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
Anzeige
DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Kennzeichnung im Produktionstempo: Wie Brady die Industrie neu taktet

Produktionslinien laufen schneller denn je, doch die Rückverfolgbarkeit hinkt oft hinterher. Brady setzt genau hier an und zeigt, wie sich...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Debatte um den Bitcoin-Erfinder: Steckt Adam Back hinter Satoshi Nakamoto?
14.04.2026

Die Debatte um die Identität des Bitcoin-Erfinders gewinnt neue Dynamik, nachdem eine umfassende Recherche einen konkreten Namen in den...

DWN
Immobilien
Immobilien Immobilienmarkt: Bau-Reform mit Vorkaufsrecht der Kommunen für Grundstücke geplant
14.04.2026

Die Bundesregierung plant eine Reform des Baurechts, das den Kommunen deutlich mehr Eingriffsmöglichkeiten auf dem Immobilienmarkt...

DWN
Politik
Politik Debatte um EU-Wettbewerbsfonds: Milliarden für Schlüsselindustrien geplant
14.04.2026

Die EU plant mit dem EU-Wettbewerbsfonds einen milliardenschweren Fonds, um ihre Wettbewerbsfähigkeit gegenüber den USA und China zu...

DWN
Politik
Politik Entlastungsprämie: Warum viele bei der Prämie leer ausgehen
14.04.2026

Günstigeres Tanken und eine 1.000-Euro-Prämie: Doch die Entlastungen kommen noch längst nicht bei den Bürgern an. Auch werden viele bei...

DWN
Politik
Politik Teuer und ineffizient: CDU-Generalsekretär Linnemann will Krankenkassen streichen
14.04.2026

CDU-Generalsekretär Linnemann fordert weniger Krankenkassen. Warum er weniger Kassen für ausreichend hält und welche Reformen er noch...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Krankenstatistik im Unternehmen: Wie Sie Fehlzeiten auswerten – mit und ohne Software
14.04.2026

Fehlzeiten sind eine betriebswirtschaftliche Größe und keine bloße HR-Kennzahl. Wer Fehlzeiten korrekt definiert, strukturell auswertet...

DWN
Unternehmen
Unternehmen BMW-Aktie: BMW verkauft weniger Autos - Es geht wieder bergab
14.04.2026

China und das Geschäft mit Elektroautos haben BMW ausgebremst. Der Elektroabsatz ist um 20 Prozent eingebrochen. In Deutschland und bei...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Russisches LNG bleibt gefragt: Europa reagiert auf angespannte Märkte
14.04.2026

Europa greift verstärkt auf russisches LNG zurück, während geopolitische Spannungen die globalen Energiemärkte neu ordnen. Wie...