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
Finanzen
Finanzen KI-Inflation: Warum der KI-Boom Ihr Erspartes entwerten könnte
06.07.2026

Künstliche Intelligenz soll die Wirtschaft produktiver machen, Prozesse beschleunigen und Wohlstand schaffen. Doch bevor dieser Effekt...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Europäische ChatGPT-Alternative: Warum ein 79-jähriger Unternehmer Big Tech herausfordert
06.07.2026

Ein dänischer Unternehmer und ein selbst ernannter KI-Guru wollen zeigen, dass Europa nicht länger auf amerikanische Tech-Giganten...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Billiganbieter: Temu, Shein und Co. steigern Marktanteil auf Rekordwert
06.07.2026

Die Verbraucher in Deutschland geben online immer mehr Geld bei Shoppingplattformen wie Temu oder Shein aus. Während die asiatischen...

DWN
Politik
Politik Haushalt 2027: Höhere Neuverschuldung - Kritik an Haushaltsplänen
06.07.2026

Mehr Geld vor allem für Verteidigung, höhere Schulden - und Kürzungen im Klimafonds. Das prägt den Entwurf der Bundesregierung für...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Stellenabbau bei Porsche: Konzern streicht weitere 4.000 Jobs
06.07.2026

Wegen der Absatzkrise fallen beim Sportwagenhersteller Porsche bereits mehr als 4.000 Stellen weg. Diese Zahl könnte einem Bericht zufolge...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Geschäftsgründung ohne Kredit: Wenn Banken nicht an die Idee glauben
06.07.2026

Ein eigenes Café klingt nach Freiheit, Stil und Selbstbestimmung. Für Anella Veebel bedeutet es vor allem frühe Morgen, hohe Mieten und...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Duale Ausbildung in der Krise: Deutschland verliert Azubis, andere Länder nicht
06.07.2026

In Deutschland gibt es heute rund ein Fünftel weniger Auszubildende als 2004. In Österreich fällt das Minus halb so stark aus, die...

DWN
Politik
Politik Umstrittene EEG-Reform: Grüne wollen Reiche in Ausschuss zitieren
06.07.2026

Wegen Verzögerungen bei der geplanten Reform des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) wollen die Grünen Wirtschaftsministerin...