Im Mai 1967 wurde im englischen Cambridge Industriegeschichte geschrieben: Peter Houldcraft durchtrennt mit einem sauerstoffunterstützten CO2-Laserstrahl erstmals ein 1 Millimeter dickes Stahlblech. Der Forscher vom Forschungs- und Technologie-Institut TWI legt damit den Grundstein für eine völlig neue Produktionstechnik, die heute aus kaum einer Werkhalle noch wegzudenken ist. Beim Bohren, Schneiden und Schweißen lösen Industrielaser nach und nach alle anderen Werkzeuge ab. Ihr volles Potenzial hat die Technologie jedoch noch längst nicht entfaltet.
Obwohl der Laser grundsätzlich mit Lichtgeschwindigkeit arbeitet, stellt er in vielen Fertigungsstraßen stellenweise einen Flaschenhals dar. Das Problem liegt beim Lenk- beziehungsweise Bewegungssystem, das gerade bei der Herstellung von Batteriezellen und Photovoltaikmodulen der limitierende Faktor ist. „Es reicht nicht aus, einen Laserstrahl nur auf ein Werkstück zu richten – er muss auch bewegt werden. Wenn man zu viel Leistung in den Prozess gibt, verbrennt oder verdampft sogar alles – es sei denn man lenkt den Strahl schneller“, erklärt Felix Wellmann vom angehenden Startup „Inleap Photonics“ aus Hannover.
Daran, wie man dem Lichtverstärker noch mehr Beweglichkeit verpassen kann, tüfteln Wissenschaftler aus aller Welt. Dem studierten Maschinenbauer und seinem Team könnte aber nun ein entscheidender Durchbruch gelungen sein. „Wir sind in Geschwindigkeitsbereichen unterwegs, die über den Stand der Technik hinausgehen und bei denen man die Fertigungsbahnen nicht mehr anhalten muss. Die Nebenzeiten werden auf ein Minimum reduziert“, sagt Marius Lammers. 20 Firmen hätten bereits Interesse an der Neuentwicklung aus Hannover angemeldet. „Vom kleinen Startup über mittelständische Unternehmen bis hin zu Großkonzernen ist alles dabei“, verrät Lammers und will die Partner aus der Industrie nicht lange warten lassen: „Unser Ziel ist es, dass wir in anderthalb Jahren einen funktionierenden Prototypen haben.“
„Es sind viele Zufälle, die uns hier zusammengeführt haben“, erzählt Lammers, der im Laser-Zentrum Hannover (LZH) bis zur Ausgründung als Gruppenleiter für Maschinen und Steuerungen verantwortlich war. Während er im Team die mechanische Konstruktion überblickt, ist sein Partner Wellmann vor allem für die Auslegung der Optik zuständig. „Das sind zwei Welten, die hier aufeinandertreffen – die der Physiker und die der Maschinenbauer, wo es auch mal rauere Umgebungsbedingungen gibt“, sagt der 30-Jährige und grinst. Die zwei Tüftler haben sich erst im Laser-Zentrum kennengelernt, wo auch die beiden anderen Team-Mitglieder Jannes August (Software und Elektro) und Katharina Haas (Finanzen und Marketing) dazu gestoßen sind. „Wenn diese vier Hintergründe aufeinandertreffen, ist das hochgradig spannend. Startups kommen ja oft nur aus einem Lager”, sagt Lammers.
Für das geplante Startup „Inleap Photonics“ verfolgt der Hildesheimer, der auch für den Vertrieb zuständig ist, einen sehr bodenständigen Ansatz. „Das Produkt muss nicht cool sein und auch nicht hipp, es muss funktionieren“, betont er. Für den wissenschaftlichen Idealismus ist Wellmann zuständig. „Wir wollen einen Teil der Laserindustrie verbessern und verändern“, lautet das Ziel des 31-jährigen Hannoveraners. „Wir haben gesehen, dass die Strahllenksysteme, die sich am Markt befinden, einfach zu langsam sind und ein eigenes System entwickelt, das nicht durch Massenträgheit limitiert ist“, sagt er.
Die Ergebnisse der ersten Testphase lassen aufhorchen: „Wir erreichen beim Laserschweißen eine um 250 Prozent höhere Ausbringung bei 50 Prozent weniger Energiebedarf.“ Sollte sich das auf die Industriefertigung übertragen lassen, könnte das nicht nur bei der Solarzellenherstellung für einen gewaltigen Produktivitätsschub sorgen. „Im Moment zielen wir vor allem auf den Bereich der Batteriezellproduktion ab“, sagt Wellmann. Lammers will zudem den 3D-Druck nicht außen vorlassen. „Mit unserem System sind wir dort fünf- bis achtmal schneller“, ergänzt er.
