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
Finanzen
Finanzen Tagesgeld-Vergleich (09/2026): Diese Banken bieten die besten Tagesgeld-Zinsen

Ein Tagesgeld-Konto gilt als sichere und flexible Geldanlage. Doch hinter manchem Spitzenangebot verbergen sich nicht selten Bedingungen,...

DWN
Politik
Politik Steht der Länderfinanzausgleich auf der Kippe? Union droht bei Linksregierung mit Geldentzug
29.09.2026

Nach dem Wahlsieg der Linkspartei in Berlin könnte diese bald die Regierung anführen. Die CDU- und CSU-geführten Bundesländer drohen...

DWN
Politik
Politik Winterzeit, Tankrabatt, Bahnhöfe: Was sich im Oktober ändert
29.09.2026

Die Sommerzeit endet schon wieder und das Alkoholverbot an Bahnhöfen kommt - ein Blick auf die Neuerungen im Oktober.

DWN
Finanzen
Finanzen Medios-Aktie: Konzern peilt bis 2031 Umsatz von 3,1 Milliarden Euro an
29.09.2026

Medios-Aktie gefragt: Medios will Umsatz und Ergebnis bis 2031 deutlich steigern. Die Berliner wollen sich mit der Strategie „Medios Next...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Mercedes GLC im Test: Elektrisch ist er endlich so, wie er sein muss
29.09.2026

Der elektrische Mercedes GLC 400 4Matic bringt fast 500 PS, viel Komfort, hohe Ladeleistung und einen überraschend moderaten Verbrauch. Im...

DWN
Politik
Politik Klima-Transformation: Das steckt hinter dem Umbau der Stahlindustrie
29.09.2026

Weg von Kohle, hin zu Wasserstoff: Die deutsche Stahlindustrie steckt Milliarden in die Produktion von grünen Stahl. Doch die...

DWN
Politik
Politik Fachkräftemangel: Einwanderer 2025 in vielen Berufen unverzichtbar
29.09.2026

Mehr als ein Viertel aller Beschäftigten in Deutschland hat Wurzeln im Ausland. Besonders in Berufen, in denen händeringend Fachkräfte...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Frankreich Staatsverschuldung: Die nächste Gefahr für die Eurozone
29.09.2026

Frankreich galt lange als einer der politischen und wirtschaftlichen Pfeiler der Eurozone. Doch an den Anleihemärkten wächst die...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Märkte im Überblick: Wall Street schließt im Minus, während sich der Anleiheausverkauf fortsetzt
28.09.2026

Spannung an den Finanzmärkten: Erfahren Sie, welche entscheidenden Faktoren die Wall Street heute in Atem hielten.