4D-Printing: 3D-Druck war gestern, die Zukunft gehört dem 4D-Druck!

18. December 2017
Digitalisierung
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3D-Drucker sind nicht nur in der Forschung bereits angekommen, viele Industrien und auch private Haushalte setzen auf das Drucken in drei Dimensionen. Doch Forscher am MIT, am ETH Zürich und in vielen anderen Einrichtungen gehen einen Schritt weiter und entwickeln den 4D-Druck, auch 4D-Printing genannt. Was die vierte Dimension ist und welche sieben Branchen von dem vierdimensionalen Druck profitieren, erklären wir Ihnen in diesem Beitrag.

Was ist 4D-Druck? Eine Definition

Der 4D-Druck beschreibt den Ansatz, ein 3D-gedrucktes Objekt mit der Fähigkeit zur Transformation zu versehen. Im Klartext verändert ein Objekt aus dem 3D-Drucker seine Form im Laufe der Zeit durch Energiezufluss. Die vierte Dimension ist bei dieser Art des Druckes also die Zeit. Dabei wird die Transformationsfähigkeit mit einem Programm direkt in das Material eingebettet. Für die Verformung des Objektes sind verschiedene Polymere verantwortlich.

Es werden verschiedene Materialien für den Druck verwendet, welche sich unter verschiedenen Einflüssen verändern – oder eben ihre Form beibehalten. Auslöser für die Verformung können dabei Wasser, Licht, Feuchtigkeit, Wärme, Vibration oder Magnetfelder sein.

Skylar Tibbits, Erfinder des 4D-Drucks aus dem MIT, spricht in diesem Video über die Entstehung von 4D-Printing:

4D-Druck Beispiele – was 4D-Printing alles möglich macht

Der 4D-Druck ist relativ jung und daher befinden sich viele Anwendungsfelder noch in der Pilot- oder gar Forschungsphase. Außerdem kommen monatlich neue Bereiche und Branchen hinzu, die den 4D-Druck für sich entdecken, da immer weitere Entwicklungen realisierbar sind. Während 2013 die gedruckten Objekte noch nicht belastbar waren, können heutige gedruckte Strukturen auch schwere Gewichte tragen.

 

Diese 7 Branchen nutzen das 4D-Printing:

Militär
Die US Army interessiert sich sehr stark für das 4D-Printing und investiert sogar 900.000 US-Dollar, um beispielsweise von selbstanpassenden Textilien zu profitieren.

Weitere Ideen sind Tarnanzüge, die sich je nach Umgebung wandeln, Fahrzeugteile, die sich je nach Untergrund anpassen oder Brücken, die sich selbstständig reparieren.

Medizin
Der 3D-Druck wird in der Medizin stark erforscht. Daher ist es nicht überraschend, dass auch die Weiterentwicklung dieser Druckart für Mediziner von großem Vorteil sein kann. So werden beispielsweise für die Hörschnecke schon Cochlea-Implantate mit Hilfe des 4D-Drucks hergestellt und implantiert. Und auch das Drucken und Implantieren von anderen Organen kann ermöglicht werden.

Künftig könnte Gewebe mit minimalen Eingriffen im Körper eingesetzt werden, die Körperwärme würde es dann von allein in die erforderliche Form bringen.

Automobil
Am Max-Planck-Institut wird an smarten Werkstoffen geforscht, welche dem Fahrzeug ermöglichen, die Karosserie zu transformieren. So könnte das Metall bei einem Zusammenstoß mit einem Menschen weich werden, während es sich bei einem Baum verhärtet, um den Insassen zu schützen.

BMW hatte mit dem Next 100 ein Konzept vorgestellt, bei dem ein Auto vollständig im 4D-Druckverfahren hergestellt wird, bei dem sich mit dem Luftstrom die äußere Hülle verändern könnte.

Immobilien & Wohnen
Die Klimatisierung kann durch das 4D-Printing revolutioniert werden. So ist ein intelligenter Sonnenschutz in Planung, welcher auf die Temperaturen reagiert und somit die Klimaanlage entlastet.

Auch selbstaufbauende Möbel sind denkbar. Nach dem Kontakt mit zum Beispiel Wasser verformt sich das flache Material zu einer Sitzgelegenheit.

Textilien
Mit Hilfe des vierdimensionalen Drucks können Textilfasern so produziert werden, dass sie sich an das Wetter anpassen. Bei Kälte ziehen sich die Poren also zusammen und halten uns warm. Wird es allerdings wieder wärmer, öffnen sich die Poren und lassen Luft herein.

Energie
Bereits 2013 stellte Skylar Tibbits die Möglichkeit vor, Wasserschläuche so zu drucken, dass sie mit Wellenbewegungen auf Wasser reagieren und somit das Wasser ohne eine Pumpe transportiert werden kann.

Logistik
Die Logistik könnte zukünftig sehr stark von selbsttransformierenden Objekten profitieren. Vorstellbar sind hierbei große Produkte, welche sich erst beim Kunden zu ihrer vollen Größe entfalten und somit die Transportkosten minimieren.

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