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
Wirtschaft
Wirtschaft Kritische Rohstoffe: Europas unterschätzter Machtfaktor
26.05.2026

Lange Zeit galt die Globalisierung als Garant für Wohlstand und Stabilität. In einer vernetzten Welt, so die Theorie, würde der freie...

DWN
Politik
Politik Trump-Strategie zerlegt Amerikas Macht in Echtzeit
26.05.2026

Donald Trump sendet an China ein Signal, das kaum gefährlicher sein könnte. In der Taiwan-Frage rückt er von jener Abschreckung ab, auf...

DWN
Panorama
Panorama Pflegeversichung: Kinderlose sollen höheren Pflegebeitrag zahlen
26.05.2026

Die Finanzlage der Pflegeversicherung spitzt sich dramatisch zu. Jetzt prüft die Bundesregierung höhere Beiträge für Kinderlose – und...

DWN
Finanzen
Finanzen Wenn der EURIBOR steigt, wird die Mathematik weniger freundlich
26.05.2026

Der EURIBOR steigt wieder und signalisiert, dass die Zeit des billigen Geldes nicht zurückkehrt. Für Immobilienkäufer, Unternehmen und...

DWN
Politik
Politik Baltische Luftraumüberwachung wird zum Testfall für Europas Ostflanke
26.05.2026

Eine Drohne dringt in estnischen Luftraum ein, kurz darauf kündigt Polen Kampfjets für Ämari an. Was wie ein regionales Signal wirkt,...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Deutsche Industrie steigert Umsatz und streicht Stellen
26.05.2026

Die deutsche Industrie meldet erstmals seit fast drei Jahren wieder steigende Umsätze – doch gleichzeitig beschleunigt sich der...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft SpaceX-Börsengang könnte die gefährlichste Wette des Jahres werden
26.05.2026

SpaceX soll an die Börse, und die Zahlen wirken gigantisch. Doch hinter der möglichen Rekordbewertung stehen Milliardenverluste, enorme...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft EU Inc.: Europas Tech-Traum droht an Amerika zu zerbrechen
26.05.2026

Europa gründet, forscht und erfindet. Doch wenn aus Ideen Konzerne werden sollen, wandern viele der besten Firmen in Richtung USA. Mit EU...