4D-Druck mit starkem Potential

Der 3D-Druck ist heutzutage aus Produktionsprozessen und auch gerade im Prototyping nicht mehr wegzudenken. Neue Anwendungen und Konzepte werden evaluiert und erfolgreich in additive Fertigungsprozesse umgesetzt.
Aber auch wenn 3D-Druck einen immer größeren Gestaltungsraum einnimmt, so kommen zusehends dynamische, smarte Materialien zum Einsatz, die sich je nach umgebender Bedingung unterschiedlich verhalten. Wasser, Licht oder elektrische Einflüsse wirken auf die Materialien ein und verändern deren Verhalten und Aussehen.
Beispiele hierfür sind Hydrogele, Karbonfasern, bestimmte textile Verbundwerkstoffe oder sogenannte Formgedächtnispolymere. Diese besitzen Eigenschaften, die es den daraus hergestellten Objekten ermöglichen, sich unter bestimmten äußeren Bedingungen umzuformen oder sich auf andere Weise zu verändern.
Somit spielt hier der Faktor zeitliche Veränderung eine wesentliche Rolle. Daher wird dieser Prozess auch 4D-Druck genannt. Die Entwicklungen schreiten immer weiter voran. In Zukunft werden Anwendungen immer stärker von diesen sich veränderbaren Materialien beeinflusst.
Man denke etwa an Objekte, die einfach zu groß sind für herkömmliche 3D-Drucker. Diese werden mit smarten, dynamischen Materialien im 4D-Druck hergestellt und entfalten sich erst bei Einfluss eines bestimmten äußeren Parameters auf ihre wahre Größe. Selbstreparierende Brücken und Straßen beispielsweise könnten eigenständig Risse oder Schäden beseitigen.
Forscher an der University of Southern California und der University of Connecticut haben gezeigt, dass sich bestimmte durch Stereolithografie hergestellte Photoelastomere durch äußere Temperatureinwirkung bei Beschädigung zu beinahe 100 Prozent selbst reparieren können. Sie zeigten dies sehr anschaulich an synthetisch erzeugten Gummimaterialien. Hier spielt in erster Linie die Balance zwischen Thiol- und Disulfid-Gruppen eine herausragende Rolle.
Ich denke, dass diese dynamischen Materialien aber besonders im medizinischen Umfeld ein enormes Potential erlangen. Im Bereich medizinischer Implantate werden diese ja schon erfolgreich eingesetzt. Aber besonders die Gentechnik oder auch das Protein-Engineering werden die strukturelle und funktionale Komplexität von Biopolymeren noch stark vergrößern. Sie werden konzipiert um sich auf Stimuli wie Feuchtigkeit, elektrisches Umgebungspotential oder auch enzymatische Aktivitäten entsprechend zu verändern. Das bietet ein enormes Potential gerade im Bereich der Gewebe- und Organreparatur, der zielgenauen Arzneimittelabgabe im Körper oder auch neue Möglichkeiten innerhalb der Diagnostik. Wir werden dies genau verfolgen.

Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: 3DPrint.com (2019), NPG Asia Materials (2019) 11:7