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
Panorama
Panorama Das anstehende Wirtschaftsereignis Fußball-WM 2026 & warum Daten, Prognose sowie Online-Portale einen eigenen Digitalmarkt bilden

Die WM ist in diesem Jahr nicht bloß ein bedeutendes Ereignis auf sportlicher Basis, denn sie wird zum Härtetest für Datenökonomie,...

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
Politik
Politik Putin in der Zwickmühle: Russische Wirtschaft verliert an Spielraum
13.05.2026

Putin steht im Ukraine-Krieg zunehmend unter Druck, während Russlands Wirtschaft trotz hoher Öleinnahmen an Stabilität verliert. Kann...

DWN
Finanzen
Finanzen Goldpreis aktuell: US-Inflation, Dollar und Renditen bremsen den Goldkurs
13.05.2026

Nach einer starken Vorwoche verliert Gold wieder an Schwung. Ausgerechnet die jüngsten US-Konjunkturdaten sorgen für Gegenwind und...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Krankheitswelle: Warum die E-Krankschreibung nicht der Sündenbock ist
13.05.2026

Die Rekordzahlen bei den Fehltagen liegen laut aktuellen Analysen des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW) weniger an der...

DWN
Politik
Politik Mageres Ergebnis nach Nachtsitzung: Koalition vertagt Reform-Details
13.05.2026

Sechs Stunden Verhandlungsmarathon, aber kaum konkrete Beschlüsse: Union und SPD haben sich im Kanzleramt zwar auf einen...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft VDA warnt: Autoindustrie warnt vor massivem Stellenabbau bis 2035
13.05.2026

Die Sorgen um den Wirtschaftsstandort Deutschland wachsen weiter. Während die Autoindustrie tausende Jobs gefährdet sieht, warnen auch...

DWN
Politik
Politik Wahlumfrage in MV: AfD bleibt vorne, SPD holt auf
13.05.2026

Vier Monate vor der Landtagswahl in Mecklenburg-Vorpommern sorgt eine neue Wahlumfrage für Bewegung im Parteienfeld. Während die AfD klar...

DWN
Finanzen
Finanzen RWE-Aktie: DAX-Wert profitiert von Windkraft-Boom – was das für den Aktienkurs heißt
13.05.2026

Mit überraschend starken Zahlen startet der Energiekonzern RWE ins Jahr. Die RWE-Bilanz profitiert von Offshore-Windkraft, zusätzlichen...

DWN
Finanzen
Finanzen Deutsche Telekom-Aktie: DAX-Wert mit Rückenwind aus den USA – doch Risiken bleiben
13.05.2026

Die Deutsche Telekom-Aktie reagiert positiv auf die Bilanzvorlage am Mittwoch. Vor allem die starke Entwicklung der US-Tochter sorgt für...