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
Panorama
Panorama WhatsApp Link-Vorschau: Verstecktes Datenschutzrisiko – was Nutzer wissen sollten
04.04.2026

Die praktische Link-Vorschau bei WhatsApp spart Zeit und Klicks im Alltag. Doch im Hintergrund könnten sensible Informationen übertragen...

DWN
Politik
Politik Referendum mit Signalwirkung: Schweiz debattiert über Bevölkerungsgrenze
04.04.2026

Die Schweiz stimmt im Juni über eine Begrenzung der Bevölkerung auf zehn Millionen Menschen ab. Ist das ein radikaler Sonderweg oder...

DWN
Politik
Politik Wie denken Jugendliche über die Zukunft Deutschlands? Jugendstudien geben ernüchternde Antworten
03.04.2026

Persönliche Freiheitsrechte, Wirtschafts- und Energiekrise, Wohnraummangel, Rente und Pandemien. Die psychischen Belastungen bei jungen...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Apple-Aktie: 50 Jahre US-Techgigant – vom Beinah-Bankrott zum wertvollsten Konzern der Welt
03.04.2026

Eine Garage, zwei Freunde und eine Vision: Die 50-jährige Geschichte des Tech-Giganten Apple ist geprägt von revolutionären Innovationen...

DWN
Unternehmensporträt
Unternehmensporträt Pennylane verbindet Buchhaltung und Steuerberatung in einer Software – wie Unternehmen davon profitieren
03.04.2026

Viele kleine und mittlere Unternehmen arbeiten im Finanzmanagement noch mit mehreren Systemen oder manuellen Prozessen. Das...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Energiemanagement-System: Wer Energie falsch nutzt, verliert Wettbewerbsfähigkeit
03.04.2026

Energie wird für Unternehmen immer teurer, doch viele nutzen sie weiterhin ineffizient. Neue Systeme zeigen, dass nicht die Produktion...

DWN
Finanzen
Finanzen ETF kaufen: So klappt der Einstieg Schritt für Schritt
03.04.2026

Ein ETF-Sparplan gilt als einfacher Weg zum langfristigen Vermögensaufbau. Trotzdem scheitern viele schon am ersten Schritt: den passenden...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Mitarbeitermotivation im Wandel: Warum Geld allein nicht mehr reicht
03.04.2026

Mehr Geld reicht nicht mehr, um Mitarbeiter zu halten. Beschäftigte verlangen zunehmend Flexibilität, Sicherheit und echte Perspektiven....