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Wissen & Umwelt

Produkte für die Megatrends der Zukunft

Gemeinsam forscht es sich besser. Universität, Fraunhofer-Institute und Industrie in Aachen wollen sich deshalb zusammentun. Professor Reinhart Poprawe erklärt im DW-Interview den Laser-Forschungs-Campus.

Deutsche Welle: Professor Poprawe, Deutschland ist mit 40 Prozent Marktanteil der weltgrößte Hersteller und Exporteur von Laserstrahlquellen. Einer der wichtigsten Forschungsstandorte dafür ist Aachen. Hier arbeiten die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT und für Produktionstechnik IPT Hand in Hand mit der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule RWTH mit vier Lehrstühlen für Lasertechnik. Jetzt kommt etwas ganz Neues hinzu: Ein Innovationszentrum für Digitale Photonische Produktion. Worum geht es dabei?

Professor Reinhart Poprawe: 'Universitäre Forschung 2.0', könnte man vielleicht sagen. Wir wollen unsere strategischen Forschungspartner aus der Industrie zwar nicht in die Hochschule aber auf den Campus holen - in die direkte Umgebung mit eigenen Forschungsmöglichkeiten, in denen die Industrie sehr dynamisch atmen kann: Sie kann wachsen, sie kann schrumpfen - je nach den Projekten.

Es handelt sich um ein Projekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), das über 15 Jahre läuft und einen Umfang von bis zu 30 Millionen Euro hat. Es läuft in drei Phasen, die erste in diesem Forschungscampus für Digitale Photonische Produktion (DPP) wird jetzt am Freitag (23.1.2015) feierlich gestartet - mit sieben wundervollen Projekten mit insgesamt etwa 20 Industriepartnern, mit denen der Campus angeschoben werden soll.

Reinhart Poprawe Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT

Prof. Poprawe zeigt eine mit UKP abgetragene Lithografie-Walze und ein durch SLM-generiertes Hüftgelenk

Was sind die zukunftsträchtigsten Forschungsbereiche?

Wir haben das Ganze technisch in drei Bereiche geteilt. Digitale photonische Produktion ist die Vision, dass wir Produkte am Computer designen und dann die elektronischen Daten nur mit dem Licht als Werkzeug in das fertige Produkt umsetzen. Das kann man generativ tun, indem man aus Metallpulver Schicht für Schicht Produkte aufbaut. Das nennt man auch "3-D Druck" oder "selektives Laserschmelzen" (SLM).

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Umgekehrt kann ich das auch aus meiner CAD (Computer Aided Design)-Datei im Computer abtragend tun, wie das Michelangelo mit der Statue Pietà gemacht hat: Er hat aus einem Marmorblock alles weggehauen, was nicht nach Pietà aussah. Wir machen das mit Ultrakurzpulslasern (UKP) - mit Femtosekundenlasern. Bei dieser Technik halten wir hier die Rekorde in der mittleren Leistung.

In beiden Technologien haben wir sehr früh hier angefangen und mittlerweile auch viele Preise gewonnen.

Daneben gibt es auch noch die klassischen Techniken bei lasergestützten Werkzeugmaschinen: etwa Schweißen oder Schneiden in der Automobilindustrie.

Auch die klassischen Gebiete darf man nicht unterschätzen. Sie wachsen ebenfalls weiter und wir haben Projekte mit den relevanten Firmenpartnern. Diese Verfahren haben eine zunehmende Bedeutung in unserer industriellen Fertigung, die uns ja unsere starke Position in Deutschland als Produktionsstandort verschafft. Die Lasertechnik ist in der Produktion eine zentrale Schlüsseltechnologie, obwohl es nur eine relativ kleine Branche ist.

Wenn immer mehr Produkte direkt aus dem Computer produziert werden können - was bedeutet das für die Industrie?

Das weiß man noch nicht so genau. Es fängt in Nischen an: Wir machen erste Analysen für Serienprodukte zum Beispiel mit BMW. Das soll keine herkömmlichen Verfahren ersetzen, man will dadurch eine neue Qualität und Funktionalität im Produkt erreichen.

