Claus Emmelmann – 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)

Claus Emmelmann – 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)

Er gehört mit dem Forschungsprojekt „3-D-Druck im zivilen Flugzeugbau - eine Fertigungsrevolution hebt ab“ zum „Kreis der Besten“ und wurde von Bundespräsident Joachim Gauck im Dezember 2015 ausgezeichnet. Der Deutsche Zukunftspreis, Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation, wird für zukunftsweisende Ideen vergeben, die zur Marktreife entwickelt werden. Er gehört zu den bedeutendsten Wissenschaftspreisen in Deutschland.

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. „Zu dem „Kreis der Besten“ zu gehören ist einegroße Ehre“, sagt Professor Claus Emmelmann.

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.

vergrößern Konstruktionsgrafik eines 3D-gedruckten Bracket für die Kabine eines Airbus350 vom LZN Konstruktionsgrafik eines 3D-gedruckten Bracket für die Kabine eines Airbus350 vom LZN (Bild: © LZN, Laserzentrum Nord) 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 derBauteil-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 kommenderFlugzeuggenerationen 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 in der A350 im Einsatz. Die verwendete Titanstruktur spart 50 Prozent des sonst üblichen Gewichts ein, was zu einer Reduzierung des Treibstoffverbrauchs führt und den CO2-Ausstoß reduziert.

vergrößern Am LZN 3D-gedrucktes Bracket für die Kabine eines Airbus350 Am LZN 3D-gedrucktes Bracket für die Kabine eines Airbus350 (Bild: © LZN, Laserzentrum Nord) Hergestellt werden im LZN Prototypen im 3D-Laserdruckverfahren für die Luftfahrfahrt, für die Automobilindustrie oder die Medizintechnik. Damit können Bauteile aus verschiedenen Materialien wie Metall oder Kunststoff dreidimensional ausgedruckt, beziehungsweise schichtweise auftraggeschweißt werden. Im neuen Airbus A350 werden sogenannte "Brackets" (Halter für Kabinenmodule- und Systeme) verbaut, die mit dem Verfahren des 3D-Laserdrucks am LZN hergestellt werden.

Auch Wirtschaftssenator Horch fand lobende Worte für das Laser Zentrum Nord: „Hier werden Lösungen entwickelt, um die Möglichkeiten der Lasertechnik noch breiter auszuschöpfen und in den praktischen Einsatz zu bringen. Mit dem LZN wurde eine Plattform geschaffen, um die Lasertechnologie für Ihre Bedürfnisse zu erschließen und einzusetzen oder auch weiterzuentwickeln, wenn sie bereits im Einsatz ist.“ So sei die Grundlagenforschung für die Zukunftsfähigkeit Hamburg unerlässlich – aber erst der Transfer des Wissens in die Wirtschaft schaffe die Voraussetzungen, Wertschöpfung und Arbeitsplätze zu erhalten und zu steigern, sagte der Senator mit Blick auf das LZN.

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 3-D-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.

Links:

http://www.lzn-hamburg.de

https://www.tuhh.de/ilas/institut-ilas.html