4D-Druck: Forscher setzen Gedächtnis-Kunststoffe in Objekten aus dem 3D-Drucker ein

 18. April 2017  Andreas Krämer  

Ein chinesisch-amerikanisches Forscherteam hat Objekte per 3D-Drucker hergestellt, welche eine Formanpassung bei Änderung der Umgebungstemperatur durchführen können. Je nach Temperaturhöhe sind die Gegenstände dazu fähig andere Formen anzunehmen.

4D-Druck
4D-Druck (Bild © 3D-grenzenlos; Videoquelle: Youtube/Georgia Tech).

Das Verfahren ist auch als 4D-Druck bekannt. Gefertigt wurden die 4D-Objekte aus verschiedenen Kunststoffschichten, die über ein Formgedächtnis verfügen. Die einzelnen Schichten tragen die Erinnerung an eine andere Form in sich und ist abhängig von der vorherrschenden Temperatur.

Wie Jerry Qi, Professor für Materialmechanik am Georgia Institute of Technology, erklärt, vereinfachere und verbessere das entwickelte Verfahren den 3D-Druck ganz entscheidend. Es wurden verschiedene Materialschichten kombiniert, womit die formgebende Eigenschaft des Produktes quasi in das Produkt hinein programmiert werden könne. Zum Beispiel könnten kleine Gegenstände gedruckt werden, die erst unter Hitze ihre spätere Wunschgröße annehmen.

Gedächtnis-Kunststoffe als wissenschaftliche Grundlage

Das innovative Verfahren basiert auf wissenschaftlichen Arbeiten, die sich mit „Gedächtnis-Kunststoffen“ beschäftigten, welche dazu fähig sind, sich zusammmenzufalten, wenn sie Wärme ausgesetzt werden. Die Produktionszeit würde Qi zufolge entscheidend gesenkt und bezieht sich dabei auf kleinere Objekte, die mit einem 3D-Drucker sehr viel schneller fertig gedruckt werden können als großflächige Gegenstände oder Objekte mit vielen Kanten. In den Objekten sind gedächtnislose Schichten und jene mit Gedächtnis enthalten, in die künftige Formen programmiert werden. Die steifen Schichten werden bei steigender Temperatur weich und behalten nach dem Erkalten ihre Form.

Wie Martin L. Dunn, der Leiter des Digital Manufacturing and Design Centre an der Singapore University of Technology and Design SUTD im oben verlinkten Presseartikel der Georgia Tech erklärt, revolutioniere das Verfahren das Produktdesign entscheidend, weil Produkte von Beginn an so ausgelegt würden, dass sie später unterschiedliche Formen annehmen können. Die möglichen Anwendungen seien weit gefächert.

Einsatzmöglichkeiten

So könnten flache Gitter kompakt versendet werden. Beim Empfänger angekommen, müsste das Objekt nur erhitzt werden, damit es die gewünschte Form annimmt. Das Transportvolumen und die Kosten würden reduziert. Denkbar seien beispielsweise auch Stents, die sich an ihren Zielort durch Körperwärme entfalten. Wenn Roboter mit derartigen Gedächtniskunststoffen ausgerüstet würden, dann wären sie beweglich, ohne verschleißanfällige Mechanik verwenden zu müssen.

Im September 2015 entwickelten Forscher des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) um Jerry Qi mit dem 4D-Druckverfahren bereits ein selbstentfaltendes Objekte. Am MIT gelang es Wissenschaftlern in diesem Jahr per 3D-Druck einen Roboter mit Hydrogel-Greifarm zu entwickeln, der Fische fangen und wieder freigeben kann.

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