In der Automobilindustrie könnte man sehr kleine und leichte Bauteile herstellen - dadurch wird es wirtschaftlich interessant. Perspektivisch ließen sich im Design Freiheitsgrade nutzen. Bei generativen Verfahren gilt: Je leichter, je preiswerter. Wir zahlen ja nur für das verschmolzene Material. Die Komplexität des Bauteils bekommen wir dagegen kostenlos. Wir brauchen keine Formen, keine Werkzeuge.

Das heißt: Leichtbau wird immer billiger. Wenn man Gitterstrukturen oder Fachwerkstrukturen etwa im Automobilbau einsetzt, kann man Karosserie- oder Fahrwerkskomponenten gewichtsoptimiert, stabilitätsoptimiert und crash-optimiert bauen. Selbst Schwammstrukturen können wir jetzt in die Produkte einbauen.

Man kann sich also etwas aus der Natur für die Technik abschauen. Wohin geht die Reise im Bereich der Medizin?

Die individuellen Nischenanwendungen sind die ersten. Wir können sehr individuell fertigen - auch in sehr kleinen Stückzahlen. Vor etwa 14 Jahren begann die erste Umsetzung im größeren Maßstab in der Dentaltechnik. Dabei wird Zahnersatz aus hochfesten Titanlegierungen mit selektivem Laserschmelzen gemacht.

Hüftimplantate werden bisher in bestimmten "Konfektionsgrößen" geliefert. Jetzt können sie direkt nach Vorlagen aus dem Computertomografen maßgeschneidert und ausgedruckt werden.

Stent aus medizinischem Polymer (Foto: Trumpf)

Ein Stent aus einem medizinischen Polymer, der mit ultrakurzpulslasern geschnitten wurde

Die Zukunft geht in Richtung Polylactide, Polymere aus Milchsäuremoleküle, oder Hydroxylapatite - das sind Mineralkristalle. Beide Stoffe können wir durch einen Sinterprozess als keramische Werkstoffe nutzen. Damit können wir Implantate herstellen, die mit der Zeit wieder durch das natürliche Knochenwachstum ersetzt werden. Am Ende ist der Knochen wieder da und das Implantat weg.

Man denkt jetzt auch darüber nach, Stents daraus herzustellen. So könnte man die Wirkdauer eines Stents programmieren und er wäre dann nach einigen Wochen oder Jahren weg, je nachdem, was der Arzt für notwendig hält.

Bei so innovativen Techniken und Standorten besteht natürlich immer auch die Gefahr des Diebstahls geistigen Eigentums. Auch bei der Lasertechnik?

Es ist wie in allen anderen Technologien und Prozessen. Wir müssen schauen, dass wir Lösungen ein Stückchen schneller, preiswerter, präziser und vielleicht auch kundenfreundlicher anbieten als alle anderen. Das scheinen wir aufgrund unserer Kultur und Werte in der Gesellschaft und auch in den Umsetzungsprozessen gut verankert zu haben.

Die Infrastruktur zwischen den kleinen mittelständischen Spezialunternehmen und den großen Märkten ist zuverlässig. Wir vertrauen darauf, dass wir das auch in Zukunft weiter kultivieren können. Der Innovations-Campus kann uns dabei helfen. Dann können wir auch gemeinsam mit unseren Partnern aus Firmen und Industrie marktfähige und preiswerte Lösungen für die zukünftigen Megatrends finden, wie etwa Energie oder Gesundheit. Und die werden dann auch als innovativer und attraktiver wahrgenommen als das, was sonst so auf der Welt passiert.

Das Interview führte Fabian Schmidt

Prof. Reinhart Poprawe leitet das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen und ist Lehrstuhlinhaber für Lasertechnik LLT an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH Aachen). Am Freitag (23.1.2015) eröffnet er gemeinsam mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie Partnern aus Firmen und Industrie den Forschungscampus Digital Photonic Production in Aachen.

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