4D-Druck: ETH-Forscher stellen 3D-gedruckte Strukturen mit Formgedächtnis her

Wissenschaftler der ETH Zürich haben sich im Rahmen einer Studie zum Thema 4D Printing mit Polymeren mit Formgedächtnis beschäftigt. Die am 3D-Drucker hergestellten, programmierbaren Strukturen können sich ausbreiten und unter Hitzeeinwirkung wieder ihre ursprüngliche Form annehmen.

In der Studie Large Shape Transforming 4D Auxetic Structures hat das Team der ETH Zürich komplexe geometrische Formen aus einem thermoviskoelastischen Metamaterial gedruckt. Vorab festgelegte Bereiche der Strukturen können sich um bis zu 200% ausdehnen. Bei entsprechender Stimulation durch eine bestimmte Temperatur nimmt die Struktur wieder ihre ursprüngliche Form an. Die Programmierbarkeit des Materials in Kombination mit 3D-Drucktechnologie könnte interessant für die Entwicklung von Anwendungen im Bereich der Biomedizin, dem Bauwesen sowie der Raum- und Luftfahrt sein, so die Wissenschaftler.

In ihrer Studie haben die Wissenschaftler Meta-Materialien basierend auf Polymeren mit Formgedächtnis eingesetzt, die so zusammengesetzt werden können, dass sie aktive Strukturen formen. Die Vielseitigkeit dieser Materialien ermöglicht es gekachelte Strukturen herzustellen, die sich zu verschiedenen Formen programmieren lassen. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts zeigten weitaus höhere Formbarkeit als bei bisherigen Studien.

Für den 3D-Druck der Strukturen wurde der Objet500 Connex3 3D-Drucker von Stratasys mit dem VeroWhitePlus RGD835 Material eingesetzt. Bei dem Jetting-Druckprozess wird flüssiges Polymer in dünnen Schichten aufgetragen und mittels UV-Licht ausgehärtet.

4D-Druck, also 3D-Druck mit der Zeit als vierte Dimension, hat generell großes Potential für Anwendungen bei denen die Konfiguration nicht manuell geändert werden kann und elektromechanische Auslöser nicht einsetzbar sind. Zudem haben diese 4D-Konstruktionen den Vorteil weniger Platz und Stützstrukturen zu benötigen.

Im Zuge einer ähnlichen Studie des LLNL Forschungslabors in den USA wurde ein Silikonmaterial mit Formgedächtnis für den 3D-Druck entwickelt.