4D-Druck für gekrümmte Bauteile ohne Gussformen

4D-Druck wird derzeit fieberhaft erforscht und weiterentwickelt. Die Technologie bietet im Gegensatz zu 3D-Druck noch einige weitere Vorteile. So könnten in Zukunft Verbundwerkstoffe hergestellt werden, die sich selbst in Kurven biegen.

Suong Van Hoa ist Professor der Abteilung Industrial and Aerospace Engineering auf der Concordia University. Dort erforscht er unter anderem die Möglichkeiten die sich mit 3D-Druck ergeben. Das aktuelle Forschungsgebiet des Professors ist hochinteressant: Er beschäftigt sich damit, wie man durch 4D-Druck Gussformen für Verbundwerkstoffe einsparen könnte.

4D printing allows us to make curved composite structures without the need to make curved moulds. My main finding is that one can make curved composite pieces — long continuous fibres that have high mechanical properties — more quickly and economically.

Mit konventionellen Techniken ist es äußert aufwendig komplexe Kurven zu fertigen. Meist werden dafür dann Gussformen benötigt. Diese Gussformen sind jedoch sehr teuer in der Herstellung und nur wenig flexibel. Bei Änderungen der Form muss oft die gesamte Gussform ausgetauscht werden. Damit sich 3D-gedruckte Objekte jedoch richtig verhalten, (in dem Fall wird meist von 4D-Druck gesprochen) muss man einige Dinge beachten. Konkret geht es bei der aktuellen Forschung um ansiotropische Eigenschaften. Das sind die Eigenschaften, wie das Material auf Belastungen, Änderungen der Temperatur oder andere Änderungen reagiert. Wer diese Eigenschaften perfekt beherrscht kann 4D-Druck sinnvoll einsetzen.

Anisotropic properties have been looked at as a liability in the past. Now I look at them as an asset.

Neben dem Einsatz für den Fahrzeugbau gibt es auch noch ein weiteres mögliches Einsatzgebiet: Satelliten sind großen Temperaturschwankungen ausgesetzt, tagsüber müssen sie viel Energie mit Solarpanelen sammeln, nachts dürfen sie aber unter keinen Umständen zu kalt werden. Mit 4D-Druck könnte man Elemente schaffen die sich bei Hitze wegklappen und bei Kälte wieder zusammen ziehen. Dadurch könnte man auf eine elektronische Steuerung, die teuer, fehleranfällig und sehr schwer ist verzichten.

Die genauen Ergebnisse zur Forschung kann man sogar online nachlesen, in eine Arbeit mit dem Titel Factors affecting the properties of composites made by 4D printing (mouldless composites manufacturing).