3+1 der 4D Druck

Der 3D Druck ist inzwischen vielen bekannt, doch im Januar 2016 stellten Forscher der Universität Harvard etwas Neues vor: den 4D Druck. Was erst völlig unmöglich erscheint, wirkt plötzlich wie wahr gewordene Science-Fiction. Die Technik des 4D Drucks bezeichnet ein Verfahren, bei dem 3D Drucker sich selbständig verformende Strukturen produzieren.
Als Beispiel fertigten die Forscher Pflanzenstrukturen über den sogenannten „biometrischen 4D Druck“. Die Strukturen sind der Natur nachempfunden und reagieren bei der Aufnahme von Flüssigkeit auf eine vorab definierte Weise. Um das zu ermöglichen wurden mathematische Modelle mit einem speziell hierfür entwickeltem Hydrogel kombiniert. Die Abschnitte, die auf den Kontakt mit Wasser reagieren sollen, bestehen dabei aus zwei verschiedenen Schichten. Eine von ihnen nimmt das Wasser auf und verformt sich dadurch. Die zweite Schicht gibt dem Ganzen die notwendige Stabilität.
In ersten Versuchen einer Studie wurden Blütenstrukturen gedruckt und anschließend mit Wasser in Berührung gebracht. Die Ergebnisse sind beeindruckend und versprechen weiteres Potential in Bereichen der Robotik und Elektronik. Auch in der Biomedizin verspricht man sich große Fortschritte mittels des 4D Drucks. Da das Hydrogel wahlweise auch mit zusätzlichen Materialien kombiniert werden kann, könnte es beispielweise mit einer elektrischen Leitfähigkeit versehen werden. Das macht es unter anderem auch für die Anwendung in intelligenter Kleidung sehr interessant.

Erstes Konzeptfahrzeug aus dem 4D Drucker

Wie weit die Technologie des 4D Drucks bereits ist, zeigte BMW im März 2016, als das Unternehmen das erste Konzeptfahrzeug vorstellte. Es vereint diverse innovative Technologien, zu denen unter anderem auch der 4D Druck gehört. Wann genau die Produktion der ersten Autos mit 4D Druck beginnt, ist zwar noch nicht klar, dennoch ist das Potential aufgrund des Konzeptfahrzeugs bereits klar erkennbar.
Der „Next 100“ verfügt über zwei verschiedene Fahrmodi, die als „Boost“ und „Ease“ bezeichnet werden. Im Modus „Boost“ wird das Fahrzeug vollständig vom Fahrer gesteuert. Techniken der Augmented Reality unterstützen ihn dabei. Sie projizieren Fahrlinien und heben andere Autos in der näheren Umgebung hervor. Im Modus „Ease“ wird der Wagen komplett automatisch gesteuert. Das Lenkrad verschwindet im Armaturenbrett und die Frontsitze werden zusätzlich gedreht, um eine einfachere Unterhaltung zwischen den Fahrgästen zu ermöglichen.
Sehr innovativ ist die geplante Fertigung des „Next 100“. Das Auto wird vollständig gedruckt, wobei verschiedene Rohstoffe zum Einsatz kommen und auch der 4D Druck Anwendung findet. Im Ergebnis wird der Wagen als fertiges Endprodukt aus dem Drucker kommen. Die Fertigung ist sehr komplex, doch schon jetzt in allen Schritten plausibel. Dennoch wird es noch einige Zeit dauern, bis die Produktion tatsächlich starten kann.

Microstereolithografie für 4D Druck

Die Anwendung des 4D Drucks in der Automobilindustrie ist bereits sehr beeindruckend. Im August 2016 veröffentlichten Wissenschaftler des MIT und aus Singapur nun die Entwicklung einer Microstereolithografie für den 4D Druck. Auch hier zeigte sich in ersten Tests bereits das Potential des Verfahrens. Es wurden bereits Blumen wie auch der Eifelturm gedruckt.
Die Formen können dabei sehr klein sein und verformen sich in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen. Die Microstereolithografie hat nach Ansicht der Wissenschaftler großes Potential. So sehen sie Anwendungsmöglichkeiten in der Solarindustrie, aber auch in der Medizin. Aktuell können sogar schon Objekte in der Größe eines menschlichen Haares gedruckt werden.