4D-Drucker

Obwohl der 3D-Druck immer noch als neue Technologie gilt, haben Entwickler der Harvard University bewiesen, dass der Fortschritt rasant voranschreitet. Ein Team von Wissenschaftlern nahm einen 3D-Drucker als Grundlage und fügte eine vierte Dimension hinzu.

4D-Drucker: Was ist das?

Mit „4D-Drucker“ meinen wir, dass wir zum Drucken realer Objekte nicht drei Dimensionen (X, Y, Z) verwenden, sondern auch die vierte Dimension – Zeit (T).

Wenn man gedruckten Objekten spezielle Materialien hinzufügt, die auf äußere Faktoren – zum Beispiel Kälte, Wasser – reagieren können, können sich diese Objekte im Laufe der Zeit bewegen und ihre Form verändern, wie menschliche Muskeln.

Wie funktioniert ein 4D-Drucker?

4D-Druck ist die neueste Technologie, die auf dem 3D-Druck basiert. Die Verbesserung besteht darin, beim Drucken eine Zwischenschicht aus „intelligentem“ Material hinzuzufügen, das Feuchtigkeit absorbieren kann.

In diesem Fall ist Feuchtigkeit eine Energiequelle zur Volumenvergrößerung des Materials nach dem Drucken auf einem 3D-Drucker. Das Hauptobjekt wird zunächst vom Drucker bearbeitet, dann verändert es sich mit Hilfe von Wasser und erhält die gewünschte Form.

Referenz! Diese Innovationen ermöglichen es, jeden Artikel in relativ kurzer Zeit zu drucken. „Zeit“ ist die 4. Dimension.

Was kann auf einem 4D-Drucker gedruckt werden?

Das Harvard-Labor hat viele verschiedene Objekte gedruckt, die die gewünschte Form annehmen oder sich selbst zusammensetzen können. Wissenschaftler haben selbstbindende Schnürsenkel und sich selbstentfaltende Möbel demonstriert. Die neue Technologie wird auch für andere Zwecke genutzt.

Schutz von Weltraumsatelliten

NASA-Wissenschaftler haben mit einem 4D-Drucker ein spezielles Metallgewebe hergestellt, das Satelliten vor Beschädigungen schützt und auch für die Herstellung elastischer Antennen benötigt wird.

Hierbei handelt es sich um eine Art „Kettenhemd“ aus Silber mit Zusatz einiger anderer Metalle. Der Stoff kann komprimiert, gedehnt und gefaltet werden. Trotz seiner Elastizität ist das Material sehr schwer zu reißen. Geplant ist, dass in Zukunft Satelliten mit diesem Stoff umhüllt werden, bevor sie in die Umlaufbahn gelangen, oder dass Raumanzüge und Raumstationen mit dem Material abgeschirmt werden.

Militärtechnik

Der 4D-Druck wird im chemischen Bereich und im Studium der Materialwissenschaften für die Verteidigungsindustrie eingesetzt. Mit einem 4D-Drucker können Sie neue biochemische Sensoren, Materialien und Komponenten für Chips drucken.

Referenz! Derzeit wird der Fortschritt durch den Mangel an kostengünstigen Geräten behindert, die hochauflösende Ausdrucke von Objekten erstellen können (ungefähr 1000-mal dünner als ein menschliches Haar).

Verwendung in der Medizin

Chirurgen aus Shaanxi (China) führten mithilfe der 4D-Drucktechnologie erfolgreich eine komplexe Luftröhrenoperation durch. Sie setzten dem Patienten einen Trachealstent ein, der es ihm ermöglichte, seine Atmungsorgane offen zu halten. Zur Herstellung des Stents wurde das biologische Material Polycaprolacton verwendet, das sich mit der Zeit auflöst – der Abbau im menschlichen Körper erfolgt innerhalb von drei Jahren.Chirurgen haben zuvor die Auflösungszeit des gedruckten Stents berechnet und der Patient muss sich keiner speziellen Entfernungsoperation unterziehen.

Ein ungefähr ähnlicher Vorfall ereignete sich in Amerika. Garrett Peterson wurde mit Bronchomalazie geboren, einer Erkrankung, bei der die Gelenke sehr weich sind.

Es ist durchaus möglich, dass neue Biomaterialien, die auf einem 4D-Drucker gedruckt werden, sehr bald weit über die Pathologien des Atmungssystems hinausgehen. Es wird bereits an der Wiederherstellung des Gesichts geforscht.

Im Allgemeinen sagen viele Wissenschaftler, die auf dem Gebiet des 4D-Drucks arbeiten, ein schnelles Wachstum von Objekten und Biomaterialien mithilfe der modernen Druckmethode innerhalb von 5 bis 6 Jahren voraus