Janny kamphof
Ik ben Janny Kamphof en ik wil, d.m.v. experimentatie, meer kennis opdoen over duurzame materialen en de toepasbaarheid ervan. Daarnaast wil ik de maatschappelijke relevantie ontdekken, omschrijven en vertalen naar ontwerp in mijn eigen signatuur.
Aanleiding
Met de groeiende invloed van fast-fashion & ultra-fast-fashion produceren we steeds meer kleding, accesoires en schoenen. Hoe meer er geproduceerd word, hoe meer er afgedankt wordt. Dit resulteert in een almaar groeiende berg aan textielafval
De aanleiding van dit project is tweeledig:
1. Sneakers worden amper gerecycled. Dit komt doordat er in het huidige ontwerp van sneakers veel gebruik gemaakt wordt van permanente verbindingen. Daarnaast bestaan sneakers uit veel verschillende materialen. Deze twee ontwerpkeuzes zorgen ervoor dat het voor de afvalverwerker onmogelijk is om de materialen te recyclen. Hierdoor worden sneaker verbrand bij de Reststoffen Energie Centrale (REC), waar het dient als brandstof voor warmte en electriciteit. De laagste trede van de R-ladder.
2. Tijdens gebruik slijten de zolen van sneakers en laten persistente deeltjes plastic achter, ofwel: microplastics. Uit onderzoek blijkt dat schoenen, waaronder sneakers, op plek 7 staat van veroorzakers van microplastics (spiegel, 2018).
Analysefase
Tijdens de analyse fase zijn alle team leden individueel bezig gegaan met verschillende analyses. Hierbij is gekeken vanuit eigen interesse en motivatie. Tijdens het proces is er geregeld informatie uitgewisseld om te voorkomen dat er dubbel werk uitgevoerd worden.
De volgende analyses zijn uitgevoerd;
1. analyse van materialen die al gebruikt worden in conventionele sneakers en “next gen” materialen;
2. analyse van bestaande productiemethoden;
3. analyse van een bestaande sneaker.
de-assemblage
functieboom
4. Life Cycle Analysis van een bestaande sneaker;
5. analyse van de historische en wetenschappelijke definitie van duurzaamheid.
Deze analyses, gezamelijk met eventuele inzichten van analyses van andere teamleden, vormen de basis voor de ontwerpcriteria en keuzes die in de volgende hoofdstukken worden toegelicht.
Sneaker analyse
Om een beter inzicht te krijgen in de huidige opbouw van sneakers is er een sneakeranalyse uitgevoerd op een bestaande sneaker.
Conclusie: de schoen bestaat uit veel losse onderdelen en lagen, waarbij de zijkanten symmetrisch gespiegeld zijn. De zool is opgebouwd uit vier lagen die waarschijnlijk zorgen voor comfort, stevigheid, grip en waterdichtheid. Daarnaast is de zool is volledig verlijmd aan het bovenste gedeelte van de schoen. De meeste andere delen zijn aan elkaar genaaid, waarbij lijm vaak gebruikt is om onderdelen tijdelijk op hun plek te houden tijdens de productie. De delen waren namelijk wel makkelijk van elkaar af te krijgen maar voelden nog plakkerig aan.
Sneaker analyse
Life Cycle Analysis
Materialen Database
Om een beter inzicht te krijgen in de huidige opbouw van sneakers is er een schoen analyse uitgevoerd op een bestaande sneaker.
Conclusie: de schoen bestaat uit veel losse onderdelen en lagen, waarbij de zijkanten symmetrisch gespiegeld zijn. De zool is opgebouwd uit vier lagen die waarschijnlijk zorgen voor comfort, stevigheid, grip en waterdichtheid. Daarnaast is de zool is volledig verlijmd aan het bovenste gedeelte van de schoen. De meeste andere delen zijn aan elkaar genaaid, waarbij lijm vaak gebruikt is om onderdelen tijdelijk op hun plek te houden tijdens de productie. De delen waren namelijk wel makkelijk van elkaar af te krijgen maar voelden nog plakkerig aan.
Er is ook een LCA uitgevoerd om in kaart te brengen waar de grootste voetprint zit in het oorspronkelijke sneaker ontwerp. Dit LCA is uitgevoerd op de vans sneaker.
