Wie ein ‘Y‑Reißverschluss’ das Potenzial des 3D‑Drucks hervorhebt

3D‑Druck, oder additive Fertigung, wird oft als die Zukunft der Fertigung angepriesen. Und in vielerlei Hinsicht ist er das bereits, da er für fortschrittliche Geräte wie Raketendüsen, Drohnenteile oder maßgeschneiderte medizinische Implantate eingesetzt wird.

Was den 3D‑Druck einzigartig macht, ist seine Fähigkeit, komplexe Formen zu erzeugen, die mit herkömmlichen Methoden sehr schwer oder sogar unmöglich herzustellen wären. Dadurch eröffnen sich völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten.

Auch wenn einige traditionelle Fertigungsverfahren wie Spritzguss oder Zerspanung wahrscheinlich für einfache Bauteile erhalten bleiben werden, wird 3D‑Druck zunehmend genutzt, um neue Ideen zu erforschen und Konzepte wiederaufzunehmen, die wegen ihrer Fertigungskomplexität zuvor aufgegeben wurden.

Ein aktuelles Beispiel dafür ist der „Y‑zipper“, ein Konzept aus den 1980er‑Jahren, erfunden von einem MIT‑Professor. Ähnlich den üblichen flachen Reißverschlüssen basiert der Y‑zipper auf drei Seiten und kann wesentlich komplexere Formen annehmen.

Das über 40 Jahre alte Patent wurde kürzlich von Forschern des MIT CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory), der Tianjin University (China), der Technischen Universität München (Deutschland) und der Keio University (Japan) erneut untersucht.

Mit moderner 3D‑Drucktechnologie haben sie mehrere Versionen des Y‑zippers erstellt und getestet und dessen potenzielle Anwendungen in Medizin, Robotik und Konsumgütern untersucht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie bei der Association for Computing Machinery (ACM)¹ unter dem Titel „Y‑zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly“.

Reißverschluss erklärt

Reißverschlüsse werden hergestellt, indem zwei Sätze exakt identischer Kunststoff‑ oder Metallzähne zusammengefügt werden. Ein Verriegelungsmechanismus schiebt die Zähne in den exakt richtigen Winkel und kann den Mechanismus umkehren, wenn er in die andere Richtung gezogen wird.

Es dauerte tatsächlich fast 20 Jahre, bis das Konzept kommerziellen Erfolg hatte. Das liegt daran, dass es, um zuverlässig zu sein und nicht die Tasche, Kleidung oder andere mit dem Reißverschluss verbundene Gegenstände zu beschädigen, mit extremer Präzision hergestellt werden muss, sodass jeder Zahn perfekt ist.

Infolgedessen wird der heutige Markt für Reißverschlüsse von einem Unternehmen dominiert, YKK, einem japanischen Unternehmen, das seine Marktführerschaft durch die hohe Qualität und Zuverlässigkeit seiner Reißverschlüsse, unterstützt durch vollständige vertikale Integration, aufgebaut hat.

Abstimmbare Steifigkeit

Eine neue Materialklasse versucht, den inhärenten Eigenschaften eines Materials zusätzliche Flexibilität zu verleihen, zum Beispiel den Übergang von flexibel zu steif, ohne die Zusammensetzung des Materials zu ändern.

Solche Übergänge von steif zu flexibel werden manchmal als abstimmbare Steifigkeit bezeichnet. Viele Methoden wurden erforscht, um dieses Ergebnis zu erzielen, darunter aufblasbare Strukturen, von Origami inspirierte Mechanismen und Velcro‑basierte Baugruppen. Sie leiden jedoch alle unter Problemen hinsichtlich Haltbarkeit, Fertigungsleichtigkeit oder eingeschränkter Formvielfalt.

Ein weiterer Ansatz besteht darin, Reißverschlüsse zu verwenden, die im geschlossenen Zustand steif und im geöffneten Zustand flexibel sind. Einige Optionen wurden entwickelt, zum Beispiel:

• StructCurves rekonfiguriert Reißverschlüsse zu blockähnlichen Modulen, um die Stabilität im geschlossenen Zustand zu erhöhen,
• Touch-n-Curl führt verzweigte Reißverschluss‑Topologien ein, um komplexe, gekrümmte Oberflächen zu stabilisieren.

