3D-Druck, 4D-Druck und 5D-Druck – was sind die Unterschiede und Vorzüge?

1445

Immer wieder stößt man auf widersprüchliche Definitionen zu den Begriffen „3D-Druck“, „4D-Druck“ und „5D-Druck“. Tatsächlich sind je nach Definition andere Techniken gemeint. Um für etwas Klarheit zu sorgen erklären wir die Unterschiede zwischen den Begriffen und welche Vorzüge welche Technik mit sich bringt. 

Bis vor einigen Jahren gab es nur 3D-Druck (mit unterschiedlichen Drucktechniken), doch in der letzten Zeit wurden immer häufiger Begriffe wie 4D-Druck, 5D-Druck oder sogar 6D-Druck verwendet. Da diese Begriffe jedoch nicht einheitlich verwendet werden, kommt es immer wieder zur Verwirrungen und Missverständnissen. Um solche Probleme vorzubeugen erklären wir an dieser Stelle die unterschiedlichen Begriffe und deren Bedeutungen:

3D-Druck

3D-Druck ist die bekannteste und beliebteste Technik. Es handelt sich dabei um ein additives Herstellungsverfahren, es wird also aufbauend Material hinzugefügt. Im Gegensatz dazu wird bei subtraktiven Verfahren Material abgetragen (zum Beispiel beim Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen …), die meisten konventionellen Verfahren zählen zu dieser Kategorie.

Heute gibt es verschiedenen Begriffsdefinitionen für 3D-Druck: Einerseits gibt es Definitionen die sich darauf stützen, dass beim 3D-Druck Schicht für Schicht 3-dimensionale Objekte erstehen. Auf der anderen Seite gibt es Definitionen die 3D-Druck als Herstellungsverfahren bezeichnet, welche durch dreidimensionale Bewegung entsteht. Beliebter und bekannter aber die erste Definition.

Eine beliebte andere Bezeichnung für 3D-Druck ist auch additive Fertigung (oder auch additive Fertigungsverfahren). Rapid Prototyping ist ebenfalls ein Begriff, der eigentlich 3D-Druck bedeutet. Wobei beim Rapid Prototyping eher der Fokus auf die Geschwindigkeit des Verfahrens liegt.

4D-Druck

Bei der meist verwendeten Definition von 4D-Druck werden Objekte erzeugt, die in 3 Dimensionen erzeugt werden, aber sich anschließend noch verändern können (daher auch vier Dimensionen). Diese Möglichkeit zu Veränderung kann mittlerweile exakt gesteuert werden und man kann die Veränderung effektiv nützen.

4D Druck - 3D-Druck, 4D-Druck und 5D-Druck - was sind die Unterschiede und Vorzüge?
Foto: Matthew Young (CC BY 4.0)

Begonnen hat alles mit der Erforschung des Warping (Verzug) Effektes. Wenn Bauteile bestimmten Bedingungen ausgesetzt werden (klassisch: zu schnelle Abkühlung) dann neigen sie dazu, sich zu verziehen. Durch exakte Erforschung des Effektes und aufstellen von Berechnungsmodellen, kann man den Verzug aber produktiv nutzen. So kann man beispielsweise Objekte modellieren, die sich bei Hitze auffalten. In weiter Zukunft könnte man solche Mechaniken etwa für Satelliten einsetzen, die bei Sonnenstrahlung ihre Solarpanele ausfahren und sich bei Kälte selbst schützen. Durch den Verzicht auf komplexe Regelungssysteme könnte das Gewicht eines Satelliten so reduziert werden und die Kosten für den Start ebenso.

Eine andere (wenngleich weniger gebräuchliche) Definition für 4D-Druck ist die Erzeugung von Objekten mit einem Gerät das auf 4 Achsen verfahren kann. In der Praxis würde das etwa einen Drucktisch bedeuten, der im Kreis bewegt werden kann. Dadurch ergeben sich natürlich Vorteile für das Druckverfahren. Aber es wird auch eine (wesentlich) komplexere Slicer-Software benötigt.

5D-Druck und 6D-Druck

Was heute als 5D-Druck bezeichnet wird, ist eigentlich nur das Erzeugen von Objekten mit einem Gerät das auf 5 Achsen verfahren kann. Dadurch kann man wesentlich stabilere Objekte erzeugen und gleichzeitig den Einsatz von Support-Material vermindern. Die Anforderungen an Software und Hardware steigen, aber durch den Einsatz von zusätzlichen Achsen deutlich.

6D-Druck wird noch kaum verwendet – vorsorglich aber auch eine Definition für 6D-Druck: Das Erzeugen von Objekten mit einem Gerät das auf 6 Achsen verfahren kann. Da 6 Achsen mit konventionellen Geräten jedoch kaum realisierbar sind, werden dafür Roboter-Arme eingesetzt. Die Düse (die das Objekt erzeugt) wird also von einem Roboterarm bewegt. Um so genaue Objekte erzeugen zu können, muss allerdings die Software und die Hardware perfekt aufeinander abgestimmt sein und sämtliche Bewegungen müssen sehr exakt ausgeführt werden.

Fazit

Den Begriff 3D-Druck kennen wohl die meisten. Besonders verwirrend ist jedoch der Begriff 4D-Druck. Man kann mit 3D-Druckern 4D-Objekte erzeugen (also quasi 4D-Druck betreiben). Gleichzeitig kann 4D-Druck aber auch nur das Herstellen eines Objektes mit einem „3D-Drucker“ sein, der eine zusätzliche Achse besitzt. 5D-Druck und 6D-Druck werden momentan zwar vereinzelt getestet, eine intensive Forschung wie etwa bei 4D-Druck gibt es aktuell noch nicht.

Abonnieren Sie die wöchentlichen 3Druck.com-Newsletter. Jeden Montag versenden wir die wichtigsten Beiträge und Updates der Woche. Melden Sie sich jetzt kostenlos an.