Om een overzicht te creeëren van bestaande materialen, is er een database opgezet met verschillende filtermogelijkheden: mata van biodegradeerbaarheid, biobased, geschikt voor welke functie of onderdeel vaan een sneaker, etc.
Zoals weergegeven in figuur (...) is het materiaal de grootste verbruiker van energie en heeft het de grootste co2 voetprint. Concluderend dat op het gebied van materiaal dus de grootste stappen te zetten zijn in het ontwerp.
figuur ...
figuur ...
Verder blijkt uit de analyse dat dierlijk leer (33,8%) en natuurlijk rubber (24,4%) samen verantwoordelijk zijn voor meer dan de helft (58,2%) van de totale energieconsumptie (73 MJ). Dit zijn daarmee de meest energie-intensieve materialen en bieden daarom de grootste kans op een verlaging van de totale milieu-impact.
Download de volledige eco-audit via de knop hieronder.
Zie de database in via de knop hieronder.
Functieboom
Naast de sneakeranalyse is er ook een functieanalyse uitgevoerd op de sneaker. Dit is gedaan in de vorm van een functieboom. Deze functieboom kan als tool gebruikt worden om het herontwerp van de sneaker te valideren.
Conventionele materialen
Conventionele technieken
CAMPER
Er is geïnventariseerd wat de conventionele materialen en technieken zijn die komen kijken bij huidige sneakers. Dit is in te zien via de link naar het MIRO board.
Om de focus van de opdracht wat minder breed te maken is er gekozen om de sneakers voor een merk de ontwerpen. Er is gekozen voor het merk CAMPER.
Er is gekozen om de collectieschoenen te ontwerpen voor “Camper”. Camper is een corsicaanse onderneming schoenen ontwerpt en produceert. Ze hebben een brede doelgroep en focussen zich o.a. op vernieuwende en innovatieve schoenen.
Pakket van Eisen
N.a.v. de analysefase is er een eerste PvE opgesteld. Dit PvE is gedurende het ontwerpproces bijgehouden. Download het PvE via de knop.
Ideefase
De ideefase had als doel een breed scala aan ideeën te genereren. Dit proces is doorlopen volgens een aantal stappen.
Allereerst zijn er in groepsverband verschillende ideation-technieken toegepast, om vrij en creatief mogelijke oplossingsrichtingen te verkennen. Daarna is er individueel verder gegaan met een ideeënmatrix met verschillende onderwerpen: verbindingen, ontwerprichting en thema. Hieruit kwamen de eerste ideeschetsen.
Deze schetsen zijn daarna geclusterd tot drie overkoepelende conceptrichtingen. Voor elk van deze richtingen is een one-pager gemaakt. Uit deze drie opties is uiteindelijk één conceptrichting geselecteerd. De gekozen conceptrichting is gepresenteerd tijdens de groenlichtzitting.
Groep: Crazy-8 en HKJ
Ideeënmatrix
De ideefase is gezamelijk begonnen met een brainstormsessie. Daarvoor is gekozen voor de Crazy-8 methode.
Individueel is er verder gegaan met een ideeënmatrix.
dit was een goede manier om de ideefase te beginnen. Hieruit is inspiratie gehaald voor de rest van de ideefase.
Ideeschetsen
Individueel is er verder gegaan met een ideeënmatrix.
Ideeclusters: individueel
COnvergeren - ideeën
De ideerichtingen zijn geclusterd om in kaart te brengen wat de overkoepelende ideerichtingen zijn, te convergeren.
Re New
De sneaker is gemaakt van kombucha leer, een bacteriële cellulose. Door de versleten schoen in een bad van kombucha thee en culturen onder te dompelen, vormen de bacteriën en gisten een nieuwe laag om de schoen.
Hieruit kwamen de volgende ideerichtingen:
Vormvolgendheid
Customizable
Bevestiging zool en upper
Le Go
Maakt gebruikt van een soortgelijke verbinding als LEGO blokjes. De gebruiker kan de verschillende onderdelen verwisselen wanneer ze kapot zijn of wanneer de gebruiker een andere uitstraling wil geven aan de schoen.
Drawn In
De upper vormt zich om de voet van de gebruiker. d.m.v. een eenvoudige drawstring, of trekkoort.
Keuze conceptrichtingen groep
figuur ...
Ieder groepslid heeft zijn of haar beste idee verder uitgewerkt. Voor mij was dit Drawn In.