Allerdings verwenden beide Methoden komplexe Zahngeometrien, die eine manuelle, stückweise Montage erfordern. Das untergräbt letztlich einen der Kernvorteile des Reißverschlusses: seine schnelle und reversible Funktionsweise.

Eine weitere Option, zip-chain actuators, speichert eine Kette, die beim Einziehen steif wird und gesperrt bleibt.

Diese Designs ermöglichen schnelle, reversible Ausdehnung mit hoher axialer Steifigkeit, erfordern jedoch spezialisierte Hardware und enge Toleranzen, können nicht automatisch an unterschiedliche Geometrien angepasst werden und lassen sich nicht als einteiliger 3D‑Druck realisieren.

Die ideale Methode würde also die traditionelle Geschwindigkeit und Umkehrbarkeit eines normalen Reißverschlusses mit der abstimmbaren Steifigkeit von zip‑chain‑Aktuatoren kombinieren, was der Y‑zipper schließlich erreicht.

Quelle: ACM

Y‑Reißverschluss‑Konzept erklärt

Eine 40 Jahre alte Erfindung zurück ins Leben

Das Konzept des Y‑zippers wurde von William Freeman erfunden und bildet eine dreieckige Form, bei der er auf jeder Seite einen Gurt nagelte, um schmale hölzerne „Zähne“ miteinander zu verbinden. Ein Schieber, der das Gerät umschließt, kann bewegt werden, um es zu einem dreieckigen Rohr zu begradigen.

Zu dieser Zeit erregte das Konzept wenig Interesse, aber Freeman ließ seine Erfindung dennoch patentieren (Patent #4,757,577).

Quelle: MIT

Das Öffnen oder Schließen des Y‑zippers kann manuell, per Zugkabel oder durch robotische Bewegung erfolgen.

Manuelle Bewegung ist die einfachste, unterstützt durch einen Unterflächen‑Griff am Schieber. Das Zugkabel kann von einem fest installierten Motor aktiviert werden. Die robotische/dynamische mechanische Betätigung nutzte einen N20‑Motor, einen Mikrocontroller, einen drahtlosen Empfänger, zwei zusätzliche kundenspezifische 3D‑gedruckte Zahnräder und einen Akku in einem 15 mm × 25 mm × 35 mm‑Gehäuse, das nur 18 g wiegt. Der Aktuator konnte per Bluetooth bis zu 25 m Entfernung drahtlos gesteuert werden.

Quelle: ACM

Es kann auf erweiterte Längen bis zu 3 Meter (10 Fuß) skaliert werden und damit ein breites Spektrum an Formfaktoren und Anwendungen abdecken.

Der Schieber besteht aus dem oberen Trenner, der die Streifen beim Öffnen trennt, und dem unteren Zusammenführer, der sie beim Schließen verbindet.

Quelle: ACM

Die Stabilität des Reißverschlusses resultiert aus seiner dreiseitigen Verriegelungsstruktur, die ein reibungsloses, schnelles Schließen (bei Geschwindigkeiten von 30 cm/s) ermöglicht. Im Gegensatz zu anderen Reißverschluss‑Designs können die einfacheren Zähne schnell bewegt und relativ leicht hergestellt werden.

„Im Vergleich zu herkömmlichen Reißverschlusszähnen, deren Hauptfunktion darin besteht, die beiden Seiten des zu verschließenden Objekts (wie den Deckel und den Korpus eines Koffers) zusammenzuhalten, besteht die wichtigste Aufgabe der Y‑Reißverschlusszähne darin, dem Y‑Reißverschluss im geschlossenen Zustand ausreichende strukturelle Unterstützung zu bieten.“

Die Brücken sind der Teil, der die strukturelle Integrität der gesamten Kette bzw. die „Zugkraft‑tragende Einheit“ gewährleistet.

Die Kugelknoten und -buchsen sorgen während des Schließvorgangs für zusätzliche Ausrichtung und dienen hauptsächlich dazu, Scherkräften zu widerstehen, sodass die Reißverschlusszähne nicht gegeneinander gleiten.

Quelle: ACM

Wie kann sich der Y‑Reißverschluss bewegen?

In seiner einfachsten Form kann der Y‑zipper nach dem Zusammenbau zu einem steifen, dreieckigen Rohr geformt werden.

