LZN Laser Zentrum Nord: Industrielle Revolution made in Hamburg

Diese aus Titan gedruckte Halterung wurde auf dem Hamburg Innovation Summit 2015 als „erstes fliegendes Teil aus der 3D-Fertigung“ präsentiert. Es stammt aus dem Kabinenbereich der A350. Foto: Wolfgang BeckerDiese aus Titan gedruckte Halterung wurde auf dem Hamburg Innovation Summit 2015 als „erstes fliegendes Teil aus der 3D-Fertigung“ präsentiert. Es stammt aus dem Kabinenbereich der A350. Foto: Wolfgang Becker

Industrielle Revolution made in Hamburg

LZN Laser Zentrum Nord ist das erste eigenständiges Fraunhofer Institut der Hansestadt – Flugzeug-, Fahrzeugteile und Hüft- prothesen aus dem 3D-Drucker

Es bewegt sich was in Hamburg“, sagt Professor Dr.-Ing. Claus Emmelmann und stapelt mit diesem Satz fast etwas zu tief. Denn die Bewegung, von der er spricht, ist sinnbildlich ein Erdbeben, das die Kraft hat, globale industrielle Strukturen grundlegend zu verändern. Kurz: Es geht um die industrielle Revolution made in Hamburg.

Als Wissenschaftler und Geschäftsführer hat Emmelmann in den vergangenen 17 Jahren viel gewagt und viel gewonnen. Vor wenigen Wochen erst wurde die von ihm initiierte Technologie-Transfereinrichtung der Tu-Tech Innovation GmbH – nämlich die LZN Laser Zentrum Nord GmbH (LZN) – in die Fraunhofer-Gesellschaft und damit in das erste eigenständige Institut für Additive Produktionstechnologien (IAPT) in Hamburg überführt. Ein Paukenschlag, der Hamburg wachrüttelte und endlich den Fokus auf einen forschenden Unternehmer und den „Hamburger des Jahres 2016“ richtet, dem es gemeinsam mit seinem 25-köpfigen Team gelungen ist, einen weltweit einzigartigen wissenschaftlich industriellen Leuchtturm zu schaffen: den 3D-Druck für anspruchsvolle industrielle Anwendungen im Flugzeugbau, im Fahrzeugbau und in der Medizintechnik. Vorerst, denn die Potenziale sind fast grenzenlos.

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Motor seines forschenden wie mittlerweile auch unternehmerischen Schaffens ist der 3D-Druck, ein dreidimensionales additives Laserauftragsschweißen und eine Technik, die dem Professor ein Stück weit in die „akademische Wiege“ gelegt wurde. Forcierte er doch während des Schreibens seiner Diplomarbeit in Hannover mit großem Engagement die dortige Gründung des ersten Laserzentrums in der niedersächsischen Landeshauptstadt. Parallel ließ das Thema seiner Promotion „Trennen von Keramik mit Laserstrahlung“ tief blicken. Emmelmann: „Schon damals wusste ich, dass die Ergebnisse meiner umfangreichen Forschungen wirtschaftlich nicht erfolgreich sein würden. Zu gering waren die Vorteile bei zu hohen Herstellungskosten. Und nur dem Erkenntnisgewinn und dem Grundlagenverständnis zu dienen, das war für mich zu wenig.“

Zukunftsorientierte Forschung

Doch was in der Wissenschaft damals wie heute höchste Aufmerksamkeit und Anerkennung erfährt, ist für die Wirtschaft häufig unwirtschaftlich und uninteressant. Und was tat Emmelmann, der nach seiner Promotion zehn Jahre als industrieller Geschäftsbereichsleiter internationalen und börsennotierten „Shareholder Value“ inhalieren durfte? Der traute sich und nahm sich vor, diese beiden Welten zukunftsorientierter Forschung für einen nachhaltig wirtschaftlichen Erfolg an der TUHH zusammenzuführen.

Das gewagte Unternehmen gelang. Dabei erhielt der Forscher große Unterstützung seitens der Hamburger Wirtschaftsbehörde. Diese wusste die Krise in den Jahren 2007/2008 und das damit verbundene Bundeskonjunkturpaket für den Bau eines wissenschaftlich industriellen Leuchtturms, der LZN Laser Zentrum Nord GmbH, im Bereich des 3D-Drucks in Hamburg zu nutzen. Während die TUHH die Gründung seines Instituts iLAS im Jahre 2001 mit 250 000 Euro Erstausstattung und zirka 300 000 Euro Jahresbudget unterstützen konnte, akquirierte Emmelmann zusammen mit der Wirtschaftsbehörde 13 Millionen Euro von den für Hamburg von der Bundeskanzlerin Merkel zur Verfügung gestellten 500 Millionen Euro zur Bewältigung der Krise sowie weitere zehn Millionen Euro aus der Industrie. Emmelmann: „In Rekordzeit bauten wir mit unserem 25-köpfigen Mitarbeiterteam das Laser Zentrum Nord auf.“

