Aus dem Unterricht des CAS Disruptive Technologies mit Dozentin Prof. Dr. Kristina Shea zum Thema from 3D Printing to 4D Printing berichtet Sebastian Arnold.

Der Unterricht bei Kristina fand in einem Nebengebäude der ruhmreichen ETH Zürich statt. Der Schulungsraum ist im Gegensatz zum glänzenden Ruf der ETH eher schlicht gehalten und erinnert den Schreibenden in Bezug auf Optik und Geruch an seine Primarschulzeit Mitte der 80er Jahre im Berner Oberland.

3D Printing

Zu Beginn der Vorlesung fand ein kurzer Theorieteil als Einführung statt. Wie wir bereits im Rahmen der Vorlesung „Intelligent Construction“ bei Agnes Petit erfahren haben, ist 3D Printing ein Fertigungsverfahren, bei dem dreidimensionale Gegenstände hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird das Objekt, welches vorher definiert wurde, Schicht für Schicht aufgetragen. Kristina gibt uns einen Überblick über die verschiedenen Prozesse welche im Rahmen von 3D Printing bestehen. Einer der Vorteile von 3D Printing ist, dass wesentlich komplexere Teile konstruiert werden können als auf herkömmliche Weise.

4D Printing

Im zweiten Teil der Vorlesung ist Kristina vertieft auf das Thema 4D Printing eingegangen. Sie hat uns bei der Einführung auf die Unterschiede zwischen 3D und 4D Printing hingewiesen. Danach haben wir bereits existierende Beispiele in der Literatur besprochen und die Möglichkeiten aufgezeigt erhalten, welche im Bereich 4D Printing bereits bestehen.

Unterschied 3D und 4D Printing

Im Gegensatz zum 3D Printing wird bei 4D Printing die Zeit für Objekte einbezogen. Die Objekte verändern sich aufgrund von einem sensorischen Auslöser wie Wärme, Vibration, usw. und verändern ihre Form. Man spricht in diesem Zusammenhang von smart Materials. Smart Materials reagieren selbstständig auf veränderte Umgebungsbedingungen.

Quelle: INSIS

Live-Demonstration

Anschliessend haben wir anlässlich einer Live-Demo konkret erfahren, wie das Material aus dem 4D Printer auf Wärme reagiert. Bei der Demonstration im Labor der ETH wurden Objekte in ca. 40 Grad warmes Wasser gelegt und haben sich anschliessend vergrössert. Die Klasse war aufgrund der erheblichen Veränderung der Objekte begeistert. Bereits im Rahmen der Demonstration haben die Teilnehmenden jedoch bereits festgestellt, dass es vorläufig schwierig sein dürfte, das Verfahren in der Industrie einzusetzen. Dies hat zu angeregten, interessanten Diskussionen geführt.

Problem Recycling

Kristina hat uns auf einen Nachteil hingewiesen. Sie ist im Besitz von hunderten von Beispielen, welche von Studenten gedruckt worden sind. Sie wünscht sich, dass Verfahren entwickelt werden, um diese Testteile wieder zu recyceln und die Materialien mehrfach zu verwenden.

Einsatzgebiete

Nach der Demonstration wurden in der Runde die Einsatzgebiete von 4D Printing diskutiert. Kristina hat dabei klargestellt, dass der Prozess nach wie vor in den Kinderschuhen steckt und ein industrieller Einsatz noch in weiter Ferne liegt.

Mittelfristig wird 4D Printing jedoch in verschiedenen Branchen zum Einsatz kommen. Hier einige Beispiele:

  • Militär – bsp. selbstanpassende Textilien
  • Medizin – bsp. Cochlea-Implantate
  • Automobilbranche – bsp. Aufprallschutz

Merci Kristina für den tollen Überblick in die wilde Welt des 4D Printing.