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
Politik
Politik Nato-Abschreckung an der Ostflanke: Neues Hauptquartier
30.06.2026

Macht Europa genug für seine militärische Sicherheit? Deutschland und die Niederlande wollen im Baltikum ein Zeichen für mehr...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Fallende Ölpreise und Tankrabatt: Inflation sinkt deutlich
30.06.2026

Die Inflation verliert überraschend an Tempo, weil Ölpreise fallen und der Tankrabatt die Spritkosten drückt. Doch die Entlastung...

DWN
Politik
Politik Arzneimittelpreise: Warum Berlin plötzlich für Amerikas Pillenproblem zahlen soll
30.06.2026

Donald Trump verspricht den Amerikanern billigere Medikamente, doch die Rechnung dafür könnte in Europa landen. Nach Großbritannien...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Monatlich 15.000 Arbeitslose aus der Industrie
30.06.2026

Es geht weiter bergab mit der deutschen Industrie. Tausende von Menschen in der Branche verlieren monatlich ihren Job - ohne Aussicht auf...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Bahn muss Trassen abgeben
30.06.2026

Die Deutsche Bahn verliert auf wichtigen Fernverkehrsstrecken exklusiven Zugriff auf begehrte Trassen. Die Bundesnetzagentur stärkt neue...

DWN
Politik
Politik EU zahlt Milliarden: Ukraine rüstet Drohnen auf
30.06.2026

Nach monatelanger Blockade floss vergangene Woche erstmals Geld aus dem riesigen EU-Hilfskredit an die Ukraine. Jetzt stellt die EU weitere...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Aufhebungsvertrag wegen Personalabbau: Die wichtigsten Fakten
30.06.2026

Personalabbau ist auf Grund der schlechten wirtschaftliche Lage derzeit für viele Unternehmen ein Thema. Maßnahmen sind häufig...

DWN
Panorama
Panorama Vier Buchempfehlungen für die Liege: Was Entscheider diesen Sommer unbedingt lesen sollten
30.06.2026

Das Tablet ist geladen, der Sonnenschirm steht, die E-Mails dürfen warten. Wir haben vier Wirtschaftsbuch-Empfehlungen für Sie, die den...