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 Gold als strategischer Anker: Warum physische Substanz zählt

Wo sich die wirtschaftlichen Gewichte grundlegend verschieben, suchen Unternehmen sowie Privatanlegerinnen und Privatanleger nach...

DWN
Finanzen
Finanzen Poker um EZB-Spitze: Wer folgt auf Christine Lagarde?
08.11.2026

Die Eurostaaten suchen nach einem neuen Präsidenten für die Europäische Zentralbank. Schon in wenigen Tagen könnte über die Nachfolge...

DWN
Finanzen
Finanzen Wölfe der Wall Street: Kauft zyklische und nukleare Aktien
08.11.2026

Technologieaktien hinken dem breiten Markt seit fast einem Vierteljahrhundert nicht mehr so stark hinterher. Nach einem langen Boom um...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Weiterbildung im Reformstau: Deutschlands Unternehmen droht eine Kompetenzlücke
08.11.2026

Digitalisierung, Energiewende und demografischer Wandel verändern die Anforderungen an Beschäftigte. Doch Deutschlands...

DWN
Politik
Politik Erschreckende Expertenwarnung: Die Welt schlafwandelt in Richtung Dritter Weltkrieg
08.11.2026

Gideon Rachman ist außenpolitischer Chefkommentator der Financial Times und hat gerade ein neues Buch mit einem beunruhigenden Titel...

DWN
Panorama
Panorama Lebensverlängerung für Hunde: Neue Pille schenkt dem besten Freund des Menschen weitere gute Jahre
08.11.2026

In den USA arbeitet das Unternehmen Loyal an der Markteinführung einer lebensverlängernden Pille für Hunde. Zwei Tierärzte weisen...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Big Brother: Wie Unternehmen KI zur Überwachung ihrer Mitarbeiter einsetzen
08.11.2026

Vom Mithören von Telefongesprächen über die Bewertung von Mitarbeitern bis hin zu Empfehlungen für Gehaltserhöhungen: Co-op, Walmart,...

DWN
Finanzen
Finanzen Wall Street: Die Börsenroboter können sich nachts frei bewegen
08.11.2026

Die Wall Street könnte sich bis Anfang Dezember in ein nahezu rund um die Uhr geöffnetes Börsencasino verwandeln. Mehrere US-Börsen...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Importpreise steigen um 10,4 Prozent: Energie verteuert Deutschlands Produktion
08.11.2026

Deutschlands Importpreise sind im September so stark gestiegen wie seit fast vier Jahren nicht mehr. Besonders Energie und industrielle...