Kein Zufall ist es, dass wie schon vor 67 Jahren in England wieder einmal die Mitarbeiter eines Forschungszentrums für einen Evolutionssprung bei der Lasertechnologie sorgen. „Ich bin superhappy, dass ich hier am Laser-Zentrum gelandet bin, denn ich habe hier unheimlich viele Chancen bekommen. Die Infrastruktur, die wir brauchen, um so ein Produkt zur Reife zu bringen, ist für Privatleute allein nicht zu stemmen“, sagt Wellmann. Das bestätigt auch Lammers. „Ohne das LZH, nur mit den Mitteln des Exist-Forschungstransfers, wäre so ein Hochtechnologie-Produkt nicht machbar gewesen“, sagt der Experte für Materialbearbeitung. Das Laser-Zentrum sei nicht nur räumlich und technisch gut ausgestattet, die Forscher würden sich auch untereinander viele wichtige Impulse geben. Zudem sei die Einrichtung auch in der Industrie gut vernetzt. „Das hat uns dabei geholfen, die notwendigen Eigenschaften unseres Produkts weiter zu schärfen.“
Ähnliche Erfahrungen hat auch das zweite Gründer-Team gemacht, das sich derzeit im LZH auf einen Markstart vorbereitet. „LAMµC“ („Laser Additive Manufacturing of Micro-Components“) heißt das angehende Startup, dessen Vorliebe für den zwölften Buchstaben des griechischen Alphabets nicht von ungefähr kommt. Als Maßeinheit steht My (µ) für ein Millionstel und beschreibt die winzigen Dimensionen, in denen sich die Spezialisten für 3D-Druck-Mikrobauteile bewegen. Während 3D-Mikrobauteile unter der Lupe irgendwann ziemlich krude wirken, können die vier Wissenschaftler auf fünf Mikrometer genau drucken. „Wir haben quasi die 4K-Auflösung für den 3D-Druck entwickelt“, bringt Christian Hoff das Prinzip auf eine einfache Formel.
Die neue Technik ermöglicht extra scharfe Schneidkanten oder komplexe Innenstrukturen – wie zum Beispiel einen anderthalb Millimeter dicken Mikrobohrer mit geschlossener Kühlschleife. Bislang sind Operationen mit solchen Geräten in sensiblen Geweberegionen oder in Nervennähe äußerst gefährlich, weil es schon ab 47 Grad Celsius zu irreversiblen Schäden kommen kann. Durch die interne Kühlung der sich schnell erhitzenden Bohrer und Fräsen könnte daher künftig viel Wartezeit eingespart werden. Grundsätzlich können sich Christian Hoff und sein Kollege Niklas Gerdes verschiedene Einsatzgebiete für ihre Erfindung vorstellen: In der Medizintechnik und Pharmabranche, im Werkzeugteilebau oder auch in der Mikrofluidik, die sich unter anderem mit der Analyse von kleinsten Mengen an DNS und anderen Biomolekülen beschäftigt.
„Die Grundlage unseres Verfahrens ist das Pulverbettverfahren mit Metallpulver. Das ist bereits Stand der Technik und wird auch industriell eingesetzt“, erklärt Gerdes, der seinen Master in Optik und Photonik gemacht hat und später noch in Maschinenbau promovierte. Das zahlt sich jetzt aus, denn das Geheimnis von „LAMµC“ beruht auf Lasertechnologie. „Wir setzen den Laser nicht nur als Schweißwerkzeug ein, sondern auch zur Konturierung“, verrät der Hannoveraner. Derzeit tüfteln er und seine Kollegen daran, wie sie die komplexen Mikrobauteile in möglichst hoher Stückzahl herstellen können.
„Neben der Prototypenfertigung liegt der Fokus des Gründungsvorhabens insbesondere auf der Serienfertigung, die für das neue Verfahren eine höhere Wirtschaftlichkeit garantiert“, sagt Hoff. Mit den konventionellen Metallbautechnik-Verfahren wie Tiefziehen und Spanen kann das Startup-Team bei der Herstellung von einfachen Halbzeugen in höherer Stückzahl nicht konkurrieren. „Wir sind etwas teurer als die konventionelle Fertigung“, räumt der promovierte Maschinenbauer ein, „wir können aber konkurrenzfähige Preise bieten“. Das Ziel sei es allerdings auch nicht, die etablierten Lohnfertiger auszubooten, sondern neue Möglichkeiten für die Industrie zu eröffnen und eine neue Nische zu schaffen. „Wenn man’s einfach herstellen kann, dann braucht man uns nicht“, sagt Gerdes.
Unternehmen mit hohen Ansprüchen rennen angehenden Startups allerdings nicht gerade die Bude ein. Wirtschaftsingenieur und Marketing-Experte Wilhelm Jahn sucht daher aktiv den Kontakt zu den Firmen, um Kooperationspartner zu finden und Entwicklungsingenieure auf die Neuentwicklung aus dem LZH aufmerksam zu machen. „Wir merken schon, dass bei den Unternehmen das Geld nicht mehr so locker sitzt“, sagt Hoff. Über mangelndes Interesse aus der Wirtschaft können sich die Existenzgründer aber nicht beklagen.
„Viele Unternehmen wollen beim Trend ‚3D-Druck‘ dabei sein. Das setzt aber viel Wissen und Erfahrung der Bediener voraus“, sagt Gerdes. Das „LAMµC“-Geschäftskonzept soll deswegen auch nicht nur darin bestehen, den Unternehmen einen Hightech-Drucker in die Werkhalle zu stellen, sondern auch Wartung und Betreuung beinhalten. „Die Wertschöpfung liegt ja auch in der Anlagenbedienung selber“, weiß der Projektleiter. Auch hier zeigt sich: Wer es in der deutschen Welt der Hightech-Startups zu etwas bringen will, der muss den Fokus von Anfang an auch auf das richtige Geschäftsmodell legen.