Eine weitere einfache Möglichkeit ist ein Bogen, dank eines der Stränge, der ungleichmäßige Zähne und gekrümmte Brücken aufweist. Der Biegewinkel und der effektive Biegeradius können durch verschiedene Zahnformen feinabgestimmt und mittels eines Computermodells vorhergesagt werden.

Eine weitere Option besteht darin, die Zwischensegment‑Winkel zu verändern und so eine Spirale zu erzeugen.

Quelle: ACM

Schließlich kann es auch zu einer Schraubenform zusammengebaut werden, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Der Gesamtdrehwinkel kann ebenfalls variiert werden, bis zu dem Punkt, an dem ein übermäßiges Winkelmissverhältnis zwischen benachbarten Zähnen auftritt.

Quelle: ACM

Nützliche und vielseitige Formen herstellen

Die geraden und gebogenen Formen schließen sich nicht gegenseitig aus und können kombiniert werden, um eine große Vielfalt an Endformen zu erzeugen. Das bedeutet, dass der Y‑zipper letztlich verwendet werden könnte, um eine aktivierbare flexible Struktur fast jeder Form zu schaffen, allerdings nicht änderbar, sobald ein Design festgelegt ist.

Quelle: ACM

Eine breite Palette von Materialien könnte für den Y‑zipper verwendet werden. Dies könnte natürlich Holz umfassen, wie im ursprünglichen Patent, aber auch flexiblen Kunststoff wie Thermoplastisches Polyurethan (TPU), gängige 3D‑Druckkunststoffe wie Polylactid (PLA) und sogar Stoff, der letztlich Materialien wie Kevlar‑Fasern einschließen könnte.

Um noch mehr Flexibilität in potenziellen Designs zu ermöglichen, sind Verbindungen zwischen verschiedenen Y‑zippers erforderlich. Zu diesem Zweck entwickelten die Forscher ein Gelenk, das bis zu drei Y‑zippers miteinander verbinden kann.

Quelle: ACM

Da der Y‑zipper bei Bedarf leicht einsetzbar sein soll, ist kompakte Lagerung ebenfalls eine Eigenschaft, die Nutzer suchen. Daher schlugen die Forscher eine Methode vor, den Reißverschluss zum effizienten Verstauen zusammenzurollen, wobei ein 0,5 m‑Reißverschluss (1,6 Fuß) in einen zylindrischen Behälter mit einer Höhe von nur 10 cm (4 Zoll) und einem Radius von 25 mm (1 Zoll) komprimiert wird.

Quelle: ACM

Den Y‑Reißverschluss in die Realität bringen

Y‑Reißverschluss-Anwendungen

Eine der am schnellsten marktreifen Anwendungsmöglichkeiten des Y‑zippers sind medizinische Schienen, da 3D‑Druck bereits häufig für ähnliche Anwendungen eingesetzt wird.

Zum Beispiel könnte eine Handgelenkschiene tagsüber in einem flexiblen Zustand belassen werden, um freie Handgelenksbewegungen zu ermöglichen, Steifheit und Muskelatrophie zu vermeiden, und nachts während des Schlafs steif sein, um sekundäre Verletzungen zu verhindern. Die Möglichkeit, den Reißverschluss einhändig ohne Hilfe zu betätigen, ist ein zusätzlicher Vorteil.

Quelle: ACM

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, verstellbare Gliedmaßen für Roboter zu schaffen. In einem einfachen Prototypen entwickelten die Forscher einen Roboter, der seine Höhe von 60 mm auf 245 mm (2,3 – 9,6 Zoll) in weniger als 3 Sekunden schnell anpassen kann.

„Im Gegensatz zu herkömmlichen Teleskop‑ oder Mehrgelenk‑Mechanismen erreicht der Y‑zipper eine abstimmbare Beinlänge nur mit vier leichten Rohren, ohne zusätzliche Verbindungen oder komplexe Kinematik.“

Quelle: ACM

Eine dritte Anwendung kann die schnelle Montage und Demontage von Campingzelten sein. Die Forscher erstellten einen Rahmen, der aus vier Y‑zippers, einem verbindenden Gelenk und vier Eckankern des Zeltes besteht. Die gesamte Montagezeit betrug etwa 1 Minute und 20 Sekunden.

