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

Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann leitet seit 2001 das Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik an der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH). 

Mit seinem Team von Wissenschaftlern betreibt er Forschung und Entwicklung in der Lasertrenn-, Laserfüge- und 3D Laserdrucktechnologie sowie Entwicklung von Lasersystemkomponenten für die Automobil-, Schiff-, Flugzeug- und Werkzeugindustrie sowie die Medizin- und Kunststofftechnik. 

Nach seinem Abschluss (Dipl.-Ing.) des Maschinenbaus an der Universität Hannover im Jahr 1986, leitete Claus Emmelmann die Abteilung Produktionstechnologie des Laser Zentrum Hannover unter der Ägide von Prof. Dr.-Ing. H.K. Tönshoff. 1991 erhielt er den Doktorgrad mit einer Arbeit zum Thema des Laserstrahltrennen von Keramik. In den folgenden 10 Jahren seiner industriellen Karriere war er verantwortlich für den Auf- und Ausbau des Geschäftsbereichs von Festkörperlasern beim weltweit führenden Laserhersteller Rofin Sinar GmbH in Hamburg. 

Als Autor von über 400 nationalen und internationalen Veröffentlichungen gründete Prof. Emmelmann 2009 die LZN Laser Zentrum Nord GmbH als Spin-off aus der TUHH und leitet diese seither als Geschäftsführer. 

Das LZN überführt neueste Forschungsergebnisse aus der Lasermaterialbearbeitung in industrielle Anwendungen und führt Forschungs- und Entwicklungsprojekte für führende Technologie-Unternehmen wie Airbus, Audi, BMW, Cloos, Daimler, Siemens, Trumpf und VW durch. 

Auszeichnungen für den besonderen Erfolg waren bisher: „Innovationspreis der deutschen Wirtschaft“ in 2014, Kreis der Besten 3 für die Nominierung zum „Zukunftspreis“ 2015, „Hamburger des Jahres“ 2016 in der Kategorie Wirtschaft.

English Version

Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann is heading the Institute of Laser and System Technologies at Hamburg University of Technology since the year 2001. 

With his team of researchers he is performing research and development in the field of laser additive manufacturing, ablation, cutting and welding as well as design and analysis of laser components and systems for automotive, shipyard, aircraft, tooling, polymer and medical industry. 

After receiving his Dipl.-Ing. (MSc) degree of mechanical engineering sciences at the University of Hannover in 1986 Claus Emmelmann established the department of production technology of the Laser Zentrum Hannover directed by Professor Dr.-Ing. H.K. Tönshoff. 1991 he received his Dr.-Ing. (PhD) degree with a thesis about Laser Beam Cutting of Ceramics. Within his following 10 years industrial career he was responsible for expanding

the business unit of solid state lasers at the worldwide leading laser manufacturer Rofin Sinar GmbH in Hamburg until 2001. 

As an author of more than 400 national and international publications Prof. Emmelmann founded in 2009 the LZN Laser Zentrum Nord GmbH as a spin-off from the Hamburg University of Technology and is serving as its CEO since then. 

The LZN serves the industry by applying the newest research results in laser manufacturing technology to industrial applications and conducts research and development projects for leading technology companies such as Airbus, Audi, BMW, Cloos, Daimler, Siemens, Twrumpf and VW. 

Awards for the special success have been so far: "Innovation Award of the German Economy" in 2014, Circle of the best 3 for the nomination of the "future price" in 2015 and "Hamburger of the Year" 2016 in the category "economy". 

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