Erfahre wie 4D Drucker den 3D Druck revolutionieren

Wie 4D Drucker den 3D Druck revolutionieren

Obwohl der 3D Druck bereits revolutionär und vermutlich unsere Zukunft massiv beeinflussen wird, wird bereits weitergedacht: Seit einiger Zeit wird an sogenannten 4D Druck geforscht. Der Unterschied zu 3D Druck liegt hierbei beim Objekt selbst.

Nachdem es von einem 4D Drucker gefertigt wurde, bleibt es nicht wie nach einem 3D Druck statisch, sondern verfügt durch sensorische Auslöser wie Wasser, Wärme oder Schall über verformbare Eigenschaften.

Die vierte Dimsension (4D) ist also die Zeit. Diese Verformungsmöglichkeiten machen 4D Drucke zu sogenannten intelligenten Werkstoffen. Bei Bedarf können sich diese zu Gunsten des angestrebten Ziels anpassen.

Aufgrund der unglaublichen Komplexität müssen mit Bioengineering, Chemie, Informatik, Ingenieurswissenschaften, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik unglaublich viele Wissenschaften vereint werden, weshalb der 4D Druck noch ganz am Anfang steht.

 

 

Die Entstehung von 4D Druck

Die 4D Drucker Zukunft könnte die 3D Drucker Zukunft ablösen

Aus einer 3D Drucker Zukunft könnte bald eine 4D Drucker Zukuft werden

Der Grund für die Beschäftigung mit 4D Druck war vermutlich die Untersuchung des Warping. Warping bedeutet hierbei nichts anderes als Verzug und bezieht sich auf die Verformung eines Gegenstands bei zu schneller Abkühlung.

Deshalb wurde auch umgekehrt gedacht, sodass ein der gedruckte Gegenstand in Zukunft bei Hitze ebenfalls verformen kann.

An 4D Druck wird aktuell aber vor allem von verschiedenen Universitäten und Unternehmen geforscht: Das Massachusetts Institute of Technology, Harvard Technology, ETH Zürich und die Unternehmen Autodesk und Stratasys sind aktuell führend bei der Entwicklung.


Als Vorbild diente Harvard dabei die Natur. Beim 4D Druck dient Zellulose, welches Pflanzen zur Transformation benutzen, als Druckmaterial. Dieses gelartige verformbare Material kann durch den sensorischen Auslöser Wasser zur Zielform verändert werden. Die ETH Zürich setzt dagegen auf 4D Drucke aus einem starren Polymer für den Hauptkörper, welches durch bewegliches Polymer ergänzt wird.

Ziel ist es hier ein 4D Druck mit zwei möglichen Zuständen zu erstellen. Die 4D Drucke sollen dabei durch eine zweidimensionale Ebene transportfähig und sich bei Bedarf wieder zu einem dreidimensionalen Objekt verformen.


 

Wie 4D Druck entstand (Englisch)

 

 

 


Mögliche Anwendungsbereiche von 4D Druck

Natürlich sind die Anwendungsbereiche von 4D Druck denen von 3D Druck sehr ähnlich. Das verformbare Material bietet hier jedoch neue Möglichkeiten und revolutioniert bereits etablierte Anwendungsbereiche:


MedizinBauindustrieLogistikEnergieAutomobilindustrieMode & MilitärLuft und Raumfahrt

In der Medizin könnten 3D Drucker in Zukunft neue Organe drucken. Problemtisch wird es doch bereits dann, wenn beispielsweise einem Kind ein Organ eingesetzt wird. Das Kind und sein Körper wächst mit der Zeit, sodass das vorher funktionsfähige Organ auf Dauer nicht mehr wie gewünscht arbeiten kann.

4D Druck könnte neben dem Wegfallen von Spenderlisten, Abstoßung von fremden Organen und im allgemeinen verminderter Lebensqualität genau dieses Problem lösen. Fällt dagegen Herz, Hirn 0der Leber aus, können diese durch Therapien nicht ersetzt werden. 3D Biodrucker könnten dieses Problem lösen.

Durch einen Durchbruch im 4D Druck könnten die 3D Drucker Organe verformbare Eigenschaften erhalten und damit mit dem Körper mitwachsen. Zudem wäre die Kontrolle über Form, Porengröße und die Vernetzung des 3D Drucker Organs im Gegensatz zu Implantaten individuell anpassbar.

