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
Politik
Politik Königsmacher BSW: Wie weit reicht die Nähe zur AfD?
07.09.2026

Das BSW galt nach monatelangen Konflikten bereits als politisch angeschlagen. Nun verschafft ihm der Einzug in den Landtag von...

DWN
Politik
Politik Wahlergebnis Landtagswahl Sachsen-Anhalt: AfD-Rekordsieg und viele offene Fragen – wie es weitergeht
07.09.2026

Die AfD triumphiert in Sachsen-Anhalt, verfehlt jedoch die absolute Mehrheit. Während mögliche Partner abwinken, beginnt das Ringen um...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft AfD-Wahlsieg alarmiert die deutsche Wirtschaft: Verbände fürchten Folgen für den Standort
07.09.2026

Der Wahlsieg der AfD in Sachsen-Anhalt alarmiert die deutsche Wirtschaft. Arbeitgeber und Industrie warnen vor Abschottung, ausbleibenden...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Zu schwer und schwer zu löschen: Carrefour sperrt E-Autos aus
07.09.2026

Fahrer von Elektroautos dürfen ihre Fahrzeuge in Belgien nicht mehr auf einem der 18 Parkplätze abstellen, die auf den Dächern von...

DWN
Politik
Politik Teilzeit boomt, Vollzeit schrumpft: Arbeiten die Deutschen zu wenig?
07.09.2026

Der Staat klagt über Personalmangel – hat aber selbst die höchste Teilzeitquote unter den Beschäftigten. Eine Studie schlägt nun die...

DWN
Politik
Politik Landtagswahl in Sachsen-Anhalt: AfD klar vor CDU – AfD strebt nach Wahl-Triumph an die Macht
06.09.2026

Ein Rekordergebnis, eine historische Niederlage und kaum realistische Koalitionsoptionen: Die Landtagswahl stellt Sachsen-Anhalt vor...

DWN
Politik
Politik Landtagswahl in Sachsen-Anhalt: Ob AfD-Beben oder Zerreißprobe – Bundeskanzler Merz steckt in der Bredouille
06.09.2026

Die Wahl in Sachsen-Anhalt könnte zum Wendepunkt für die CDU und ihren Vorsitzenden werden. Zwischen einem historischen AfD-Erfolg und...

DWN
Finanzen
Finanzen Kurzlaufende Staatsanleihen sind nach dem Zinsanstieg für Sparer attraktiver
06.09.2026

Kurzlaufende Staatsanleihen mit einer Rendite von nahe drei Prozent sind ein Grund, das Wissen aufzufrischen: Wie können Anleger...