Drawn IN - Conceptrichting
vergelijking functiebomen
Er is ook een functieboom opgesteld van de conceptrichting drawn in. Om de analyseren welke functies er missen t.o.v. de vans sneaker.
Conceptfase
het genereren van 3 verschillende concepten o.b.v. de gekozen conceptrichting. Met als doel om 1 of een combinatie van 2 concepten te kiezen o.b.v. een keuze tool met relevante eisen. Om tot slot te analyseren op welke gebieden er punten geoptimaliseerd kunnen worden en die mee te nemen naar de materialisatie- & detailleringsfase.
Morfologisch overzicht
concept generatie
Vanuit de morfologische kaart zijn drie verschillende concepten gegenereerd
Concept 1 (groen)
1B + 2A + 2E + 3A + 5A + 6A
Er zijn verschillende modellen gemaakt om de vorm van de upper en de connectie met van de zool en de upper te testen. Daaruit kwam voort dat er gebruik gemaakt kan worden van een soort u of c profiel aan de zijkant van de zool om de upper en zool op een niet permanente manier te verbinden.
Concept 2 (oranje)
1D + 2B + 3A + 5A + 4F
Er is opnieuw gekeken naar de vorm van de upper. Hier is er d.m.v. een extra stiksel toe te voegen en tong ontstaan waardoor de sneaker steviger om de voet heen zit. Bij concept 1 was dit namelijk alleen om de enkel. Dit bleek niet fijn, alsof de sneaker om de voet van de gebruiker bungeld.
Concept 3 (paars)
1E + 4F + 5E + 7C
Bij concept 3 is er gebruik gemaakt van een trekkoort om de hiel. Om ervoor te zorgen dat de sneaker beter bleeft zitten aan de voet van de gebruiker. Daarnaast is er gekeken naar een klemming van de upper door de zool. Dit bleek echter niet erg effectief.
concept keuze
optimalisatiepunten
figuur ...
Circulaire impact – Weegfactor 3
Dit criterium is het vertrekpunt en de kern van de ontwerpvraag. Een hoogwaardige circulaire oplossing is de primaire doelstelling.
Eerst een toelichting bij de voorwaarden en bijbehorende weegfactoren.
Technische haalbaarheid – Weegfactor 2
Het ontwerp moet realiseerbaar zijn binnen de gegeven tijd en middelen. Dit criterium waarborgt de praktische uitvoerbaarheid van het concept.
Gebruikersgemak – Weegfactor 2
De sneaker moet aan de basisfuncties van een schoen voldoen: bescherming, comfort en een goede pasvorm.
Innovativiteit – Weegfactor 2
De opdracht vraagt om een herontwerp vanuit een nieuw perspectief. Dit criterium beloont de mate waarin het concept afwijkt van conventionele oplossingen en nieuwe inzichten toont.
Visuele identiteit – Weegfactor 1
Om focus te houden op de kern van het ontwerp is gekozen voor een bestaand merk (Camper) als visuele referentie. Esthetiek is ondersteunend en niet leidend.
Een variatie op de kesselring methode is gebruikt om de concepten te toetsen.
Concept 2 heeft met 72% de hoogste score. Daar vlak achter komt concept 1 met 70%.
Materialisatie- & detailleringsfase
In de materialisatie- en detailleringsfase zijn de belangrijkste onderdelen van het ontwerp geoptimaliseerd met focus op maakbaarheid, functionaliteit, kosten en milieu-impact. In de visualisatie zijn deze optimalisatiepunten per onderdeel uitgewerkt, waaronder de upper, de zool, de verbinding tussen zool en upper en het sluitsysteem.
Per onderdeel is gekeken naar materiaalkeuze, vorm en behoud van functies. Daarnaast is de kostprijs meegenomen en is de milieu-impact vergeleken met die van een bestaande sneaker aan de hand van een LCA. Deze uitwerking onderbouwt de gemaakte ontwerpkeuzes en vormt de basis voor de verdere technische uitwerking van het ontwerp.
ontwikkeling patroon upper
materiaalkeuze - upper
De uiteindelijke keuze is gevallen op kombucha leer. Ookal is linnen op dit moment en goedkoper en beschikbaarder bio-based alternatief en is myceliumleer ook al bewezen succesvol in sneakerdesign. Kombucha leer past het beste bij de toekomstvisie van dit project. Het is een compleet andere manier van het produceren van materialen. Groeien door fermentatie.
