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3-D-Druck im zivilen Flugzeugbau - eine Fertigungsrevolution hebt ab

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Neue Verfahrenstechnik: Schicht für Schicht - Bauteile aus Metall

3-D-Druck im Metallbereich - reif für die industrielle Serienproduktion
Gemeinsam aus einer Idee Wirklichkeit werden zu lassen, das ist Airbus, LZN Laser Zentrum Nord und Concept Laser mit dem dreidimensional gedruckten Bauteil aus Metall gelungen – einem Kabinenhalter aus Titan.

Airbus – und auch anderen Industriezweigen in Deutschland - stehen damit neue Produktionsverfahren zur Verfügung, die weit mehr Möglichkeiten bieten als herkömmliche Fertigungsverfahren. Mit dieser neuer Verfahrenstechnik werden Produkte nicht aus einem Materialstück herausgestanzt, -gefräst oder -geschnitten, sondern Schicht für Schicht aufgebaut.

Das bringt etliche Vorteile: Material- und Energieverbrauch sind deutlich geringer, was Ressourcen und Klima schont. Zudem haben die Konstrukteure mehr Freiheit bei der Gestaltung der Bauteile. Und: Prototypen, Einzelstücke oder Kleinserien von Produkten lassen sich einfach und günstig herstellen.

Erfolgreiches Team
Flugzeugbau stellt hohe Ansprüche an Konstruktion und Fertigung. Die Herausforderung: Komplexe Flugzeugteile effizient, kostengünstig und möglichst umweltschonend herzustellen. Peter Sander, Leiter des Bereiches Emerging Technologies & Concepts bei Airbus, Claus Emmelmann als CEO des LZN Laser Zentrum Nord sowie Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik der TU Hamburg-Harburg und Frank Herzog als Geschäftsführer von Concept Laser im oberfränkischen Lichtenfels haben dieses Verfahren mit ihren Teams entwickelt und es zur Anwendungsreife geführt: Airbus setzt das gemeinsam geschaffene Verfahren erstmals 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.

Das sogenannte „LaserCUSING®“ reduziert als „grüne Technologie“ nicht nur den ökologischen Fußabdruck der Fertigung, sondern verkürzt auch Ausfallzeiten der Flugzeuge während der Wartung: Benötigte Ersatzteile lassen sich nach Bedarf sofort und vor Ort drucken.

Bei Airbus plant man, den 3-D-Druck künftig zur Herstellung weiterer Komponenten zu verwenden – und das innovative Verfahren zu nutzen, um neuartige konstruktive Elemente zu realisieren. Diese bionische Konstruktionsmethodik, entwickelt am LZN, ermöglicht nach dem Vorbild der Natur geformte Bauteile zu kreieren und damit bis zu 80% Gewicht zu sparen. Die so erzielte Gewichtsreduktion trägt maßgeblich zur Reduktion des CO2-Ausstoßes der kommenden Flugzeuggenerationen bei.

Das Verfahren
Allerdings kamen bisher nur bestimmte Werkstoffe für die „additive Fertigung“ in Frage, etwa Kunststoffe oder leicht schmelzbare Legierungen. Durch das neue Verfahren können im 3-D-Druck auch mechanisch und thermisch hoch-belastbare metallische Bauteile produziert werden. Das „LaserCUSING®“-Verfahren eignet sich etwa für verschiedene Stähle, Edelmetalle wie Gold- und Silberlegierungen sowie Legierungen auf Basis von Titan. Die Verarbeitung von Titan stellt jedoch sowohl konventionelle Fertigungsverfahren als auch das „LaserCUSING®“-Verfahren vor große Herausforderungen. Die intensive Verfahrensentwicklungen vom Laser Zentrum Nord und Concept Laser, in enger Kooperation mit Airbus, ermöglichen nun eine qualitätsgesicherte Fertigung metallischer Bauteile für die Luftfahrt.

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.

Digitale Innovation
Kern der Innovation ist der vollständig digitale Charakter des Fertigungsverfahrens. Damit lässt sich der 3-D-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.

