Harburg
3-D-Druck

Harburger Professor erhält Deutschen Zukunftspreis

Lasertechnik ist seine Welt. Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann revolutioniert die Herstellung von Metallbauteilen für Flugzeuge, Fahrzeuge und Maschinen

Lasertechnik ist seine Welt. Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann revolutioniert die Herstellung von Metallbauteilen für Flugzeuge, Fahrzeuge und Maschinen

Foto: Bertold Fabricius

Bundespräsident zeichnet Harburger TUHH-Professor mit Deutschem Zukunftspreis für 3-D-Druck im Flugzeugbau aus.

Berlin/Harburg.  Für sein gemeinsam mit den Partnern Airbus und Concept Laser entwickeltes Forschungsprojekt „3-D-Druck im zivilen Flugzeugbau – eine Fertigungsrevolution hebt ab“ ist Professor Dr.-Ing.Claus Emmelmann, Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH), während einer Festveranstaltung in Berlin von Bundespräsident Joachim Gauck mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet und damit in den „Kreis der Besten“ aufgenommen worden.

Emmelmann erforscht und entwickelt neue Verfahrenstechniken auch als Inhaber der Laser Zentrum Nord GmbH (LZN) in Hamburg-Bergedorf und unterstützt an der TUHH unter anderem auch das Formel-Student-Team bei der jährlichen Herstellung neuer batteriebetriebener Elektro-Rennwagen. Der Zukunftspreis wird für zukunftsweisende Ideen im Bereich Technik und Innovation vergeben, die zur Marktreife entwickelt werden. Der Zukunftspreis gehört zu den bedeutendsten Wissenschaftspreisen in Deutschland.

Emmelmann sorgt mit einer neuen Verfahrenstechnik für die Herstellung dreidimensional gedruckter Bauteile aus Metall – in diesem Fall sind Kabinenhalter aus Titan hergestellt worden.Die neue Technik hat Emmelmann zusammen mit Peter Sander, Leiter des Bereiches Emerging Technologies & Concepts bei Airbus und Frank Herzog,,Geschäftsführer von Concept Laser, zur Anwendungsreife entwickelt.

Mit dieser Verfahrenstechnik werden Produkte nicht aus einem Materialstück herausgestanzt, -gefräst oder -geschnitten, sondern Schicht für Schicht im 3D-Druck aufgebaut. So können Metall-Bauteile für industrielle Serienproduktion gefertigt werden.

Dieses neue Produktionsverfahren gilt als zukunftsweisend für die Industrie. Der Bundespräsident würdigt die exzellente Forschungsleistung und die Umsetzung in die Wirtschaft. Emmelmann: „Zu dem „Kreis der Besten“ zu gehören ist eine große Ehre“.

Er erklärt, dass Flugzeugbau hohe Ansprüche an Konstruktion und Fertigung stellt. Die Herausforderung sei hierbei, komplexe Flugzeugteile effizient, kostengünstig und umweltschonend herzustellen. „Die Vorteile liegen beim 3-D-Druck 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“, hebt Emmelnann hervor.

Die am LZN entwickelte bionische Konstruktionsmethodik ermöglicht Formgestaltungen von Bauteilen nach dem Vorbild der Natur. Sie ermöglicht Gewichtseinsparung von bis zu 80Prozent. So kann maßgeblich auch der CO2-Ausstoß kommender Flugzeuggenerationen verringert werden.

Emmelmann: „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 Bedeutung des 3D-Drucks von metallischen Produkten reicht den Angaben nach über den Flugzeugbau hinaus. Die Technologie wird zukünftig in Branchen wie dem Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Medizintechnik bisherige Fertigungsmethoden ersetzen oder ergänzen. Experten 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.