Quelle: ACM

Grenzen testen

Natürlich hängt jede Anwendung in der Praxis von der Haltbarkeit des Designs ab. Die Forscher haben das Design einem Belastungstest unterzogen, indem sie es 1 Tag und 15 Stunden ununterbrochen betrieben und dabei mehr als 18.000 Zyklen (alle 8 Sekunden ein Zyklus) absolvierten, bevor schließlich ein Bruch an der Schnittstelle zwischen den Zähnen und den Brücken auftrat.

Insgesamt zeigen über 18.000 Zyklen, insbesondere bei frühen Prototypen, dass das Design bereits stark genug für die meisten kommerziellen Anwendungsfälle ist.

Stärkere Materialien und rechnergestützte Methoden zur Vorhersage und Kompensation von Durchbiegungen durch Gravitation könnten eingesetzt werden, um die Leistung weiter zu verbessern.

Die Genauigkeit des Y‑zippers ist durch die Auflösung des 3D‑Drucks begrenzt. Die schmalste funktionale Streifenbreite, die sie erreichten, betrug 8 mm (0,3 Zoll). Fortgeschrittenere Druckverfahren oder zukünftige Entwicklungen im 3D‑Druck könnten noch kleinere Y‑zippers erzeugen.

In jedem Fall ist der Y‑zipper ein weiteres Beispiel für das Potenzial des 3D‑Drucks, nicht nur bestehende Design‑ und Fertigungsverfahren zu ersetzen, sondern völlig neue Designs zu ermöglichen.

Investieren in 3D‑Druck / Additive Fertigung

Nano Dimension

Nano Dimension (NNDM ) begann mit einem Fokus auf 3D‑gedruckte Elektronik. Diese Position entwickelte sich weiter, als das Unternehmen in reinen Bar‑Transaktionen im Jahr 2025 nacheinander seine Konkurrenten Desktop Metal und Markforged erwarb. Dadurch wurden dem Angebot des Unternehmens viele neue Materialien, darunter hochpräzise Metalle, hinzugefügt und halfen, den Markt für 3D‑gedruckte Elektronik zu konsolidieren.

Dies schuf zudem Skaleneffekte, indem die Kundenbasis, zu der Unternehmen wie SpaceX, Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronics usw. gehören, zusammengeführt wurde.

Schließlich waren die übernommenen Unternehmen größtenteils in unterschiedlichen geografischen Regionen aktiv, wobei Nano Dimension in Europa und Desktop Metal in den USA tätig waren, was durch die Zusammenlegung ihrer Vertriebsteams Synergien ermöglichte.

Quelle: Nano Dimension

Im Jahr 2026 hat Nano Dimension sein Produktportfolio neu ausgerichtet, indem es den Verkauf von 3D‑elektronischen Drucktechnologien und seiner Produktlinie “Fabrica” an Inspira Technologies 

Das daraus entstehende Unternehmen wird sich auf Metall‑Binder‑Jetting (Metall‑3D‑Druck), Software‑Plattformen und Fused Filament Fabrication (FFF) konzentrieren und insgesamt von der Integration der M&A‑Aktivitäten von 2025 zu einer Skalierung einer einheitlichen Technologieplattform über die globalen Märkte hinweg übergehen.

Investoren sollten beachten, dass das Unternehmen seit langem Schwierigkeiten hat, ein positives Nettoergebnis zu erzielen, zum Teil weil es Akquisitionen durchgeführt und in die Verbesserung seiner Technologie investiert hat.

Im ersten Quartal 2026 steigerte Nano Dimension seinen Umsatz um 106 % gegenüber dem Vorjahr auf 29,7 Mio. $, und verzeichnete einen Verlust von 12,5 Mio. $ im bereinigten EBITDA sowie einen Nettoverlust von 69,7 Mio. $. Das Unternehmen verfügte über 441,6 Mio. $ an Barmitteln und anderen liquiditätsnahen Vermögenswerten.

Daher wird die Zukunft der Aktie des Unternehmens davon abhängen, wie gut es mit der gesamten 3D‑Druck‑Branche wachsen und seine Position als Technologieführer verteidigen kann.

Neueste Nano Dimension (NNDM) Aktiennachrichten und Entwicklungen

Studie referenziert

^{1. Jiaji Li, et al. Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly. CHI ’26: Proceedings of the 2026 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. Article No.: 754, Pages 1 – 17. https://doi.org/10.1145/3772318.3790723}