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
article:fokus_txt
X

DWN-Wochenrückblick

Weniger E-Mails, mehr Substanz: Der DWN-Wochenrückblick liefert 1x/Woche die wichtigsten Themen kompakt und Podcast. Für alle, deren Postfach überläuft.

E-mail: *

Ich habe die Datenschutzerklärung sowie die AGB gelesen und erkläre mich einverstanden.

DWN
Politik
Politik Trump verdient Milliarden im Amt: Wie das Präsidentenamt zur Geldquelle wird
10.01.2026

Das Weiße Haus ist traditionell mit politischer Macht verbunden, nicht mit privater Vermögensmehrung. Doch in welchem Ausmaß wird das...

DWN
Politik
Politik Emissionshandel: CO2-Zertifikate bringen Deutschland 21,4 Milliarden Euro ein
10.01.2026

Mit CO2-Zertifikaten kaufen Unternehmen die Erlaubnis, Treibhausgase auszustoßen. Damit finanziert werden Klimaschutz und Energiewende....

DWN
Finanzen
Finanzen Nachhaltigkeitsfinanzierung: Wie grüne Kriterien die Finanzwelt grundlegend verändern
10.01.2026

Wer heute Geld von einer Bank möchte, muss mehr liefern als gute Zahlen. Klimadaten, Energieverbrauch und CO2-Bilanzen entscheiden...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Bahnchefin Evelyn Palla: Ein schwieriger Start an der Konzernspitze
10.01.2026

Seit 100 Tagen steht Bahnchefin Palla an der Spitze der Deutschen Bahn. Große Erwartungen, harte Einschnitte und wenig spürbare...

DWN
Panorama
Panorama CES 2026 in Las Vegas: Wenn KI den Alltag übernimmt
10.01.2026

Auf der CES 2026 in Las Vegas zeigen Konzerne, wie tief Künstliche Intelligenz bereits in Geräte, Fabriken und Visionen eingreift. Doch...

DWN
Panorama
Panorama Folgen des Klimawandels: Erwärmung von Nord- und Ostsee setzt sich fort
10.01.2026

Nord- und Ostsee werden stetig wärmer: 2025 erreichte die Nordsee die höchste und die Ostsee die zweithöchste Temperatur seit Beginn der...

DWN
Panorama
Panorama Ukraine-Krieg: Tschechien will Granaten-Initiative für Ukraine weiterführen
10.01.2026

Mehr als vier Millionen Schuss Munition hat Kiew durch eine Prager Initiative erhalten. Überraschend will der neue Regierungschef Andrej...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Edeka-Händler Feneberg insolvent: 3.000 Mitarbeiter bangen um ihre Jobs
09.01.2026

Die Feneberg-Insolvenz trifft den Lebensmitteleinzelhandel im Süden unerwartet hart. Trotz geöffneter Märkte und gesicherter Löhne...