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
Technologie
Technologie Ladesäulen: Baut Deutschland am Bedarf vorbei?
13.09.2026

Deutschlands Elektroautomarkt wächst, doch beim Ausbau der Ladeinfrastruktur rückt eine neue Frage in den Vordergrund: Braucht das Land...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Inflation im Euroraum: Warum Energie und Lebensmittel wieder teurer werden
13.09.2026

Die Inflation ist zurück über der Drei-Prozent-Marke, doch der eigentliche Preisschub könnte erst noch bevorstehen. Teures Gas,...

DWN
Technologie
Technologie KI-Abhängigkeit: So erpressbar ist Deutschland von den USA
12.09.2026

Im Juni sperrte das US-Handelsministerium den Zugang zu KI-Modellen des Anbieters Anthropic für ausländische Nutzer. Der Ausfall...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Europäische Autoindustrie: China greift Europas Käufer an
12.09.2026

Europäische Autos werden immer sicherer, digitaler und leistungsfähiger. Doch viele Käufer können sich diesen Fortschritt kaum noch...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Wenn Kinder zerbrechen, gerät auch die Arbeitswelt ins Wanken
12.09.2026

Zuerst brach ihr Sohn am ersten Schultag zusammen, dann brach sie selbst bei der Arbeit zusammen. Kinder in schwerer Belastung beeinflussen...

DWN
Panorama
Panorama Rolex Daytona: Vier Einzelstücke könnten Millionenrekord brechen
12.09.2026

Vier Rolex Daytona, vier Jahreszeiten und kein einziges zweites Exemplar auf der Welt: Rolex bricht mit einer Tradition, die den Mythos der...

DWN
Unternehmen
Unternehmen AeroSHARK-Installation: Airbus-Flugzeuge bekommen "Haifischhaut"
12.09.2026

Flugzeuge könnten künftig mit einer Oberfläche starten, deren Prinzip aus dem Meer stammt. Die sogenannte AeroSHARK-Folie soll...

DWN
Panorama
Panorama Angst vor dem Älterwerden: Wie aus Sorge neue Freiheit wird und was Experten raten
12.09.2026

Der Blick in den Spiegel, ein runder Geburtstag oder erste körperliche Beschwerden können plötzlich Angst vor dem Älterwerden...