Daarnaast biedt kombucha leer bijzondere vormvolgende eigenschappen die van belang zijn bij het ontwerp. De huidige kosten en schaal kan worden geaccepteerd omdat het gaat om echt een ontwikkelingsfase. Naar verwachting zal het materiaal in de komende jaren verder ontwikkelen en goedkoper worden.
Geexperimenteerd met een synthetisch leer om te kijken hoe het materiaal zich gedraagt als het zo gevormd wordt. Daaruit blijkt dat het belang van een soort flap over de wreef. Het materiaal is namelijk minder bewegelijk als het katoen dat in de bovenste modellen is gebruikt.
Geexperimenteerd met een synthetisch leer om te kijken hoe het materiaal zich gedraagt als het zo gevormd wordt. Daaruit blijkt dat het belang van een soort flap over de wreef. Het materiaal is namelijk minder bewegelijk als het katoen dat in de bovenste modellen is gebruikt.
Al deze inzichten zijn omgezet naar een patroon die gebruikt kan worden om de upper te produceren. Rekening houdend met: seam allowance, welke naden aan elkaar gestikt moeten worden, nudges en symetrie.
patroon upper
Vormgeving zool
Materiaalkeuze - zool
Voor de zool is er gekozen voor PHA met rubberachtige eigenschappen.
Polyhydroxyalkoanaten is een groep polymeren dat zowel biogebasseerd is als biologisch afbreekbaar onder iedere omstandigheid. Zie het overzicht hieronder van het nova instituut.
Omdat het ontwerp van de schoen radicaal en toekomst gericht is, is er gekozen om de zool van PHA te maken. Er is contact geweest met onderzoekers van het FermoLab van de Hanze om te bevestigen of het redelijk is om te verwachten dat er in de toekomst copolymeren van PHA voldoen aan de eisen die een sneaker zool moet hebben.
Standaard PHA is over het algemeen bros. Echter toont deze studie aan dat blends van commerciele PHA’s d.m.v. “melt-mixing” rubberachtige eigenschappen zouden kunnen krijgen.
Verbinding zool-upper
Voor de verbinding is een mock-up gemaakt. Het was niet mogelijk om de verbinding te printen met de FDM printer, de printer had dan in de lucht moeten printen. Achteraf gezien had de zool wel met de SLS printer geprint kunnen worden.
De upper is verbonden met de zool d.m.v. een c-profiel. In de upper een trekkoort of strip PHA genaait die geklemd wordt in het c-profiel. Ervan uitgaande dat de PHA copolymeer flexibel genoeg is, zou de matrijs zonder undercuts e.d. ontwikkeld kunnen worden. Echter moet hier een expert naar kijken.
Voor de zool is er inspiratie gehaald uit al bestaande zolen uit het CAMPER assortiment, zie de afbeeldingen. Daarnaast zijn er lijnen aan de zool toegevoegd om te accentueren dat het om een barefoot zool gaat.
Technische uitwerking van de zool is te vinden via de knop hieronder.
reductie verpakking
Het flatpack-concept resulteert in een formaat brievenbuspakketje doos van 35 x 20 x 5 cm, met een volume van 3,5 liter. Dit is een volumereductie van 73% ten opzichte van een standaard schoenendoos (ca. 13,1 liter).
Deze reductie vertaalt zich direct naar een efficiëntere logistiek: een bestelbus kan bijna vier keer zoveel paren vervoeren, en op een europallet passen ruim drie keer zoveel dozen. Het leidt tot minder transportbewegingen, een lagere brandstofuitstoot per paar en minder verpakkingsafval. Daarnaast voorkomt de brievenbuslevering mislukte bezorgpogingen
Kostprijsindicatie
LCA vergelijking
De volgende indicatie is gemaakt voor de kostprijs van HAIKU. De vraagprijs is relatief hoog in vergelijking met de andere sneakers van Sustainable Sneakers. Echter zijn zowel het materiaal van de zool als van de upper nog in de ontwikkelingsfase en zullen de materiaalkosten naar verwachting afnemen in de toekomst.
Vanwege technische problemen met de LCA-software is een volledig gekwantificeerde LCA niet beschikbaar. Op basis van HAIKU kan echter een kwalitatieve inschatting worden gemaakt.
