Zukunftspreis: 3-D-Druck im zivilen Flugzeugbau nominiert

Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann, CEO der Hamburger LZN Laser Zentrum Nord GmbH und Leiter des Instituts für Laser- und Anlagen­system­technik der TU Hamburg-Harburg 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.

Flugzeugbau stellt hohe Ansprüche an Konstruktion und Fertigung. Die Herausforderung ist hierbei, komplexe Flugzeug­teile effizient, kostengünstig und umwelt­schonend herzustellen. 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.

Diese bionische Konstruktions­methodik, entwickelt am LZN, ermöglicht nach dem Vorbild der Natur geformte Bauteile eine Gewichts­einsparung von bis zu achtzig 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.

Durch das neue Verfahren können im 3D-Druck auch mechanisch und thermisch hoch­belastbare 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.

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 Konzept, dessen Entwicklung und Umsetzung Forscher und Unter­nehmen in Deutschland führend vorantreiben, verwirklicht das Prinzip der Industrie 4.0.

TUHH / OD