Der Konstrukteur 10 2021

3D-DRUCK
Cosima
Du Pasquier
Thomas
Lumpe
Was gibt es hier für unterschiedliche Ansätze?
INTERVIEWPARTNER: Die Ansätze sind vielfaltig und hängen
sehr von der jeweiligen Anwendung ab. Wir benutzen oft Wärme
und die Kombination von Materialen mit unterschiedlichen
Verhalten bei hohen Temperaturen, sogenannten Formgedächtnispolymeren.
Diese Materialien können bei hohen Temperaturen
verformt werden und durch Abkühlen in diesem verformten
Zustand fixiert werden. Bei erneutem Erhitzen „erinnern” sich
die Materialien an ihre ursprüngliche Form und nehmen diese
wieder an. Weiterhin arbeiten wir auch mit Strukturen, die sich
bei unterschiedlichem Luftdruck verformen. Dies hat den
Vorteil, dass höhere Kräfte und größere Verformungen erreicht
werden können. Andere Möglichkeiten, um 4D-gedruckte
Strukturen zu aktivieren, sind zum Beispiel Licht, chemische
Reaktionen oder Feuchtigkeit.
INTELLIGENTE WERKSTOFFE
4D-Druck ist für Anwendungen geeignet, in
denen autonome Strukturen benötigt werden.
Etwa für die „Selbstmontage” von Teilen, wobei
sich unterschiedliche Substrukturen durch
sensorische Auslöser wie Wasser, Wärme,
Vibration oder Schall aktiv miteinander
verbinden und verformen, ohne dass ein
Konstrukteur oder Mechaniker benötigt wird.
Wo könnte 4D-Druck in der Industrie – konkret
im Maschinenbau – Vorteile erschließen?
INTERVIEWPARTNER: Durch das reaktive Verhalten in Bezug
auf Umwelteinflüsse eignet sich der 4D-Druck besonders für
Anwendungen in Bereichen, in denen autonome Strukturen
benötigt werden. Dies ist nützlich für die „Selbstmontage” von
Teilen, wobei sich unterschiedliche Sub-Strukturen aktiv miteinander
verbinden und verformen, ohne dass ein Konstrukteur
oder Mechaniker benötigt wird. So könnten sich zum Beispiel
Satelliten oder andere Raumfahrzeuge im Weltraum selbst zusammenbauen
oder für andere Verwendungszwecke rekonfigurieren.
Weitere Anwendungsgebiete sind die Entfaltung von
Solarkollektoren im Weltraum oder der Einsatz in verformbaren
Flügeln in der Luftfahrt.
Das klingt nach einer Herausforderung für die Konstruktion …
INTERVIEWPARTNER: Die Konstruktion dieser Strukturen ist
tatsächlich eine große Herausforderung. Da die Änderung der
Form und Eigenschaften der Strukturen von sehr vielen einzelnen
Faktoren sowie deren Zusammenspiel abhängig ist, müssen
diese ebenfalls in der Konstruktion berücksichtigt werden.
Dabei ist es vor allem wichtig, das Material- und Strukturverhalten
korrekt zu modellieren, um diese dann in rechnergestützte
Entwurfsmethoden zu integrieren. So kann das Potenzial
des 4D-Drucks für viele unterschiedliche Anwendungen
optimiert werden.
Bilder: Aufmacher fotomek – stock.adobe.com, Sonstige ETHZ Zürich,
www.edac.ethz.ch
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2021/10 45