Revoluce ve stavbě letadel: Titanové zbytky se nyní recyklují pro cenné účely!

Revoluce ve stavbě letadel: Titanové zbytky se nyní recyklují pro cenné účely!

Výzvy při výrobě titanových komponent jsou nejen technické, ale také ekologické. Během obrábění, které zahrnuje procesy jako frézování, soustružení a broušení, se značná část titanové suroviny ztrácí ve formě třísek. Odhaduje se, že tyto rychlosti obrábění mohou při obrábění velkých součástí letadel dosáhnout až 90 procent. Tyto odpadní štěpky, často považované za bezcenný odpad, by však mohly být nově perspektivně využity. To je cílem výzkumného projektu Return II na Leibniz University Hannover, jehož cílem je uzavřený materiálový cyklus pro titanové součásti. Projekt vede Institut pro výrobní technologii a obráběcí stroje (IFW) ve spolupráci se čtyřmi průmyslovými partnery. Ústředním zájmem je přeměnit čipy vzniklé zpracováním na vysoce kvalitní titanový prášek s cílem výrazně zvýšit účinnost zdrojů i energie a také drasticky snížit emise CO2.

Současný procesní řetězec vykazuje jasné nedostatky z hlediska ekonomické efektivity a zachování zdrojů. Titanové třísky jsou často kontaminovány oxidací, zbytky chladícího maziva a částicemi nástrojů, což značně ztěžuje recyklaci. Základní výzkumy v rámci Return II však ukázaly, že tyto kontaminace lze snížit cíleným přizpůsobením procesních proměnných. Inovativní procesy by mohly být použity k výrobě vysoce kvalitního pevného titanového materiálu z recyklovaných třísek, čímž by se zabránilo tradičnímu, energeticky náročnému procesu tavení. Místo toho je cílem zavést čipy přímo do moderních procesů výroby prášku, jako jsou procesy atomizace, které by mohly snížit nejen spotřebu energie, ale i emise CO2 až o 80 procent.

Recyklační strategie a aditivní výroba

Projekt Return II má za úkol vyvinout strategii recyklace titanových součástí letadel a jeho cílem je použít při výrobě alespoň 70 procent recyklovaného materiálu. Tato strategie by mohla v Německu ušetřit přibližně 87,7 GWh energie a 42 kilotun CO2. Kromě toho se zkoumá přenositelnost této strategie na jiné materiály s cílem dosáhnout dalších úspor ve výši přibližně 16 GWh. Čistota titanového materiálu hraje zásadní roli zejména v letectví, kde je obvykle vyžadována kvalita „Grade 5“. Slibný je integrovaný způsob výroby aditiv, jako je selektivní laserové tavení (SLM). Konsorcium pracující na tomto projektu se skládá z několika výzkumných institucí a společností, včetně Leibniz University Hannover a DMG MORI Additive.

Dalším důležitým hráčem ve spojení inovativních výrobních metod je Premium AEROTEC. Tato společnost již byla průkopníkem 3D sériové výroby složitých titanových součástí letadel. 11. dubna 2019 dokončení auditu průmyslových procesů společností Airbus otevřelo cestu pro celkovou procesní kvalifikaci aditivních procesů na multilaserových systémech. To znamená, že nyní lze eliminovat drahé vzorky v průběhu procesu, což činí výrobu kovových aditiv nákladově efektivnější a vede k širšímu uplatnění v letectví. Od roku 2013 odpovědní pracovníci rozpoznali možnosti aditivní výroby a vyvinuli intenzivní výzkumné úsilí k optimalizaci procesu „tavení laserového lože“.

Cesta k energetické účinnosti

Aditivní procesy umožňují nejen nové možnosti v lehké konstrukci, ale také výrobu bionických struktur, které dále zvyšují efektivitu. Pro úspěšnou kvalifikaci nové technologie byla klíčová úzká spolupráce mezi mezioborovými týmy. Před implementací v civilním letectví musely být splněny vysoké standardy týkající se spolehlivosti procesu, reprodukovatelnosti a kvality materiálu. V rámci intenzivních výzkumů bylo testováno několik tisíc vzorků materiálů, aby byla zajištěna kvalita a hospodárnost nových procesů. Se zaměřením na zachování zdrojů a udržitelnost by kombinace vracení titanových čipů do výrobního cyklu a neustálého zdokonalování aditivních výrobních metod mohla představovat rozhodující krok směrem k budoucnosti šetrnější k životnímu prostředí pro letecký průmysl.