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
X
DWN-Wochenrückblick

Weniger E-Mails, mehr Substanz: Der DWN-Wochenrückblick liefert 1x/Woche die wichtigsten Themen kompakt als Podcast. Für alle, deren Postfach überläuft.

E-mail: *

Ich habe die Datenschutzerklärung sowie die AGB gelesen und erkläre mich einverstanden.

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Kurzarbeit in Deutschland: 133 Millionen Stunden verloren – ein Warnsignal
09.05.2026

Die Zahl ausgefallener Arbeitsstunden durch Kurzarbeit steigt weiter an und signalisiert eine wachsende Belastung für die deutsche...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Warum Europas Unternehmen unter Regulierung leiden
09.05.2026

Zwar gilt die EU vielen als Anker für Stabilität, doch im Mittelstand wächst der Unmut. Die regulatorische Dichte aus Brüssel wird...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Wenn Führungskräfte scheitern: Warum Unternehmen Ideen oft nicht umsetzen
09.05.2026

Viele Führungskräfte scheitern nicht an Strategie oder Marktbedingungen, sondern daran, wie sie ihre Ideen im Unternehmen vermitteln und...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Volvo EX60: Warum dieses Elektro-SUV Mercedes, BMW und Audi nervös machen dürfte
09.05.2026

Volvo baut mit dem EX60 nicht einfach ein neues Elektro-SUV, sondern eine Wette auf die Zukunft der Marke. Der Wagen soll beweisen, dass...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Streit um Obi-Orange: Warum Farben über Marken-Erfolg entscheiden
09.05.2026

Der Baumarkt Obi steht vor dem Bundesgerichtshof (BGH) im Streit um den rechtlichen Schutz seiner markanten Hausfarbe Orange. Der Fall...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Milliardenbaustelle Deutschland: Warum Großprojekte oft scheitern – und was sich strukturell ändern muss
09.05.2026

Vom Hauptstadtflughafen bis zum Bahnknoten Stuttgart: Deutschlands Großprojekte entwickeln sich oft zu Dauerbaustellen mit Kosten in...

DWN
Finanzen
Finanzen KI-Investitionen: Big Tech verbrennt Milliarden und muss Rendite liefern
09.05.2026

Die großen US-Techkonzerne melden starkes Wachstum, doch die Euphorie bekommt Risse. Microsoft, Amazon, Meta und Alphabet pumpen enorme...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Marktbericht: S&P 500 und Nasdaq wieder auf historischen Höchstständen
08.05.2026

Ein Handelstag der extremen Kontraste: Warum an der Börse Euphorie herrscht, während die Alltagssorgen wachsen.