Revolutionäre 4D-Druck-Technologie: Formen, die sich selbst verändern!

Revolutionäre 4D-Druck-Technologie: Formen, die sich selbst verändern!

Die additive Fertigung hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, insbesondere im Bereich des 4D-Drucks. Dieser bezeichnet die Herstellung aktiver Strukturen mit Formgedächtnis, welche durch spezifische Prozessparameter steuerbar sind. Diese beziehen sich auf eine Streckung des Materials, die bei Abkühlung eingefroren wird. Wenn die Struktur später erwärmt wird, verändern sie ihre Form. Der Forschungsbereich des 4D-Drucks eröffnet vielversprechende Möglichkeiten in verschiedenen Industrien, einschließlich der Medizintechnik und Luft- sowie Raumfahrt. Wie TU Braunschweig berichtet, untersucht ein Projekt unter der Schirmherrschaft der DFG den Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Formänderung von thermoplastischen Polymeren.

Die Strukturen, die mit Formgedächtnis erstellt werden, können sich unter der Einwirkung von äußeren Stimuli wie Temperatur, elektrischen Feldern oder Licht verändern, was zahlreiche Anwendungen in der modernen Technik ermöglicht. Thermoplastische Materialien, die bei Erwärmung weich und formbar werden, bieten hierbei Vorteile, da sie ohne chemische Strukturveränderung wieder aushärten, sobald sie abgekühlt werden. Um verlässliches Formgedächtnisverhalten zu gewährleisten, unterzogen die Wissenschaftler das Material thermo-mechanischen Tests.

Forschungsfortschritte und Anwendungen

Die ETH Zürich hat in einer Studie untersucht, wie 4D-gedruckte Strukturen mit Formgedächtnis hergestellt werden können. Diese Studie führt den Titel „Large Shape Transforming 4D Auxetic Structures“ und analysiert programmierbare Strukturen, die sich bei Hitzeeinwirkung ausdehnen und wieder zusammenziehen. Laut 3D Druck verwenden die Forscher theromviskoelastische Metamaterialien, die komplexe geometrische Formen bilden. Bestimmte Bereiche der Strukturen können sich dabei um bis zu 200 % ausdehnen. Dies zeigt eine gesteigerte Formbarkeit im Vergleich zu früheren Studien und hebt das Potenzial der Technologie für Biomedizin, Bauwesen sowie Luft- und Raumfahrt hervor.

Eine herausragende Eigenschaft des 4D-Drucks ist die Möglichkeit, die Konfiguration der erstellten Strukturen ohne manuelle Veränderungen zu steuern. Dies eröffnet neue Anwendungsperspektiven, insbesondere für Einsatzbereiche, in denen elektromechanische Auslöser nicht praktikabel sind. Die programmierbaren Strukturen benötigen auch weniger Platz und Stützstrukturen, was die Effizienz des Druckprozesses weiter erhöht.

Materialentwicklung und Automatisierung

Zusätzlich zu den innovativen Materialien im 4D-Druck ermöglicht die QLS Technologie von NXT Factory die Verarbeitung von hochtemperaturbeständigen Werkstoffen wie Polyamid 613. Diese Technologie, die speziell für eine vollautomatische und unüberwachte additive Fertigung entwickelt wurde, stellt einen weiteren Fortschritt dar, der den Übergang von Prototypen zu kleineren und mittleren Serienproduktionen erleichtert. Die QLS 350 Plattform nutzt eine patentierte Laserlichtquelle und ist darauf ausgelegt, die Produktionskapazitäten erheblich zu steigern.

Die Zusammenarbeit zwischen Evonik und NXT Factory zielt darauf ab, die Effizienz der additiven Fertigung weiter zu optimieren, indem sie innovative Materialien und neue Technologien kombinieren. Evonik hat sich zu einem führenden Unternehmen in der Herstellung von Polyamid 12-Pulvern für additive Fertigungstechnologien entwickelt und plant, das hochtemperaturbeständige Polymerpulver PA 613 im ersten Quartal 2020 vorzustellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklungen im Bereich des 4D-Drucks und die Fortschritte in der Materialtechnik eine Vielzahl von Anwendungen versprechen. Von der Medizintechnik bis hin zur Raumfahrt eröffnen sie neue Perspektiven, die die Grenzen der bisherigen Fertigungstechniken erweitern könnten. Die aktuellen Forschungsprojekte und materiellen Innovationen sind erst der Anfang einer neuen Ära der additiven Fertigung.