ثورة في صناعة الطائرات: يتم الآن إعادة تدوير بقايا التيتانيوم لأغراض قيمة!

ثورة في صناعة الطائرات: يتم الآن إعادة تدوير بقايا التيتانيوم لأغراض قيمة!

التحديات في إنتاج مكونات التيتانيوم ليست تقنية فحسب، بل بيئية أيضًا. أثناء التصنيع، الذي يتضمن عمليات مثل الطحن والخراطة والطحن، يتم فقدان نسبة كبيرة من مادة التيتانيوم الخام على شكل رقائق. وتشير التقديرات إلى أن معدلات المعالجة هذه يمكن أن تصل إلى 90 بالمائة عند معالجة مكونات الطائرات الكبيرة. ومع ذلك، يمكن استخدام رقائق النفايات هذه، والتي غالبًا ما تُعتبر نفايات لا قيمة لها، في استخدامات جديدة واعدة. هذا هو هدف المشروع البحثي Return II في جامعة لايبنتز هانوفر، والذي يتمثل هدفه في إنشاء دورة مواد مغلقة لمكونات التيتانيوم. ويقود المشروع معهد تكنولوجيا التصنيع والأدوات الآلية (IFW)، بالتعاون مع أربعة شركاء صناعيين. يتمثل الاهتمام الرئيسي في تحويل الرقائق الناتجة عن المعالجة إلى مسحوق تيتانيوم عالي الجودة من أجل زيادة كفاءة الموارد والطاقة بشكل كبير وكذلك تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير.

وتظهر سلسلة العمليات الحالية عجزا واضحا من حيث الكفاءة الاقتصادية والحفاظ على الموارد. غالبًا ما تكون رقائق التيتانيوم ملوثة بالأكسدة وبقايا مواد التشحيم المبردة وجزيئات الأدوات، مما يجعل إعادة التدوير أكثر صعوبة. ومع ذلك، أظهرت التحقيقات الأساسية كجزء من العودة الثانية أنه يمكن تقليل هذه التلوثات من خلال التعديل المستهدف لمتغيرات العملية. ومن الممكن استخدام عمليات مبتكرة لإنتاج مادة تيتانيوم صلبة عالية الجودة من الرقائق المعاد تدويرها، وبالتالي تجنب عملية الصهر التقليدية كثيفة الاستهلاك للطاقة. وبدلاً من ذلك، فإن الهدف هو إدخال الرقائق مباشرة في عمليات إنتاج المسحوق الحديثة مثل عمليات الانحلال، والتي لا يمكنها فقط تقليل استهلاك الطاقة ولكن أيضًا انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى 80 بالمائة.

استراتيجية إعادة التدوير والتصنيع الإضافي

يواجه مشروع Return II التحدي المتمثل في تطوير استراتيجية إعادة تدوير مكونات الطائرات المصنوعة من التيتانيوم ويهدف إلى استخدام ما لا يقل عن 70 بالمائة من المواد المعاد تدويرها في الإنتاج. يمكن لهذه الاستراتيجية أن توفر حوالي 87.7 جيجاوات ساعة من الطاقة و42 كيلو طن من ثاني أكسيد الكربون في ألمانيا. بالإضافة إلى ذلك، يتم دراسة إمكانية تحويل هذه الإستراتيجية إلى مواد أخرى لتحقيق وفورات إضافية تبلغ حوالي 16 جيجاوات في الساعة. تلعب نقاء مادة التيتانيوم دورًا حاسمًا، خاصة في مجال الطيران، حيث تكون الجودة "من الدرجة الخامسة" مطلوبة عادةً. تعد طريقة التصنيع المضافة المتكاملة، مثل ذوبان الليزر الانتقائي (SLM)، واعدة. يتكون الكونسورتيوم الذي يعمل في هذا المشروع من العديد من المؤسسات البحثية والشركات، بما في ذلك جامعة لايبنيز هانوفر وشركة DMG MORI Additive.

لاعب مهم آخر في دمج أساليب التصنيع المبتكرة هو Premium AEROTEC. لقد كانت هذه الشركة رائدة بالفعل في الإنتاج التسلسلي ثلاثي الأبعاد لمكونات الطائرات المعقدة المصنوعة من التيتانيوم. في 11 أبريل 2019، مهد الانتهاء من تدقيق العمليات الصناعية من قبل شركة إيرباص الطريق لتأهيل العملية الشاملة للعمليات المضافة في أنظمة الليزر المتعددة. وهذا يعني أنه يمكن الآن التخلص من العينات الباهظة الثمن أثناء المعالجة، مما يجعل تصنيع الإضافات المعدنية أكثر فعالية من حيث التكلفة ويؤدي إلى تطبيق أوسع في مجال الطيران. منذ عام 2013، أدرك المسؤولون إمكانيات التصنيع الإضافي وقاموا بجهود بحثية مكثفة لتحسين عملية "ذوبان طبقة المسحوق بالليزر".

الطريق إلى كفاءة الطاقة

لا تتيح العمليات المضافة إمكانيات جديدة في البناء خفيف الوزن فحسب، بل تتيح أيضًا إنتاج هياكل إلكترونية تزيد من الكفاءة. كان التعاون الوثيق بين الفرق متعددة التخصصات أمرًا بالغ الأهمية للتأهيل الناجح للتكنولوجيا الجديدة. قبل التنفيذ في الطيران المدني، كان لا بد من استيفاء معايير عالية فيما يتعلق بموثوقية العملية وإمكانية التكرار وجودة المواد. تم اختبار عدة آلاف من عينات المواد كجزء من التحقيقات المكثفة لضمان جودة العمليات الجديدة وفعاليتها من حيث التكلفة. ومع التركيز على الحفاظ على الموارد واستدامتها، فإن الجمع بين إعادة رقائق التيتانيوم إلى دورة الإنتاج والتحسين المستمر لأساليب التصنيع المضافة يمكن أن يمثل خطوة حاسمة نحو مستقبل أكثر صداقة للبيئة لصناعة الطيران.