Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis: TUHH-Professor Dr. Claus Emmelmann gehört zum „Kreis der Besten“

Neue Verfahrenstechnik: Schicht für Schicht – Bauteile aus Metall

16.09.2015

Professor Dr.-Ing. Claus Emmelmann, CEO Hamburger LZN Laser Zentrum Nord GmbH und Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik der Technischen Universität Hamburg (TUHH) ist für den Deutschen Zukunftspreis 2015 nominiert. Gemeinsam mit den Partnern Airbus und Concept Laser entwickelte er im Forschungsprojekt „3-D-Druck im zivilen Flugzeugbau - eine Fertigungsrevolution hebt ab“ mit einer neuen Verfahrenstechnik ein dreidimensional gedrucktes Bauteil aus Metall – einen Kabinenhalter aus Titan. Schicht für Schicht können somit Bauteile aus dem Metallbereich im 3-D-Druck für die industrielle Serienproduktion gefertigt werden. Dieses neue Produktionsverfahren ist zukunftsweisend für die Industrie. Mit dem Deutschen Zukunftspreis für Technik und Innovation würdigt der Bundespräsident Forscherinnen und Forscher für exzellente Forschungsleistung und deren Umsetzung in die Wirtschaft. „Die Nominierung und damit mit unserem Projekt unter den Finalisten, dem „Kreis der Besten“, zu sein, ist für mich ein sehr große Ehre“, erklärt Professor Claus Emmelmann. Die Jury des Deutschen Zukunftspreises fällt die Entscheidung am 2. Dezember. Am Abend übergibt Bundespräsident Joachim Gauck den Preis dem Siegerteam in Berlin.

Flugzeugbau stellt hohe Ansprüche an Konstruktion und Fertigung. Die Herausforderung ist hierbei, komplexe Flugzeugteile effizient, kostengünstig und umweltschonend herzustellen. Professor Claus Emmelmann, CEO des LZN Laser Zentrum Nord sowie Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik der TUHH, Peter Sander, Leiter des Bereiches Emerging Technologies & Concepts bei Airbus und Frank Herzog, Geschäftsführer von Concept Laser, haben das Verfahren zur Anwendungsreife geführt. Mit dieser Verfahrenstechnik werden Produkte nicht aus einem Materialstück herausgestanzt, -gefräst oder -geschnitten, sondern Schicht für Schicht aufgebaut. Die Vorteile liegen dabei auf der Hand: Material- und Energieverbrauch sind geringer, Einzelstücke oder Produkt-Kleinserien lassen sich einfach und günstig herstellen und die Konstrukteure haben mehr Freiheit bei der Bauteil-Gestaltung. Diese bionische Konstruktionsmethodik, entwickelt am LZN, ermöglicht nach dem Vorbild der Natur geformte Bauteile eine Gewichtseinsparung von bis zu 80 Prozent, die so auch maßgeblich zur Verringerung des CO2-Ausstoßes kommender Flugzeuggenerationen beiträgt. Das sogenannte „LaserCUSING®“ reduziert als „grüne Technologie“ den ökologischen Fußabdruck der Fertigung und verkürzt Ausfallzeiten der Flugzeuge während der Wartung, denn Ersatzteile lassen sich nach Bedarf sofort und vor Ort drucken. Erstmals setzte Airbus das gemeinsam entwickelte Verfahren zur Herstellung eines Kabinenhalters aus Titan ein. Er dient dazu, den Crew-Ruheraum an Bord des neuen Langstreckenflugzeugs A350 XWB zu befestigen und ist seit 2014 im Einsatz.

Neue Verfahrenstechnik für die industrielle Anwendung

Die Bedeutung des 3D-Drucks von metallischen Produkten reicht über den Flugzeugbau hinaus. Die Technologie wird zukünftig in Branchen wie dem
Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Medizintechnik konventionelle Fertigungsmethoden ersetzen oder ergänzen. Fachleute erwarten, dass der Markt für den 3D-Druck in den nächsten Jahren auf das Fünffache wachsen wird.

Pulverförmiges Metall wird mit dem energiereichen Licht eines Faserlasers bestrahlt und dadurch aufgeschmolzen. Nach dem Erkalten verfestigt sich das Material. Der Laser streicht computergesteuert Zeile für Zeile über das Metallpulver und lässt so die gewünschte Form entstehen. Um das komplette Produkt aufzubauen, wird es nach Fertigstellung jeder Schicht um einige Dutzend Mikrometer abgesenkt und danach die nächste Lage aufgebracht. Eine patentierte „stochastische“ Ansteuerung stellt sicher, dass sich auch große Bauteile, wie sie im Flugzeugbau benötigt werden, weitgehend spannungsfrei drucken lassen.

