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title: "Forscher drucken 3D-Verbundwerkstoffe, die sich im Raum selbst formen"
url: https://www.voxelmatters.com/de/forscher-drucken-3d-verbundwerkstoffe-die-sich-im-raum-selbst-formen/
date: 2025-12-25
modified: 2025-12-22
lang: de
author: "Edward Wakefield"
description: "Laut der University of Illinois in Urbana-Champaign haben der Doktorand der Luft- und Raumfahrttechnik Ivan Wu und sein Betreuer Jeff Baur vom Grainger College of Engineering eine energieeffiziente Methode entwickelt,..."
categories:
  - "AM für die Raumfahrt"
  - "AM-Forschung"
tags:
  - "future"
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word_count: 446
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# Forscher drucken 3D-Verbundwerkstoffe, die sich im Raum selbst formen

[Laut der University of Illinois in Urbana-Champaign](https://www.voxelmatters.com/de/university-of-illinois-urbana-champaign-eroeffnet-neues-am-zentrum/) haben der Doktorand der Luft- und Raumfahrttechnik Ivan Wu und sein Betreuer Jeff Baur vom Grainger College of Engineering eine energieeffiziente Methode entwickelt, um flache 2D-Verbundstrukturen nach dem Einsatz im Weltraum in gekrümmte 3D-Formen zu verwandeln.

Bisherige energiearme Verformungsmethoden führten zu Strukturen, [deren Steifigkeit für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt unzureichend war](https://www.voxelmatters.com/de/voxelmatters-aerospace-am-focus-2025-ebook/). Wu und Baur haben sich in ihrer Studie „Rapid forming of programmable shaped morphogenic composite through additive manufacturing and frontal polymerization” (Schnelle Formung programmierbarer morphogener Verbundwerkstoffe durch additive Fertigung und frontale Polymerisation), die [in Additive Manufacturing veröffentlicht](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860425002751?via%3Dihub) wurde, mit dieser Einschränkung befasst.

![University of Illinois researchers 3D print flat carbon-fiber structures that morph into curved satellite components in space.](https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2025/12/morphing-3d-printed-st-1-scaled.jpg)Linke Spalte: 3D-Darstellung der beabsichtigten Form. Mittlere Spalte: Faserbündelmuster, bestimmt durch analytische Lösung oder numerische Methoden. Rechte Spalte: Hergestellt durch frontale Polymerisation von fünf Formen: a) Archimedes-Spiralzylinder, b) Streifen mit zunehmender Verdrehung, c) Kegel, d) Sattel und e) parabolische Schale. Quelle: University of Illinois at Urbana-Champaign.

Der Ansatz kombiniert zwei wichtige Fortschritte: ein energieeffizientes Reinharzsystem, das von Mitarbeitern des Beckman Institute entwickelt wurde, und einen 3D-Drucker für Endloskohlefasern, der Verbundstrukturen in Luft- und Raumfahrtqualität herstellen kann. Mit dem Drucker werden Bündel aus Kohlefasern – jede etwa so dick wie ein menschliches Haar – auf ein Druckbett aufgebracht, komprimiert und teilweise mit ultraviolettem Licht ausgehärtet.

Die gedruckte Faserstruktur wird dann in flüssiges Harz eingebettet und eingefroren. Wenn eine 3D-Struktur erforderlich ist, löst ein energiesparender thermischer Reiz eine chemische Reaktion aus, die das Harz aushärtet und den flachen Verbundwerkstoff in eine gekrümmte Form verwandelt. Dieser als frontale Polymerisation bezeichnete Prozess macht große Öfen oder Autoklaven überflüssig. Entscheidend ist, dass derselbe kleine thermische Auslöser Strukturen jeder Größe aktivieren kann, wodurch die Methode für große weltraumgestützte Komponenten skalierbar ist.

Eine große technische Herausforderung bestand darin, das „inverse Problem“ zu lösen: die Bestimmung des genauen 2D-Fasermusters, das erforderlich ist, um eine gewünschte 3D-Form zu erzielen. Wu entwickelte mathematische Modelle und einen Code, um den Drucker entsprechend zu programmieren, und demonstrierte fünf Formen – einen spiralförmigen Zylinder, eine Verdrehung, einen Kegel, einen Sattel und eine Parabolschüssel. Die Parabolschüssel ist besonders relevant, da sie die glatte Krümmung nachbildet, die für einsetzbare Satellitenantennen erforderlich ist.

[Inspiriert von der japanischen Kunst des Kirigami](https://www.voxelmatters.com/researchers-fold-glass-for-optical-devices-using-photonic-origami/) erzielte Wu eine glatte Krümmung durch kontrolliertes Biegen statt durch Falten. Um das Morphing zu ermöglichen, verwendete man für die Verbundwerkstoffe einen geringen Faseranteil, um Flexibilität und Steifigkeit in Einklang zu bringen. Obwohl die resultierende Steifigkeit für den direkten strukturellen Einsatz im Weltraum noch unzureichend ist, schlagen die Forscher vor, die gemorphten Formen als wiederverwendbare Formen zu verwenden, um hochsteife Verbundwerkstoffe im Orbit herzustellen.

Wu merkte an, dass dieselben Materialien und Verfahren auch für entfaltbare Strukturen in abgelegenen Umgebungen auf der Erde verwendet werden könnten.