Gute Aussichten
Die Bedeutung des 3-D-Drucks von metallischen Produkten reicht weit über den Flugzeugbau hinaus. Die Technologie wird voraussichtlich in vielen Branchen wie dem für Deutschland besonders wichtigen 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.

Über Airbus:
Airbus ist der führende Flugzeughersteller, der die modernste und umfassendste auf dem Markt erhältliche Familie von Verkehrsflugzeugen anbietet. Airbus-Flugzeuge decken die gesamte Kapazitätspalette von 100 bis weit über 500 Sitzen ab. Als Vorreiter für innovative Technologien bietet Airbus einige der sparsamsten und leisesten Flugzeuge der Welt an. Airbus hat bisher mehr als 15.600 Flugzeuge an über 380 Kunden weltweit verkauft und mehr als 9.100 davon bereits ausgeliefert (Stand Juni 2015). Der komfortable Auftragsbestand beläuft sich auf fast 6.400 Flugzeuge, die zur Auslieferung in den kommenden Jahren anstehen. Airbus beschäftigt rund 55.000 Mitarbeiter aus etwa 100 verschiedenen Ländern. Das weltweit operierende Unternehmen verfügt über Konstruktions- und Fertigungsstandorte in Frankreich, Deutschland, Großbritannien und Spanien sowie Tochtergesellschaften in den USA, China, Japan, Indien und im Nahen Osten. Darüber hinaus betreibt Airbus Ersatzteil- und Schulungszentren in Europa, den USA und Asien und unterstützt Kunden von Airbus-Flugzeugen mit Rund-um-die-Uhr-Kundendienstleistungen, um die Rentabilität ihrer Flotten zu maximieren.

Kontaktdaten Airbus in Deutschland:
Pressekontakt: Heiko Stolzke, Manager Media Relations, Telefon: +49 40 743 73016, E-Mail: heiko.stolzke@airbus.com

Über das Laser Zentrum Nord:
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-Harburg gegründet. 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 3-D-Laser-Produktionstechnik.

Kontaktdaten Laser Zentrum Nord:
Pressekontakt: Careen Bock, Marketing Manager, Telefon: +49 40 484 010 500, E-Mail: careen.bock@lzn-hamburg.de. Weitere Informationen zur LZN Laser Zentrum Nord GmbH finden Sie unter: www.lzn-hamburg.de und www.light-alliance-hh.de

Über Concept Laser:
Die Concept Laser GmbH, mit Sitz im oberfränkischen Lichtenfels (D), gilt seit ihrer Gründung im Jahre 2000 als treibender Innovator auf dem Gebiet der Laserschmelz-Technologie und ist mit dem patentierten LaserCUSING®-Verfahren branchenübergreifend tätig.

Der Begriff LaserCUSING®, zusammengesetzt aus dem C von CONCEPT Laser und dem englischen FUSING (vollständig aufschmelzen) beschreibt die Technologie: Das Schmelzverfahren generiert Schicht für Schicht Bauteile unter Verwendung von 3-D CAD Daten und ermöglicht es, komplexe Bauteilgeometrien werkzeuglos zu fertigen. Auf diese Weise können Bauteile realisiert werden, welche mit konventionellen Herstellmethoden nur sehr schwierig oder überhaupt nicht herstellbar sind.

Die Anlagen von Concept Laser verarbeiten verschiedenste Metall-Pulverwerkstoffe wie z.B. Edelstahl, Kobalt-Chrom-Legierungen, Nickelbasislegierungen, Titanlegierungen oder auch Edelmetalle.

Die hohen qualitativen Ansprüche, das Niveau der Erfahrung und die Referenzen von Concept Laser stehen für prozesssichere und kosteneffektive Lösungen, die im Produktionsalltag ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen.

Kontaktdaten Concept Laser:
Pressekontakt: Dipl.-Kfm. Daniel Hund, Head of Marketing, Telefon: +49 9571 1679 251, E-Mail: d.hund@concept-laser.de

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt „3-D-Druck im zivilen Flugzeugbau - eine Fertigungsrevolution hebt ab“ wurde vom Bundesverband der Deutschen Industrie e.V. (BDI) vorgeschlagen.