4D-Druck – ein Blick in die Zukunft | Blog.conrad.at

4D-Druck – ein Blick in die Zukunft

4D Druck der Nasa

4D Druck der NASA – Bild: NASA/JPL-Caltech

4D: 3D-Druck in neuer Dimension

Noch haben wir längst nicht ausgeschöpft, was der 3D-Druck bringen kann, schon wird die nächste Dimension vorgestellt: der 4D-Druck. Es ist Forschern der ETH Zürich zu verdanken: sie haben dem 3D-Druck eine vierte Dimension spendiert. Dabei sprechen sie vom 4D-Druck. Das neue Verfahren erlaubt das Herstellen beweglicher und veränderbarer Objekte, die sich später zu 3-dimensionalen Objekten entfalten lassen.

Das Besondere daran erklärt einer der Doktoranden, Tian Chen: „Unsere flach hergestellten Strukturen verändern ihre Konfiguration nicht irgendwie, sondern genau wie von uns vorgesehen.“ Ein kurzes Video der ETH Zürich erklärt genau das:

4D-Druck: Formen durch Hubelemente

Die Züricher Forscher verwenden sogenannte Hubelemente. Diese können zwei Zustände einnehmen: entweder ziehen sie sich ein oder sie fahren sich aus. So ist es möglich, dass die Forscher schon vorher einen Zustand voraussagen bzw. gezielt auf ihn hindrucken können. Eine selbstentwickelte Simulationssoftware erlaubt es den Forschern, jene Formen und Kräfte vorherzubestimmen, die für die gewollte Formänderung aufgewendet werden.

Gedruckt haben die Schweizer die 4-dimensionalen Objekte in einem Multimaterial-3D-Drucker. Dieser professionelle Printer ist in der Lage, aus bis zu vierzig unterschiedlichen Materialien zu drucken. Für den erfolgreichen 4D-Druck haben die Forscher elastisches mit starrem Polymer kombiniert.

Praktisch ist der 4D-Druck zweifelsfrei: Zunächst können flache Objekte gedruckt werden, die leicht transportierbar sind. Erst an ihrem Bestimmungsort entfalten sich die Objekte. Man stelle sich die Möglichkeiten in Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizin vor!

MIT und US-Army forschen ebenfalls

Die Möglichkeiten des 4D-Drucks sind überwältigend! Da verwundert es wenig, dass auch die US-Eliteuni Massachusetts Institute of Technology (MIT) und die US-Army mit dem Thema in Berührung kommen.

Die MIT-Wissenschaftler haben ein Objekt mit dem 3D-Drucker gedruckt. Sie haben Wasser als Möglichkeit genutzt, dem Objekt eine veränderbare Form zu geben. Auch hier finden unterschiedliche Polymere Einsatz. Diese verdoppeln beim Veränderungsprozess ihr Volumen. So erhält das Objekt seine neue Form. Auch Wärme und Licht können die Polymere verändern. So schaut es aus:

Die US-Behörde zum Koordinieren der Forschung für militärische Zwecke („Office of Scientific Research and Development“) hat fast 900.000 Dollar in die Forschung rund um den 4D-Druck investiert. Man erhofft sich beispielsweise Textilien, die sich durch Körperwärme selbstständig dem Körper des Trägers anpasst.

Weitere Forschungen im 4D-Druck

Auf denselben Trichter ist auch die NASA gekommen: sie entwickelte ein formveränderndes Gewebe für Raumanzüge. Ziemlich faszinierend: Raul Polit Casillas und sein Team haben ein 3D-gedrucktes Metallgewebe entwickelt. Dies ist nicht nur faltbar, sondern reflektiert auch, ist robust und hoch wärmebeständig. Dieses Material eignet sich nicht nur für die Raumanzüge, sondern auch für Isolierungen an Raumfahrzeugen selbst.

Ein weiteres Projekt stammt wieder vom MIT. Die Forscher haben ein Handy entwickelt, welches in der Lage ist, sich selbst zusammenzubauen. Trigger sorgen dafür, dass sich die Komponenten an der richtigen Stelle zusammenbauen. Das soll in weniger als einer Minute passieren.

Aber auch die Automobilbranche setzt bereits auf den 4D-Druck. BMW gehört mit zu den Vorreitern: Mit „The Next 100 Years“ stellte der Autobauer ein Konzeptfahrzeug vor, welches neben dem 4D-Druck weitere innovative Technologien vereint. So existieren zwei Fahrmodi: Im „Boost“-Modus kann der Fahrer das Auto selbst steuern. Im „Ease“-Modus wird auf autonomes Fahren umgestellt. Mithilfe von Augmented Reality werden in beiden Modi Fahrlinien angezeigt. Auch werden Autos in der Nähe hervorgehoben. Im Boost-Modus gibt es Navigationshilfen, im Ease-Modus wird dieses Navi zum Reiseleiter.

4D-Druck – was kannst du damit anfangen?

Bei unseren Beispielen wirst du nicht umhinkommen, dich zu fragen, ob du auch einen direkten Nutzen haben könntest. Klar, Fertigungskosten reduzieren sich weiter und dein Nutzen sind sinkende Preise. Aber es gibt auch weitere Gedanken:

Stell dir vor, du beziehst eine neue Wohnung und möchtest dich neu einrichten. Noch musst du dafür Schränke, Tische und die Couch selbst reinschleppen, die Möbel aufbauen und dann erst richtig stellen. Ein enormer Aufwand! Mit der 4D-Druck-Technologie ändert sich das grundlegend: Du kaufst nur noch kleine Klötzer ein, die sich dann durch Wärme, Licht oder Wasser selbst aufbauen.

Im großen Stil kann das auch den Wohnungsbau vereinfachen: kleine Quader, die sich selbstständig zu Häusern und Wohnungen formen – eine irre Vorstellung, an die wir aber ordentlich heranrücken. Deine Fantasie ist gefragt:

Wo siehst du weitere Chancen im 4D-Druck? Was kann der 4D-Druck, was uns bisher nur allzu schwer gemacht wurde? Wo siehst du Erleichterungen, wo eventuelle Probleme?


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