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Juni 12, 2019

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Die vierte Dimension

Die vierte Dimension

Der Mensch verfügt über fünf Sinne: Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Tasten. Und die Intuition? Sie wird von manchen als der sechste Sinn bezeichnet. Eine neue Herstellungstechnik fügt nun Produkten aus so unterschiedlichen Anwendungsbereichen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizinbranche eine zusätzliche Dimension – quasi einen sechsten Sinn – hinzu. Additive Fertigung geschieht nicht länger in nur drei Dimensionen, sondern in vier.

Beim 3D-Druck handelt es sich um eine Form der additiven Fertigung, bei der Produkte im Schichtverfahren aufgebaut werden, statt sie aus einem größeren Materialblock herauszuarbeiten. Mit dieser seit nunmehr bald 40 Jahren verfügbaren Technologie sieht die Zukunft für Branchen, die in den 3D-Bereich investieren, überaus vielversprechend aus. Mit seinem zunehmenden Einsatz in der seriellen Produktion, aber auch im Prototyping, steigt auch die Popularität des 3D-Drucks mit Kunststoff und Metall stetig weiter. Und nun verspricht eine neue Technologie, der 4D-Druck, uns wieder einen Schritt voranzubringen, da Hersteller damit in der Lage sind, intelligente, anpassungsfähige Produkte herzustellen.

Eine neue Perspektive in der additiven Fertigung

4D-Druck bietet sämtliche Vorteile seiner Vorläufertechnologie und erweitert sie um die zusätzliche Eigenschaft der Anpassungsfähigkeit. Die additive Fertigung eines Temperatursensors für die Ansaugleitung eines Düsentriebwerk-Kompressors oder eines Wärmetauschers für ein Auto war auch bisher kein Problem, doch solche Bauteile können sich nicht an externe Faktoren wie Hitze, Vibration oder Feuchtigkeit anpassen. Mit dem 4D-Druck wird eine völlig neue Dimension hinzugefügt – die Fähigkeit, sich im Lauf der Zeit zu verändern.

Der 4D-Druck basiert auf ähnlichen Technologien wie der 3D-Druck, doch er verwendet intelligente Polymere, die darauf programmiert sind, sich an bestimmte Formen zu „erinnern“, wenn sie sich im gedruckten Zustand befinden. Das bedeutet, dass das fertige Produkt vorprogrammiert ist, ohne Intervention von außen selbstständig auf einen bestimmten Reiz oder Stimulus zu reagieren.

Eine Anwendungsmöglichkeit für diese Technologie könnte zum Beispiel die Herstellung einer Kniesehne sein, die ihre Position oder ihre Größe als Reaktion auf eine Veränderung der Körpertemperatur oder infolge von verstärktem Druck auf die Beinmuskeln anpasst, um das Wohlbefinden des Patienten zu verbessern.

Ein neuer Weg in die Zukunft

Herstellern bietet sich nun einen neue Gelegenheit, innovative, flexible und anpassungsfähige Produkte zu entwickeln, um die Leistung von Komponenten in speziellen Anwendungssituationen zu verbessern. Früher waren ähnliche, selbstorganisierende Technologien für Komponenten, die ihre Form verändern, für solche Falt- und Biegevorgänge auf Elektrizität und Robotik angewiesen. Im Gegensatz dazu benötigen im 4D-Druckverfahren hergestellte Produkte nur Hitze, Wasser oder Vibrationen als Energiequelle, weshalb sie einfach zu aktivieren sind.

Neben der Fertigung von Teilen, die sich an die herrschenden Temperaturen anpassen und die Funktionalität verbessern können, wie beispielsweise Komponenten in Öfen oder Waschmaschinen, haben 4D-gedruckte Komponenten ein enormes Potenzial für die Anwendung in medizinischen Implantaten. So könnte zum Beispiel ein Luftröhren-Stent – ein Röhrchen, das einem Patienten eingesetzt wird, um ihm das Atmen zu ermöglichen – mit einer Dichtung hergestellt werden, die auf einen bestimmten Druck oder auf Wasser reagiert, und damit zur verbesserten Sicherheit von Patienten beitragen. Zu weiteren Anwendungen könnten Komponenten für optische Technologien sowie für die Luft- und Raumfahrt zählen, zum Beispiel vibrationsunempfindliche Laser-Interferometer, die für weltraumbasierte Teleskopprogramme von elementarer Bedeutung sind.

Der 4D-Druck bietet Herstellern, die komplexe und intelligente Produkte erzeugen wollen, einen neuen Weg in die Zukunft. Der 4D-Druck verleiht Produkten zusätzliche Fähigkeiten, ähnlich wie manche Menschen, die über einen sechsten Sinn verfügen. Worauf warten Sie also?

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