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Metamaterialien für 4D-Druck in verschiedensten Bereichen

Auf 4. April 2019 von Ann-Kathrin L. veröffentlicht
Metamaterialien

Der 4D-Druck ist eine stark wachsende Form der additiven Fertigung mit Effekten, die über den Druck hinausgehen. Es ähnelt dem 3D-Druck in dem Sinne, dass ein Objekt auch Schicht für Schicht aufgebaut wird. Das Objekt kann sich jedoch nach dem Bau im Laufe der Zeit ändern. Das Objekt kann sich verändern, weil es mit Metamaterialien gedruckt wird, die sich unter Einwirkung bestimmter Faktoren ändern können: wie Hitze, Magnetismus, Wasser oder eine andere Energiequelle. Beispielsweise entwickelten Forscher des Karsruher Institut für Technik 3D-Druckmaterialien, die sich unter Einfluss von Licht oder Hitze bewegen konnten. Auch die Industriedesignerin Nicole Hone verwendet den 4D-Druck für ihr Projekt Hydrophyten.

Neue 4D-Druck Metamaterialien zeigen leistungsstarke Eigenschaften

An der Rutgers University New Brunswick in New Jersey entwickelten Ingenieure flexible, leichte 4D-Druck Metamaterialien mit Anwendungsmöglichkeiten bei Flugzeug- oder Drohnenflügeln, Soft Robotik und kleine implantierbare biomedizinische Geräte. Der Assistenzprofessor, der an dem Projekt arbeitet, How Lee, erklärte, dass Zeit die vierte Dimension ist, die es den Objekten ermöglicht, sich in eine neue Form zu verwandeln. „Wir glauben, dass dieses beispiellose Zusammenspiel von Materialwissenschaft, Mechanik und 3D-Druck einen neuen Weg zu einer Vielzahl von interessanten Anwendungen eröffnen wird, die Technologie, Gesundheit, Sicherheit und Lebensqualität verbessern werden„, fügte er hinzu.

Ein weiterer Vorteil der von den Forschern hergestellten Metamaterialien ist, dass sie keine festen Eigenschaften haben, welche sie daran hindern könnten, sich anzupassen oder sich zu verformen. Diese Materialien sind geometrisch rekonfigurierbar, funktional einsetzbar und mechanisch abstimmbar. Sie wurden im digitalen Mikro-3D-Druck mit einem Formgedächtnis-Polymer hergestellt.

metamaterialien

Das Anwendungsspektrum ist breit gefächert

Laut den Forschern kann die Steifigkeit bei Temperaturen zwischen 23ºC und 90ºC mehr als 100-fach eingestellt werden, was eine gute Kontrolle der Stoßdämpfung ermöglicht. Wie bereits erwähnt, können die Materialien auf verschiedene Weise für eine Vielzahl von Anwendungen umgeformt werden. Einmal in eine verformte Form gebracht, können sie bei Bedarf unter Erwärmung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückgebracht werden.

Bezüglich verschiedener Anwendungen glaubt die Universität, dass die Materialien in Flugzeug- oder Drohnenflügeln verwendet werden könnten, die ihre Form ändern, um deren Leistung zu verbessern. Darüber hinaus könnten sie in Leichtbaustrukturen eingesetzt werden, die für ihre Reise in Weltraum „zusammengeklappt“ werden und im Weltraum wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht werden, wie beispielsweise Solarmodule. Schließlich könnten winzige Vorrichtungen, die zur Diagnose oder Behandlung in Menschen eingesetzt oder implantiert werden, vorübergehend weich und flexibel gemacht werden, um eine minimal-invasive und weniger schmerzhafte Einführung in den Körper zu ermöglichen.

Das Paper mit dem Titel „4D printing reconfigurable, deployable and mechanically tunable metamaterials“ wurde in der Zeitschrift Materials Horizons veröffentlicht.

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