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
Unternehmen
Unternehmen EU-Regel zwingt Ritter Sport zum Überkleben
01.09.2026

Wegen neuer EU-Vorgaben muss Ritter Sport alte Verpackungen mit Stickern überkleben. Was sich für Verbraucherinnen und Verbraucher jetzt...

DWN
Politik
Politik Europa unter Druck: Experte warnt vor gefährlicher Doppelkonfrontation
01.09.2026

Europa gerät von mehreren Seiten gleichzeitig unter Druck. China verschärft den Handelskonflikt, Russland könnte den Krieg weiter...

DWN
Immobilien
Immobilien Mieter in Angst: Die Furcht vor dem Wohnungsverlust
01.09.2026

Die Wohnkosten steigen, und immer mehr Mieter fürchten, ihre Wohnung bald nicht mehr bezahlen zu können. Der Mieterbund fordert...

DWN
Technologie
Technologie China: Solar schlägt Kohle, doch Ausbau verliert an Tempo
01.09.2026

China ist Weltmeister beim Ausbau der Solarenergie. Doch das Land gilt zugleich als großer Klimasünder und will nicht von der Kohle...

DWN
Politik
Politik Berichte: Regierung sieht Russland hinter Drohnen-Vorfall
01.09.2026

Der Verdacht wiegt schwer: Die Bundesregierung macht offenbar einen russischen Geheimdienst für den versuchten Drohnenanschlag am...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Möbelbranche kämpft weiter gegen die Flaute
01.09.2026

Die Deutschen halten sich beim Möbelkauf zurück – und bringen eine ganze Branche in Bedrängnis. Steigende Kosten, sinkende Umsätze...

DWN
Finanzen
Finanzen Steuererklärung falsch ausgefüllt? Jetzt zählt schnelles Handeln
01.09.2026

Eine vergessene Ausgabe, eine falsche Zahl oder eine nicht angegebene Einkunft: Fehler in der Steuererklärung passieren schnell. Wer sie...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Konsumflaute trotz besserer Stimmung: Händler senken Preise
01.09.2026

Der Sommer neigt sich dem Ende zu, das Leben verlagert sich wieder stärker nach drinnen. Für Händler beginnt damit eine wichtige Phase...