„Nicht für möglich gehalten“

Die Einweihungsfeier erfolgte im Januar 2012. Nach nun acht Jahren ist das Laser Zentrum von Null auf sieben Millionen Euro Umsatz – jeweils hälftig aus Industrie und Wirtschaft – zum Weltmarktführer im Bereich des wissenschaftlich-industriellen Technologietransfers des 3D-Drucks gewachsen. Emmelmann: „Mit mehr als 100 additiven Experten haben wir etwas geschaffen, was selbst ich nicht für möglich gehalten habe.“ „Angetreten waren wir, um mit der Lasertechnik die Brücke zu schlagen von der Forschung in die Industrie und im Besonderen zu dem Flugzeugbauer Airbus“, so Emmelmann. „Die Konkurrenz hatte uns noch nicht auf dem Zettel, und Kollegen, die unsere Vorträge und 3D-Druckinfrastruktur begutachteten, hielten mich für verrückt.“ Das sollte sich bald ändern und die Zweifler wurden eines Besseren belehrt. Durch bionische, sprich der Natur nachempfundene Konstruktionen, gelang es den Ingenieuren in Bergedorf gemeinsam mit Peter Sander von Airbus und seinem Team, das Gewicht diverser Bauteile des Fliegers um bis zu 80 Prozent zu reduzieren beziehungsweise weitsichtig planend 1,6 Tonnen Gewicht aus einem Flugzeug „herauszudesignen“. Schließlich kamen die ersten ultraleichten Titan-Flugzeugteile luftfahrtqualifiziert mit geschmiedeter Materialeigenschaft aus dem 3D-Drucker. Sie fliegen seit mehr als drei Jahren im A350 – ein großer Erfolg für Emmelmann und seine Partner.

Völlig neue Strukturen

Das materialsparende additive Druckverfahren erlaubt es, völlig neue Strukturen zu konstruieren, die im Vergleich mit den bis heute konventionell gefertigten um mehr als 30 Prozent leichter ausfallen. „Ebenso hat das LZN Werkzeuge, medizinische Produkte wie Zahnersatz oder Endoprothesen bionisch entwickelt und für den 3D-Druck qualifiziert, die bis zu 75 Prozent Durchlaufzeit, sechs Tonnen CO2-Emissionen pro eingespartem Kilogramm und erhebliche Herstellkosten einsparen sowie revolutionäre Funktions- und Materialeffizienzen in der Mechanik, Schwingungs- und Fluidtechnik, der Thermodynamik und vielen anderen physikalischen Funktionen für eine nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit und Ressourcenschonung generieren“, sagt Emmelmann.

Logistiker sind interessiert

Zusätzlich lässt sich künftig vieles „on demand“ individuell gestalten und dezentral auf der Welt produzieren. Das sind unter anderem Werkzeuge oder Ersatzteile, die auch die Logistik verändern werden. Emmelmann: „Erste Logistikbetreiber wie UPS oder auch die Hamburger HHLA, die ebenfalls aktiv im Industriearbeitskreis ‚Additive Alliance‘ des IAPT mitwirkt, sind bereits aktiv, um sich von der reinen Zulieferung weitere Wertschöpfungsanteile durch den 3D-Druck zu erschließen.“

Leichte Bremse für Bugatti

Während die ersten 3D-Druckfabriken mit über 100 3D-Druckern für Titanprothesen in Irland, für Titan-Turbinenteile in den USA und in Italien entstanden sind, unterstützen nun das aus dem LZN entstandene IAPT (Institut für Additive Produktionstechnologien der FhG) und der Start Up Bionic Production AG (BPG) die Qualifizierung und Fertigung von Flugzeugteilen für Airbus in Hamburg und unter anderem den Zulieferer Premium Aerotech in Varel nahe Diepholz. Emmelmann: „Vor wenigen Wochen haben das IAPT und die Bionic Production AG einen weiteren Coup gelandet. Sie haben zusammen mit Bugatti das weltweit erste Titanbauteil für die Serienfertigung eines Automobils entwickeln dürfen und gemeinsam mit dem Leiter der Technologieentwicklung von Bugatti, Frank Götzke, automobile Geschichte geschrieben. Die um über 40 Prozent leichtere Bremse soll ab dem kommenden Jahr mit jedem Bugatti Chiron bestellbar sein.“ Damit hat Emmelmann seine Vision realisiert, Hamburg zur Weltstadt des Technologietransfers für eine der für die Zukunft bedeutendsten Produktionstechnologien zu machen, die mit Wachstumsraten von bis zu 40 Prozent jährlich immer neue Anwendungen erschließt und eine Schlüsseltechnologie für die digitale Revolution der wertschöpfenden 4.0-Geschäftsmodelle sein wird. Auch mit der Additiven Akademie des IAPT und seiner 3D-Druck Smart-Plattform hat Emmelmann weiterhin gezeigt, dass die Wirtschaft von der Wissenschaft nachhaltig profitieren kann.

Web: http://lzn-hamburg.dehttps://www.tuhh.de/ilashttps://www.iapt.fraunhofer.de/ 
http://wissenschaft.hamburg.de/fraunhofer-forschung-in- hamburg/10287302/ fraunhofer-institut-fuer-additive- produktionstechnologien-iapt/