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
Wirtschaft
Wirtschaft Firmen streichen Ausbildungsplätze
28.07.2026

Immer weniger Ausbildungsplätze treffen auf immer weniger Bewerber. Das ist aber sowohl für Betriebe als auch für junge Menschen...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Deutsche Wirtschaft schlägt Alarm: Hohe Energiekosten treiben Unternehmen ins Ausland
28.07.2026

Deutschlands Unternehmen kämpfen weiter mit hohen Energiekosten. Was zunächst wie ein kurzfristiges Problem erschien, entwickelt sich...

DWN
Finanzen
Finanzen Kreditkarten vor dem Aus: Mastercard plant den radikalen Umbau
28.07.2026

Kreditkartennummern könnten beim Onlinekauf schon bald der Vergangenheit angehören. Mastercard will Europas digitale Zahlungen bis 2030...

DWN
Technologie
Technologie RWE baut Mega-Speicher im Tagebau Hambach
28.07.2026

RWE verwandelt den Tagebau Hambach zunehmend in einen Standort für erneuerbare Energien. Ein neuer Großbatteriespeicher soll künftig...

DWN
Finanzen
Finanzen Goldpreis aktuell: Edelmetall fällt vor Fed-Entscheid Richtung 4.000 Dollar – wie geht es weiter?
28.07.2026

Der Goldpreis steht am Dienstag unter Druck. Vor der Fed-Zinsentscheidung rückt er wieder näher an die Marke von 4.000 Dollar. Anleger...

DWN
Finanzen
Finanzen KI-Aktien: Warum der Ausverkauf für Anleger zur großen Chance werden könnte
28.07.2026

Billionen Dollar Börsenwert sind verschwunden, Technologiekonzerne stürzen ab und die Angst vor einer platzenden KI-Blase wächst. Doch...

DWN
Finanzen
Finanzen Mehr Ertrag, weniger Blindflug: Was Anleger über Risiko wissen sollten
28.07.2026

Hohe Rendite gilt vielen Anlegern automatisch als gefährlich – doch die wahre Gefahr kann ganz woanders liegen. Wer versteht, wie...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Fünf Punkte: Was Sie über Trumps neue Zölle wissen müssen
28.07.2026

Der US-Präsident kündigte Ende letzter Woche neue Zölle für eine Vielzahl von Volkswirtschaften an, darunter auch die EU. Hier finden...