Doch 4D Druck ist nicht nur Zukunftsmusik. Sogenannte Cholea Implantate, die Schwerhörigen oder tauben Menschen wieder Hören lassen, können fast beliebig verändert werden, ehe diese sich nach der Operation wieder in die Ursprungsform und an die jeweilige Hörschnecke anpassen. In der im Video aufgeführten Forschung SLATE einzelne Schichten mit einer flüssigen Vorhydrogel-Lösung gedruckt., welche sich bei Bestrahlung mit blauem Licht verfestigt.

4D Drucker könnten die 3D Drucker Zukunft auch in der Bauindustrie verbessern. Mit Hilfe von intelligenten Werkstoffen könnten selbstregenerierende Bauteile wie zum Beispiel Rohre gebaut werden.

Ein altes Haus müsste dann beispielsweise nicht mehr restauriert werden und die entfallenden Instandhaltungskosten würden auf Dauer die erhöhten Kosten von selbstreinigenden Rohren wettmachen. Zudem könnte intelligenter Sonnenschutz, der auf die Außentemperatur reagiert, die Klimaanlage im Haus unterstützen.

Die Bauindustrie verwendet 4D Druck

Besonders angenehm für Kunden wären Logistikunternehmen, die die neue 4D Technologie nutzen. Produkte, wie beispielsweise Schränke, könnten optimal platzsparend in kleinen Paketen versendet werden, ehe sie sich Zuhause dann von selbst aufbauen.

Die Logistik verwendet 4D Druck

Interessant ist auch die Verwendung von 4D Druck im Energiesektor. Wasserschläuche, die selbst Wellenbewegungen verursachen, könnten Wasser so ohne Pumpe energiesparsam von A nach B transportieren.

Der Energiesektor verwendet 4D Druck

Auch in der Automobilindustrie könnten 4D Drucker Anwendung finden. Insbesondere das deutsche Max Planck Institut forscht an intelligenten Werkstoffen, die die Karossiere eines Autos bei einem Unfall mit einem Menschen weich werde lässt, bei einem Zusammenprall mit einem Baum dagegen verhärtet.

Die Automobilindustrie verwendet 4D Druck

In der Modeindustrie wurde bisher noch keine große Verwendung für die Fertigkeiten des 3D Drucks gefunden. 4D Drucker könnten dies mit Kleidung, welche sich je nach Wetterlage anpassen, jedoch ändern.

Eine Stoffjacke mit Wasser als sensorischem Auslöser könnte sich so in kurzer Zeit zu einer Regenjacke umfunktionieren. Zudem kann es durch auch Kleidung mit sich selbst anpassenden Poren geben, die sich bei Kälte schließen und warm halten und bei heißen Temperaturen luftdurchlässig sind. Insbesondere das Militär (US Army) zeigt daran Interesse und investierte bereits 900.000 US Dollar.

Die Modeindustrie verwendet 4D Druck

Natürlich könnte 4D Druck auch mit der Luft- und Raumfahrtechnik in der vielleicht modernsten Technik Anklang finden:

Auch wenn Zukunftsprognosen von formveränderbaren Raumanzügen eher nach Science Fiction klingen, wären Regierungen oder Unternehmen bei sinnvoller Nutzung sicherlich bereit für Weiterentwicklungen viel Geld in die Hand zu nehmen.

Dei Luft und Raumfahrt verwendet 4D Druck

 

4D Druck in Aktion

 

 

5D Druck & 6D Druck

5D & 6D Druck sind für uns nur schwierig zu verstehen

Für den Menschen ist 5D & 6D nur schwer vorstellbar.

Als 5D Druck wird vielleicht entgegen der Vermutung als „klassischer 3D Druck mit zwei weitern Achsen“ bezeichnet. Diese sollen vor allem für Stabilität sorgen und weitere Nachbearbeitung vermindern. Obwohl 5D Druck schon viel komplexer als 3D Druck ist, wird bei 6D Druck noch eine weitere Achse hinzugefügt.

Dieses Herstellung kann jedoch nur durch perfekte programmierte Roboterarme funktionieren. Aufgrund der Komplexität und hohen Kosten ist diese Technik allerdings eher auf dem absteigenden Ast und nicht Teil der 3D Druck Zukunft.