De belangrijkste verbeteringen ten opzichte van de vans sneaker zijn:
Vervanging van fossiele en dierlijke materialen door bio-based, biologisch afbreekbare alternatieven (kombuchaleer, PHA).
Reductie van de logistieke impact door het flatpack-concept.
Reductie van de onderdelen van de sneaker, wat leidt tot minder assemblage-energie.
Hierdoor wordt een afname van de totale milieu-impact verwacht. De grootste positieve effecten zijn lagere CO₂-uitstoot, geen uitputting van fossiele grondstoffen, geen microplastics in het milieu en geen reststromen. Een volledige kwantificering vereist toegang tot robuustere LCA-databases.
HAIKU
Built by BaCteria
HAIKU, built by bacteria is een radicale stap naar een volledige circulaire sneaker.
De upper is gemaakt van kombuchaleer, een materiaal dat groeit als reststroom bij het fermenteren van kombuchadrank. Het is sterk, ademend en wordt na zijn leven compost.
De zool bestaat uit een PHA-elastomeer-blend, een bio-based en biologisch afbreekbaar bioplastic dat rubberachtige flexibiliteit biedt. Het is slijtvast en laat geen persistente microplastics achter in et milieu
De sneaker is ontworpen als een flatpack. Hij wordt geleverd in een brievenbusbestendige doos die 73% minder ruimte inneemt dan een standaard schoenendoos, waardoor transportemissies drastisch dalen. De consument zet de sneaker zelf in elkaar.
HAIKU is geen eindpunt van een Sustainable Sneaker. Pas het begin!
Er moet nog uitgebreid getest worden met gebruikers om de vorm van de upper en de zool te optimaliseren voor comfort en pasvorm.
De verbinding tussen de upper en de zool moet verder worden getest om de sterkte en duurzaamheid te garanderen. Ook moet de CAD-file worden beoordeeld door een expert, zodat de matrijs voor de zool goed kan worden gemaakt.
Er is nog weinig bekend over het lange-termijn gedrag van kombuchaleer in sneakers. Hier zal mee getest moeten worden, bijvoorbeeld op slijtage en vochtbestendigheid.
Voor het produceren van kombuchaleer kan er een samenwerking worden aangegaan met kombucha-brouwerijen. Dit kan helpen om het productieproces te optimaliseren en te standaardiseren.
De kostprijsindicatie, met name voor de innovatieve
materialen kombuchaleer en PHA, moet worden gevalideerd met concrete offertes van leveranciers en fabrikanten. Ook moet er een duidelijk business-model worden onderzocht (bv. limited edition, direct-to-consumer) om de hoge kostprijs haalbaar te maken voor de markt.
De verbinding tussen de upper en de zool zou ook incombinatie met andere uppers en zolen gebruikt kunnen worden. Zo zou de consument zijn of haar eigen schoen kunnen samenstellen. Dit zou verder onderzocht kunnen worden.
Aanbevelingen
Experimentatie materialen
Het materiaalonderzoek richtte zich op de ontwikkeling en het begrijpen van kombuchaleer. Dit bio-based alternatief wordt gekweekt door een symbiotische cultuur van bacteriën en gist (SCOBY) op een theemengsel.
De potentie is groot: het eindmateriaal benadert de flexibiliteit, draagkracht en tactiliteit van dierlijk leer, maar is volledig composteerbaar. De grootste uitdaging ligt in de reproduceerbaarheid. De groei is zeer gevoelig voor omgevingsfactoren zoals temperatuur, luchtvochtigheid en bacteriecultuur-stabiliteit. Vooral tijdens koudere periodes stagneerde de groei, wat de maken van consistent materiaal voor een fysiek eindmodel lastig maakte.
Naast kombucha zijn ook verkennende experimenten uitgevoerd met agar-agar (een geleermiddel uit zeewier) en mycelium (schimmelwortel). Mycelium is, net als kombucha leer, heel gevoelig voor externe bacteriën. Dat onderstreept de technische moeilijkheden voor dit materiaal.
Kombucha leer is een interessant materiaal voor de toekomst maar heeft nog veel haken en ogen. Het biedt een radicaal duurzaam vooruitzicht, maar vereist complexe, gecontroleerde kweekomstandigheden om de kwaliteit en schaal te bereiken die nodig is voor productie op industriële schaal.
