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
Technologie
Technologie Das Thema Datenschutz ist als Verkaufsargument erneut in den Fokus gerückt

Nicht nur im Bankwesen oder in den sozialen Medien spielt der Datenschutz bei alltäglichen Kaufentscheidungen eine wichtige Rolle. Auch...

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 Streit um Rundfunkbeitrag: VGH prüft Programmvielfalt
09.04.2026

Neun Kläger vor dem VGH Baden-Württemberg weigern sich, den Rundfunkbeitrag zu zahlen. Sie bezweifeln die Ausgewogenheit der...

DWN
Panorama
Panorama Psychische Gesundheit: Was DiGAs bringen und wo es die App auf Rezept gibt
09.04.2026

Psychische Erkrankungen nehmen zu, Therapieplätze sind knapp. Digitale Gesundheitsanwendungen, sogenannte DiGAs, versprechen schnelle...

DWN
Finanzen
Finanzen Neobroker unter Druck: Trade Republic kämpft gegen EU-Regulierung
09.04.2026

Die EU beendet die ultragünstigen Neobroker-Deals, Trade Republic gerät unter Druck. Anleger müssen sich auf höhere Kosten und neue...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Firmenpleiten auf höchstem Stand seit mehr als 20 Jahren
09.04.2026

Mehr als 4.500 Firmen meldeten im ersten Quartal Insolvenz an – so viele wie seit 2005 nicht mehr. Besonders stark betroffen sind...

DWN
Politik
Politik 5 Prozent Inflation: Trotz Waffenstillstand droht erheblicher Kaufkraftverlust
09.04.2026

Es ist laut IEA die "schwerste fossile Energiekrise unserer Zeit" – und die Inflation zieht bereits spürbar an. Experten warnen vor...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Iran-Krieg treibt Preise: Europas Konsum kippt
09.04.2026

Der Iran-Krieg trifft Europas Haushalte direkter als viele erwarten: Preise steigen, Spielräume schrumpfen. Verbraucher reagieren –...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Waffenruhe im Nahen Osten: Exporteure schöpfen neue Hoffnung
09.04.2026

Der Start ins Jahr verlief schwach, die Folgen des Iran-Krieges sind noch nicht verarbeitet. Dennoch rechnen Deutschlands Exporteure...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Mazda CX-30 im Test: Was der SUV wirklich kann
09.04.2026

Der CX-30 ist der kleinste SUV im Modellangebot von Mazda. Angetrieben wird er von einem Benzinmotor, ein Automatikgetriebe sorgt für...