ETH-Forscher verwandeln 3-D- in 4-D-Druck

ETH-Forscher haben einen Durchbruch beim 3-D-Druck erzielt. Wie die Hochschule mitteilt, können sie Objekte 3-D-drucken, die sich verändern lassen. Durch die Veränderbarkeit in der Zeit komme die vierte Dimension hinzu, warum sie das Verfahren auch als 4-D-Druck beschreiben.

Das Forscherteam wird von Kristina Shea geleitet. Sie ist Leiterin des Labors für Produktentwicklung und rechnerbasierte Methoden an der ETH Zürich. Genau gesagt entwickelte der Doktorand Tian Chen ein Hubelement, welches zwei unterschiedliche Zustände angenehmen kann.

Ein einzelnes Hubelement in seinen beiden Zuständen. Es besteht aus einem starren (hell) und elastischen (dunkel) Polymer. (Bild: Chen et al. Scientific Reports 2017)

Dieses Hubelement wurde mit einem professionellen Multimaterial-3D-Drucker mit zwei verschiedenen Materialien hergestellt. Mit der Hilfe mehrere solcher Hubelemente kann ein komplexes Objekt mehrere unterschiedliche stabile Formen annehmen, wie die Forscher anhand eines Prototyps demonstrieren:

Das hier abgebildete Element wurde in einem Schritt gedruckt. "Eine flache Ausgangsform mit starren und beweglichen Abschnitten in einem Schritt zu drucken, ist äusserst effizient. Viel komplexer und zeitaufwendiger wäre es hingegen, solche Objekte dreidimensional herzustellen oder sie aus mehreren losen Komponenten zusammenzubauen", hebt Shea in der Mitteilung hervor.

Durch den flachen Druck könne das Objekt platzsparend gedruckt und transportiert werden. Die gedruckten Objekte könnten etwa erst am Bestimmungsort entfaltet werden.

Viele Anwendungen denkbar

Neben der Raumfahrt sehen die Forscher auch die Gebäudetechnik als Einsatzgebiet für die Technologie. Als Beispiele nannten sie Ventilationssysteme und Systeme zum Öffnen und Schliessen von Klappen.

Aktuell müssen die Objekte jedoch noch per Hand auseinandergefaltet werden. Für die Zukunft arbeiten die Forscher an druckbaren Materialien, die Abhängig von Temperatur, Druck oder Feuchte den Zustand ändern. Solche Objekte könnten etwa auch für die Medizintechnik von Interesse sein, wie es weiter heisst.