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
Finanzen
Finanzen Edelmetalle in einer neuen Marktphase

Gold über 5.500 US-Dollar, Silber über 100 US-Dollar pro Unze

DWN
Finanzen
Finanzen Amazon-Aktie: Riesen-Investition in KI-Entwickler OpenAI im Gespräch
30.01.2026

Amazon verhandelt laut Medienberichten über eine mögliche Investition von bis zu 50 Milliarden US-Dollar in den KI-Entwickler OpenAI....

DWN
Unternehmen
Unternehmen Mittelstand enttäuscht von Bundesregierung: Mehrheit zweifelt an Wirtschaftswende
30.01.2026

Der deutsche Mittelstand blickt zunehmend kritisch auf die Wirtschaftspolitik der Bundesregierung. Eine aktuelle Befragung des...

DWN
Finanzen
Finanzen Goldpreis aktuell: Spekulationen um die Fed-Spitze belasten
30.01.2026

Der Goldpreis hat nach seiner jüngsten Rekordjagd plötzlich deutlich nachgegeben. Anleger erleben extreme Schwankungen zwischen neuen...

DWN
Finanzen
Finanzen Apple-Aktie: iPhone-Boom trifft auf Chip-Krise
30.01.2026

Die Apple-Aktie steht nach einem iPhone-Rekordquartal im Rampenlicht: starke Apple-Zahlen treffen auf neue Risiken durch Chip-Engpässe....

DWN
Politik
Politik Strategische Autonomie: EU startet Satellitennetz IRIS2 unabhängig von den USA
30.01.2026

Die EU baut eine eigene sichere Satellitenkommunikation auf, um staatliche Netze unabhängiger von externen Anbietern zu machen. Welche...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Transportbranche zwischen Stagnation und Hoffnung: Deutschlands Schlüsselrolle
30.01.2026

Die Transportbranche steht unter anhaltendem Druck durch Konjunkturschwäche, politische Unsicherheit und Personalmangel. Wird die...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Börsen: Apple übertrifft Prognosen: iPhone-Umsatz erzielt Allzeitrekord
29.01.2026

Apple gab am Donnerstag seine Ergebnisse für das erste Quartal bekannt und übertraf dank starker iPhone-Verkäufe die Erwartungen der...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Börsen: Microsofts freier Fall zog US-Börsen ins Minus
29.01.2026

Der Kurssturz der Microsoft-Aktie um mehr als 10 Prozent löste am Donnerstag einen Börsenabschwung aus.