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Maschinenbau

Autonome Fertigung ganz ohne Roboter und Maschinen

Während der 3D-Druck inzwischen als “Old News” gilt, begann das Jahr 2016 mit einer Erfolgsmedium aus Harvard zum Thema 4D-Druck. Gemeint ist damit die additive Fertigung von intelligenten Materialien, die auf externe Stimuli z.B. mit einer Formveränderung reagieren.

17.02.2016

Intelligente Materialie kommunizieren sozusagen eigenständig mit ihrer Umwelt. Der Mensch erschafft so eine Form von rudimentärer Intelligenz. Heute sind solche Materialien noch sehr teuer. Verschiedene Laborstudien – etwa am MIT Self Assembly Lab – konnten jedoch zeigen, dass der 4D-Druck zukünftig eine Möglichkeit sein könnte, intelligente Materialien wettbewerbsfähig herzustellen.

Anfang des Jahres hat nun ein Forscherteam der Harvard-Universität eine komplexe Struktur in Form einer Orchideenblüte mit 4D-Druck-Verfahren hergestellt. Wird die künstliche Orchidee ins Wasser getaucht, öffnet sich ihre Blüte. Der bionisch inspirierte Ansatz nutzt ein speziell entwickeltes Hydrogel. 

Die Potenziale des 4D-Drucks sind vielfältig. Diskutiert werden beispielsweise Praxisanwendungen in der Textilbranche und in Bereichen, in denen moderne Kommunikationstechnologien an ihre Grenze kommen, z.B. innerhalb des menschlichen Körpers oder bei wartungsintensiven Infrastrukturen im Untergrund. Hier können intelligente Materialien ihre Fähigkeit zur autonomen Reaktion auf Umwelteinflüsse ausspielen. Ein Eingreifen des Menschen oder einer Maschine ist nicht mehr nötig. 

Auch Automobilhersteller sehen Anwendungsmöglichkeiten für den 4D-Druck. Prognosen gehen von einem jährlichen Wachstum von 40 Prozent in den nächsten Jahren aus. Ein wesentliche Treiber für das Wachstum sind intelligente Karbonfasern, die schon heute nicht mehr aus der Automobilbranche wegzudenken sind. 

Auch in der Fertigungstechnologie lassen sich Use Cases für die neue Technologie finden. Sie reichen von Soft-Robotik-Konzepten, die die Sicherheit in der Fabrik der Zukunft erhöhen, bis zu neuartigen “Predictive Maintenance”-Konzepten, bei denen Materialien aktiv auf Temperaturschwankungen reagieren, Fehlerstellen visuell durch eine Verfärbung anzeigen oder sogar selbst heilen können.

Perspektivisch könnte der 4D-Druck sogar zu Formen der Selbstmontage aus intelligenten Komponenten führen. Damit würde in bestimmten Bereichen der Fertigung nicht nur der Mensch überflüssig, sondern auch Roboter und Maschinen! Das ist die Vision einer wirklich autonomen Fertigung: die Fertigungsteile bauen sich selbst zusammen.

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Daniel Bonin ist Ihr Ansprechpartner für Zukunftsthemen im Sektor Industrie und Maschinenbau.

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