra hörnet)

Ett hål är i princip ett negativt utrymme, så närhelst det slås samman med ett annat objekt kommer det att göra ett hål av den formen i objektet. Ungefär som när du går genom en snöbank gör din känga ett hål som har formen av din fot i snön.

Vi slår sedan ihop den här hålcylindern i mitten av den ursprungliga cylindern.

Nu är de här två formerna oberoende av varandra och eftersom vi vill att de ska bli en gemensam form, väljer vi båda och trycker på gruppfunktionen. Detta håller i princip ihop dem så att om du flyttar den ena så flyttar du den andra.

Vi använder sedan rotationsverktyget (den lilla pilen runt den valda formen) för att rotera objektet i sidled med 90 grader så att det vilar på den böjda ytan.

Steg 2: Växtbädden

En typisk växtkorg har en 2.5 cm radie, och därför vill vi att hålet som denna korg vilar i ska vara likvärdigt.

För att göra detta, ska vi

1. Göra en cylinder
2. Göra dess diameter 50 mm och ge den en höjd på 35 mm
3. Göra den ett hål
4. Använda höjningsverktyget (den uppåtriktade pilen ovanför den valda formen) för att höja den med 65 mm
5. Förflytta den till rörcylinderns mitt, så att det är 50 mm mellan den och rörcylinderns båda kanter. Den cirkulära ytan på hålet ska komma i jämnhöjd med krökningen på den större rörcylindern.

Och naturligtvis gruppera allt!

Steg 3: Skruvarna

För att göra den här modulen modulärt uppbyggd måste den alltså bli en mosaik (om du sätter ihop ett gäng av dem passar de perfekt och lämnar inga luckor).

Detta innebär att vi kan låtsas att den ena änden av röret kommer att skruvas in i den andra änden av röret. Men för tillfället är båda ändarna lika stora, så man kan inte fysiskt passa in den ena i den andra.

För att åtgärda detta lägger vi till en förlängning till den ena änden med samma ytterdiameter som innerdiametern på det stora röret (90 mm) och samma materialtjocklek.

För att göra detta tar vi

1. Ta en cylinder och ge den en höjd på 20 mm och en diameter på 90 mm.
2. Duplicera den och krympa dess diameter till 80 mm
3. Gör den till ett hål och sätt in den i mitten av den ursprungliga cylindern.
4. Och… gruppera de två!

Vi kan sedan rotera den i sidled i 90 grader och sätta in den 5 mm i ena änden av det större röret.

Så, nu kan vi sätta ihop dessa två olika ändar helt okej, men det finns inget som håller dem på plats. De kan helt enkelt lossna med lite sidokraft.

För att åtgärda detta ska vi alltså införa ett vridmoment – dvs. en rotationskraft. På grund av vinkeln med vilken denna kraft appliceras är det svårare att motverka gravitationen.

Och vilket bättre sätt att göra detta än med en skruv.

Nu är det ganska utmanande att göra en skruv. Som tur är har TinkerCAD ett gemensamt förråd av slumpmässiga former som underbart begåvade människor har satt ihop, varav en har gjort en skruv.

För att ändra skruvparametrarna har varje form en praktisk rullgardinsmeny där du bara kan fylla i vilka dimensioner du vill.

Så, vi kommer att göra skruvens inre radie till 18 och skruvens yttre radie till 20. Vi kommer att göra den inre gängans höjd och den yttre gängans höjd till 1 respektive 2 mm. Vi kommer också att ge skruven två ”varv” – eller låta den slingra sig runt två gånger.

Vi kommer att ge den yttre skruven en diameter på 100 mm och en höjd på 10 mm. Vi kopierar sedan denna skruv och ändrar dess diameter till 90 mm för den inre skruven.

Den yttre skruven kommer att gå 4 mm från förlängningens ände, och den inre skruven kommer att gå 6 mm från den andra änden.

Och till sist. Gruppera allt.

Och där har du det, en modulär hydroponisk enhet. Kombinerad med ett gäng andra identiska enheter kan du i princip göra ett komplett NFT-system som kan anpassas till vilken konfiguration du vill.

Det enda som saknas är armbågsförband samt fasta anslutningar för att göra flera tråg och flera nivåer. Dessa är ganska lätta att få fram med hjälp av pvc-rör, men mer om det kommer senare… :).

.