Technologie

Neuer 4-D-Druck: Fraunhofer vervielfältigt Montageteile dreidimensional - und lässt sie danach schrumpfen

Der 3D-Druck liegt im Trend, schließlich bietet er als Fertigungstechnologie zahlreiche Vorteile. Ein Forscherteam aus Deutschland erfindet jetzt den 4-D-Druck und setzt damit noch einen Benefit drauf.
03.11.2021 17:13
Lesezeit: 2 min

Das wissenschaftliche Institut Fraunhofer hat die 3-Druck-Technologie weiterentwickelt. Die Forscher drucken Bauteile für die Medizintechnik, den Maschinenbau oder die Autoindustrie dreidimensional und lassen sie danach schrumpfen. Dies ist manchmal bei Verbindungselementen notwendig, die in der Montage eingesetzt werden. Damit haben die Wissenschaftler den sogenannten 4-D-Druck erfunden.

Wie das Fachportal "www.chemie" berichtet, wird dabei der Dimension Raum, also 3D, die Dimension Zeit, also 1D, hinzugefügt. Das Ausmaß der Formänderung der gedruckten Objekte ist drastisch: sie können um bis zu 63 Prozent schrumpfen. 4D-Fertigungstechnologien könnten zukünftig dort eingesetzt werden, wo Werksstücke erst nach der vordefinierten Umformung ihre Aufgabe erfüllen sollen, etwa als Verbindungselemente bei der Montage von Bauteilen. Dies kann in unterschiedlichen Wirtschaftszweigen der Fall sein - beispielsweise in der Autoindustrie oder Luftfahrtbranche.

"Wir sind zunächst von einer relativ einfachen Stäbchen-Geometrie ausgegangen und anschließend komplexer geworden, indem wir auch hohlzylinder- und hohlquaderförmige Proben hergestellt haben", sagt Thorsten Pretsch vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, der das Projekt im Rahmen des Fraunhofer CPM koordiniert. "Bei allen untersuchten Geometrien legten wir das gewünschte Materialverhalten vorab fest", so der Wissenschaftler.

Schrumpfverhalten und Krümmungen sind präzise einstellbar

Um die Reaktion auf eine Temperaturerhöhung einzustellen, gibt es generell zwei Möglichkeiten. Die erste besteht in der Wahl des Materials – hier haben die Forscherinnen und Forscher ein neues Polymer auf Basis von thermoplastischem Polyurethan, kurz TPU, mit Formgedächtniseigenschaften entwickelt. Das Team zeigte zudem, dass die Erkenntnisse des 4D-Drucks auch auf ein anderes thermoplastisches Polymer übertragbar sind: sie stellten schrumpfbare Druckobjekte aus dem biobasierten Kunststoff Polymilchsäure, kurz PLA, her. Die zweite Möglichkeit liegt in der geschickten Führung des Druckprozesses.

"Der Clou ist, dass wir den Materialien während des Drucks nur wenig Zeit zum Abkühlen geben. Dadurch werden drastische Eigenspannungen im Material gespeichert. Der spätere Schrumpfeffekt ist dann sehr stark ausgeprägt", sagt Pretsch. Kurzum: Durch die Wahl des Materials, der Verarbeitungstemperatur und der Druckgeschwindigkeit lässt sich nicht nur das Schrumpfverhalten einstellen, sondern auch der gekrümmte Zustand.

Der erste Schritt im Projekt bestand in der Materialentwicklung und der Übertragung der Erkenntnisse von TPU auf PLA. Im zweiten Schritt wurde ein Demonstrator entwickelt – ein Türöffner, der auf eine Türklinke aufgeschrumpft wird, so dass man sie ohne Handkontakt mit dem Ellenbogen betätigen kann. Die Demontage ist einfach: durch erneutes Erwärmen löst sich der Türöffner rückstandsfrei von der Klinke. Wird das Druckobjekt nicht mehr benötigt, kann es gemahlen und wieder zu Filament verarbeitet werden, das mindestens ein weiteres Mal für den 4D-Druck genutzt werden kann. "Das Konzept ist ganzheitlich und zukunftsorientiert", fasst Pretsch zusammen.

Mehr zum Thema
Bleiben Sie über das Thema dieses Artikels auf dem Laufenden Klicken Sie auf [+], um eine E-Mail zu erhalten, sobald wir einen neuen Artikel mit diesem Tag veröffentlichen
DWN
Unternehmensporträt
Unternehmensporträt Pennylane verbindet Buchhaltung und Steuerberatung in einer Software – wie Unternehmen davon profitieren
03.04.2026

Viele kleine und mittlere Unternehmen arbeiten im Finanzmanagement noch mit mehreren Systemen oder manuellen Prozessen. Das...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Energiemanagement-System: Wer Energie falsch nutzt, verliert Wettbewerbsfähigkeit
03.04.2026

Energie wird für Unternehmen immer teurer, doch viele nutzen sie weiterhin ineffizient. Neue Systeme zeigen, dass nicht die Produktion...

DWN
Finanzen
Finanzen ETF kaufen: So klappt der Einstieg Schritt für Schritt
03.04.2026

Ein ETF-Sparplan gilt als einfacher Weg zum langfristigen Vermögensaufbau. Trotzdem scheitern viele schon am ersten Schritt: den passenden...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Mitarbeitermotivation im Wandel: Warum Geld allein nicht mehr reicht
03.04.2026

Mehr Geld reicht nicht mehr, um Mitarbeiter zu halten. Beschäftigte verlangen zunehmend Flexibilität, Sicherheit und echte Perspektiven....

DWN
Unternehmen
Unternehmen Lamborghini Urus SE im Test: Was leistet der Plug-in-Hybrid mit V8-Motor?
03.04.2026

Lamborghini entwickelt sein erfolgreichstes Modell weiter und kombiniert beim Urus erstmals einen V8-Motor mit Plug-in-Hybridtechnik....

DWN
Unternehmen
Unternehmen Remote-Jobs werden knapper: Der Kampf ums Homeoffice nimmt zu
03.04.2026

Der Arbeitsmarkt für Remote-Arbeit verändert sich spürbar, während Unternehmen ihre Strategien neu ausrichten und die Nachfrage nach...

DWN
Panorama
Panorama DWN-Wochenrückblick KW 14: Die wichtigsten Analysen der Woche
02.04.2026

Im DWN Wochenrückblick KW 14 aus dem Jahr 2026 fassen wir die zentralen wirtschaftlichen und politischen Entwicklungen der vergangenen...

DWN
Politik
Politik Orbán oder von der Leyen: Wahlen in Ungarn werden Europa verändern - steht die EU vor einem Machtverlust?
02.04.2026

Die Parlamentswahl am 12. April in Ungarn rückt nicht nur die Zukunft von Viktor Orbáns politischem System sondern auch die Zukunft der...