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
Technologie
Technologie Vorwürfe gegen chinesische Konkurrenz: KI-Firma Anthropic spricht von Umleitungs-Tricks
14.09.2026

Günstige KI-Angebote aus China weckten wiederholt Zweifel an den Zukunftsaussichten großer US-Anbieter. Laut dem KI-Entwickler Anthropic...

DWN
Politik
Politik Geld für Regenwaldfonds: Gegenwind in der Unionsfraktion gegen deutsche Finanzzusage
14.09.2026

Beim Schutz des Weltklimas nehmen Regenwälder eine Schlüsselrolle ein, weshalb ein internationaler Fonds zu deren Erhalt beitragen soll....

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft EU-Verpackungsregeln werden zur Falle für kleine Firmen
14.09.2026

Bei einem kleinen Unternehmen, das in einem Land vielleicht nur wenige Bestellungen pro Jahr hat, können die Fixkosten aus den EU-Regeln...

DWN
Politik
Politik Ukrainische Eisenbahn: Russland eröffnet eine neue Front gegen Kiew
13.09.2026

Russland verändert seine Angriffstaktik und nimmt immer häufiger ausgerechnet jene Infrastruktur ins Visier, die die Ukraine...

DWN
Finanzen
Finanzen AppLovin-Aktie: Ist dieser KI-Titel jetzt viel zu billig?
13.09.2026

Mehr als die Hälfte ihres Wertes hat die AppLovin-Aktie seit Jahresbeginn verloren. Doch während Anleger fliehen, wachsen Umsatz und...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Die ältesten Familienunternehmen Deutschlands – von Konzern bis Mittelstand
13.09.2026

Von Merck bis Meindl, von Haniel bis Herder – die 50 ältesten deutschen Familienunternehmen bilden die ganze Vielfalt dieses...

DWN
Technologie
Technologie KI-Cyberangriffe: Banken warnen vor einem neuen Wettrüsten
13.09.2026

Eine vernetzte Kaffeemaschine kann reichen, um Hackern den Weg in eine Bank zu öffnen. Künstliche Intelligenz verändert die...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Arbeiten bei 35 Grad: Braucht Deutschland ein Hitzearbeitsrecht?
13.09.2026

Der Sommer 2026 brachte Rekordtemperaturen von über 41 Grad und mehr als 12.000 hitzebedingte Todesfälle. Jeder Hitzetag kostet die...