3D-Druck 05.07.2017 0 Bewertung(en) Rating

4D-Druck - die nächste Dimension

Wenn Wissenschaftler von 4D-Druck sprechen, meinen sie damit die einfache Herstellung von Objekten, die sich zeitabhängig verändern können. Forscher­ der ETH Zürich haben diesen Ansatz nun einen entscheidenden Schritt weitergebracht – mit einem Konstruktions­prinzip, das tragfähige und vorhersagbare Strukturen ermöglicht.

 - Die vierte Dimension: Das Objekt wird flach gedruckt (l.) und kann später in zwei weitere stabile und tragfähige Formen gebracht werden (M. und r.).
Die vierte Dimension: Das Objekt wird flach gedruckt (l.) und kann später in zwei weitere stabile und tragfähige Formen gebracht werden (M. und r.).
ETH Zürich/Tian Chen

Während 3D-Drucker inzwischen zum Standard vieler Forschungslabore geworden sind, wagt eine noch kleine Zahl von Forschern bereits den nächsten Schritt: Sie erweitert die Technik um eine weitere Dimension – jene der Zeit. Zu diesen Wissenschaftlern gehört auch Kristina Shea, Leiterin des Labors für Produktentwicklung und rechnerbasierte Methoden an der ETH Zürich. Beim sogenannten 4D-Druck werden bewegliche und veränderbare Objekte hergestellt wie etwa flache Bausätze, die sich später zu dreidimensionalen Objekten entfalten lassen, oder sogar Objek­te, die ihre Form in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen ändern können.

ETH-Professorin Shea und ihre Gruppe haben diesen Ansatz nun um einen entscheidenden Schritt weitergebracht. Sie schufen ein Konstruktionsprinzip, dank dem sich die Formänderungen genau kontrollieren lassen. "Unsere flach hergestellten Strukturen verändern ihre Konfiguration nicht irgendwie, sondern genau wie von uns vorgesehen", sagt Tian Chen, Doktorand in Sheas Gruppe. Außer­dem können die Strukturen mit Gewicht belastet werden. Solche tragfähigen 4D-Druckobjekte­ konnte nach Überzeugung der ETH-Wissenschaftler zuvor noch niemand herstellen.

 - Die Objekte der ETH-Wissenschaftler wie dieser Tetraeder bestehen aus einem starren Polymer, das in den Strukturen den Hauptteil ausmacht, und einem elastischen Polymer für die Stellen, die beweglich sein müssen.
Die Objekte der ETH-Wissenschaftler wie dieser Tetraeder bestehen aus einem starren Polymer, das in den Strukturen den Hauptteil ausmacht, und einem elastischen Polymer für die Stellen, die beweglich sein müssen.
ETH Zürich/Tian Chen

"Der 4D-Druck hat mehrere Vorteile", sagt ETH-Professorin Shea. "Eine flache Ausgangsform mit starren und beweglichen Abschnitten in einem Schritt zu drucken ist äußerst effizient. Viel komplexer und zeitaufwendiger wäre es hingegen, solche Objekte dreidimensional herzustellen oder sie aus mehreren losen Komponenten zusammenzubauen."

Außer­dem können die flachen Strukturen platzsparend transportiert und erst an ihrem Bestimmungsort entfaltet werden. Ähnliche Ansätze werden schon seit einiger Zeit in der Raumfahrt verfolgt, beispielsweise, um Werkzeuge in einem komprimierten Zustand platzsparend ins All zu transportieren.

In Ausgabe 13/2017 berichtet die K-ZEITUNG ausführlich über den 4D-Druck der Schweizer Forscher.

gk

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