Durch das neue Verfahren können im 3D-Druck auch mechanisch und thermisch hoch-belastbare metallische Bauteile produziert werden. Das „LaserCUSING®“-Verfahren eignet sich für verschiedene Stähle, Edelmetalle wie Gold- und Silberlegierungen. Die intensive Verfahrensentwicklung ermöglicht nun eine qualitätsgesicherte Fertigung metallischer Bauteile für die Luftfahrt.

Digitale Innovation

Kern der Innovation ist der vollständig digitale Charakter des Fertigungsverfahrens. Damit lässt sich der 3D-Drucker in eine durchgängige digitale Prozesskette einbinden, bei der die einzelnen Herstellungsschritte samt Materiallogistik und Qualitätsprüfung automatisch ablaufen und aufeinander abgestimmt sind. Das revolutionäre Konzept, dessen Entwicklung und Umsetzung Forscher und Unternehmen in Deutschland führend vorantreiben, verwirklicht das Prinzip der Industrie 4.0.

Vita Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann
Der Geschäftsführer des LZN und Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik (iLAS) an der TUHH Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann blickt auf eine 30-jährige Berufserfahrung im Bereich der Lasermaterialbearbeitung zurück. Er baute bereits das Laser Zentrum Hannover auf und promovierte 1992 zum Thema „Trennen von Keramik mit Laserstrahlung“. Anschließend wurde er bei ROFIN-SINAR, einem der weltgrößten Laserhersteller im internationalen Laseranwendungsmarkt, mit der Geschäftsbereichsverantwortung für die damals neuen Festkörperlaser betraut. Heute gibt er seine Erfahrung an die Studierenden weiter und beschäftigt sich in nationalen und internationalen Forschungs-, Entwicklungs- und Beratungsprojekten mit dem Wissen- und Technologietransfer von der photonischen Forschung zur industriellen Laseranwendung.

LZN Laser Zentrum Nord GmbH

Die LZN Laser Zentrum Nord GmbH (LZN) wurde im Jahr 2009 als Spin-off aus dem Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik (iLAS) der Technischen Universität Hamburg (TUHH) gegründet. Die LZN GmbH ist ein 100%tiges Tochterunternehmen der TuTech Innovation GmbH. Als Kompetenzzentrum für Lasertechnologien versteht die LZN GmbH sich als Bindeglied zwischen Grundlagenforschung sowie industrieller Anwendung und setzt zukunftweisende Impulse für Unternehmen zur nachhaltigen Stärkung ihrer Wettbewerbsfähigkeit. Die Forschungs-, Entwicklungs- sowie Beratungsaktivitäten umfassen die gesamte Prozesskette von der Analyse bis hin zum fertigen Prototyp. Das LZN arbeitet mit Unternehmen aus den Bereichen Automobil, Schiffbau, Flugzeugbau, Medizintechnik, Werkzeug- und Maschinenbau zusammen. Die Bauteile werden aus Titan, Stahl, Edelstahl, Aluminium und Verbundwerkstoffen nach dem Leitmotiv „Engineering in Light – Photonic Solutions for Resource Efficient Products“ entwickelt bzw. optimiert und realisiert. Der Industriearbeitskreis „Light Alliance“ bietet Unternehmen die Möglichkeit „Engineering in Light“ in Theorie und Praxis anhand von
Bauteildemonstratoren zu erlernen und zu realisieren. Mit professionellen Partnern aus Industrie und Forschung erschließen die Teilnehmer so den Zukunftsmarkt der 3D-Laser-Produktionstechnik.

Kontaktdaten LZN Laser Zentrum Nord:

Martina Dorfner, Telefon: Tel: +49 (0)40 48 40 10 - 500
E-Mail: Martina.Dorfner@lzn-hamburg.de.
www.lzn-hamburg.de und www.light-alliance-hh.de

Der Deutsche Zukunftspreis
Mit dem Deutschen Zukunftspreis für Technik und Innovation würdigt der Bundespräsident Forscherinnen und Forscher für ihre exzellente Forschungsleistung. Sie entwickeln neue Produkte und Verfahren, die das Leben der Menschen verbessern und schaffen damit Arbeitsplätze. Der Deutsche Zukunftspreis, der Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation, ist mit 250.000 Euro dotiert und gehört zu den bedeutendsten Wissenschaftspreisen in Deutschland. Er wird am 2. Dezember durch Bundespräsident Joachim Gauck in Berlin verliehen.
www.deutscher-zukunftspreis.de

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