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 Porsche-Chef: 911er wird es nicht elektrisch geben
11.06.2026

Der Porsche 911 genießt Kultstatus unter Sportwagenfans. Aber wird es ihn künftig auch elektrisch geben? Der Porsche-Chef macht eine...

DWN
Politik
Politik Emiratische Ölgesellschaft verkauft große Mengen Rohöl aus dem Persischen Golf nach Asien
11.06.2026

Die staatliche Ölgesellschaft von Abu Dhabi, Adnoc, verkauft große Mengen Rohöl aus dem Persischen Golf an Händler und Raffinerien in...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Märkte im Überblick: Wall Street stürzt wegen Inflationshoch ab
10.06.2026

Turbulenzen an den US-Börsen: Erfahren Sie, welche Faktoren die Anleger in Alarmbereitschaft versetzen und warum nicht alle Aktien dem...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Insolvente Perlon-Gruppe: Deutscher Weltmarktführer geht an China
10.06.2026

Die deutsche Chemie ist in einer schwierigen Lage, geplagt von hohen Kosten, schwachem Weltmarkt und chinesischer Konkurrenz. Ein...

DWN
Politik
Politik Bürgerkrieg in Belfast: Tödliche Messerattacken erschüttert das Vereinigte Königreich
10.06.2026

Ein sudanesischer Asylbewerber hat in Belfast einen Mann niedergestochen. Daraufhin kommt es zu schweren Ausschreitungen. Der erneute...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Personalabbau bei Chemieriese Evonik: 1.850 Arbeitsplätze fallen weg
10.06.2026

Deutschlands Industrie baut weiter ab: Der Essener Chemiekonzern Evonik streicht 1.850 Stellen bis Ende 2026. Die Krise der deutschen...

DWN
Politik
Politik Infrastruktur-Sondertopf: Investitionen laufen nur schleppend an
10.06.2026

Mit einem 500 Milliarden Euro schweren Sondertopf will die Bundesregierung den jahrelangen Investitionsstau in der deutschen Infrastruktur...

DWN
Finanzen
Finanzen Tagesgeldzinsen: Sparkassen und Volksbanken zahlen zu wenig Zinsen für Tagesgeld
10.06.2026

Sparer erhalten bei Sparkassen und Volksbanken oft deutlich weniger Zinsen als bei überregionalen Banken, zeigt eine Analyse des...