Επανάσταση στην κατασκευή αεροσκαφών: Τα υπολείμματα τιτανίου ανακυκλώνονται πλέον για πολύτιμους σκοπούς!

Επανάσταση στην κατασκευή αεροσκαφών: Τα υπολείμματα τιτανίου ανακυκλώνονται πλέον για πολύτιμους σκοπούς!

Οι προκλήσεις στην παραγωγή εξαρτημάτων τιτανίου δεν είναι μόνο τεχνικές, αλλά και οικολογικές. Κατά τη μηχανική κατεργασία, η οποία περιλαμβάνει διεργασίες όπως άλεση, τόρνευση και λείανση, ένα σημαντικό ποσοστό της πρώτης ύλης τιτανίου χάνεται ως τσιπς. Εκτιμάται ότι αυτοί οι ρυθμοί μηχανικής κατεργασίας μπορούν να φτάσουν έως και το 90 τοις εκατό κατά την κατεργασία μεγάλων εξαρτημάτων αεροσκαφών. Ωστόσο, αυτά τα τσιπ απορριμμάτων, που συχνά θεωρούνται άχρηστα απόβλητα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε νέα, πολλά υποσχόμενη χρήση. Αυτός είναι ο στόχος του ερευνητικού προγράμματος Return II στο Πανεπιστήμιο Leibniz του Ανόβερου, στόχος του οποίου είναι ένας κλειστός κύκλος υλικών για εξαρτήματα τιτανίου. Το έργο διευθύνεται από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Κατασκευής και Εργαλειομηχανών (IFW), σε συνεργασία με τέσσερις βιομηχανικούς εταίρους. Το κεντρικό μέλημα είναι να μετατραπούν τα τσιπ που προκύπτουν από την επεξεργασία σε σκόνη τιτανίου υψηλής ποιότητας, προκειμένου να αυξηθεί σημαντικά τόσο η απόδοση των πόρων όσο και η ενεργειακή απόδοση και επίσης να μειωθούν δραστικά οι εκπομπές CO2.

Η τρέχουσα αλυσίδα διεργασιών παρουσιάζει σαφή ελλείμματα όσον αφορά την οικονομική απόδοση και τη διατήρηση των πόρων. Τα τσιπς τιτανίου συχνά μολύνονται από οξείδωση, υπολείμματα ψυκτικού λιπαντικού και σωματίδια εργαλείων, γεγονός που καθιστά την ανακύκλωση πολύ πιο δύσκολη. Ωστόσο, οι βασικές έρευνες ως μέρος της Επιστροφής II έχουν δείξει ότι αυτές οι μολύνσεις μπορούν να μειωθούν μέσω στοχευμένης προσαρμογής των μεταβλητών της διαδικασίας. Θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν καινοτόμες διαδικασίες για την παραγωγή υψηλής ποιότητας στερεού υλικού τιτανίου από ανακυκλωμένα τσιπ, αποφεύγοντας έτσι την παραδοσιακή, ενεργοβόρα διαδικασία τήξης. Αντίθετα, ο στόχος είναι να εισαχθούν τα τσιπ απευθείας σε σύγχρονες διαδικασίες παραγωγής σκόνης, όπως οι διαδικασίες ψεκασμού, οι οποίες θα μπορούσαν όχι μόνο να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας αλλά και τις εκπομπές CO2 έως και 80%.

Στρατηγική ανακύκλωσης και κατασκευή προσθέτων

Το έργο Return II έχει την πρόκληση να αναπτύξει μια στρατηγική ανακύκλωσης για εξαρτήματα αεροσκαφών τιτανίου και στοχεύει στη χρήση τουλάχιστον 70 τοις εκατό ανακυκλωμένου υλικού στην παραγωγή. Αυτή η στρατηγική θα μπορούσε να εξοικονομήσει περίπου 87,7 GWh ενέργειας και 42 κιλοτόνους CO2 στη Γερμανία. Επιπλέον, διερευνάται η δυνατότητα μεταφοράς αυτής της στρατηγικής σε άλλα υλικά για να επιτευχθεί επιπλέον εξοικονόμηση περίπου 16 GWh. Η καθαρότητα του υλικού τιτανίου παίζει καθοριστικό ρόλο, ειδικά στην αεροπορία, όπου συνήθως απαιτείται ποιότητα «Grade 5». Η ολοκληρωμένη μέθοδος κατασκευής προσθέτων, όπως η επιλεκτική τήξη με λέιζερ (SLM), είναι πολλά υποσχόμενη. Η κοινοπραξία που εργάζεται σε αυτό το έργο αποτελείται από διάφορα ερευνητικά ιδρύματα και εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων των πανεπιστημίων Leibniz Hannover και DMG MORI Additive.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας στη συγχώνευση καινοτόμων μεθόδων παραγωγής είναι η Premium AEROTEC. Αυτή η εταιρεία έχει ήδη πρωτοστατήσει στην τρισδιάστατη σειριακή παραγωγή σύνθετων εξαρτημάτων αεροσκαφών τιτανίου. Στις 11 Απριλίου 2019, η ολοκλήρωση ενός ελέγχου βιομηχανικών διεργασιών από την Airbus άνοιξε το δρόμο για τη συνολική πιστοποίηση διεργασιών πρόσθετων διεργασιών σε συστήματα πολλαπλών λέιζερ. Αυτό σημαίνει ότι τα ακριβά δείγματα κατά τη διαδικασία μπορούν πλέον να εξαλειφθούν, καθιστώντας την κατασκευή μεταλλικών πρόσθετων πιο οικονομική και οδηγώντας σε ευρύτερη εφαρμογή στην αεροπορία. Από το 2013, οι υπεύθυνοι έχουν αναγνωρίσει τις δυνατότητες παραγωγής πρόσθετων και έχουν αναλάβει εντατικές ερευνητικές προσπάθειες για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας «τήξης σε σκόνη λέιζερ».

Ο δρόμος προς την ενεργειακή απόδοση

Οι διαδικασίες πρόσθετων όχι μόνο επιτρέπουν νέες δυνατότητες στην ελαφριά κατασκευή, αλλά και την παραγωγή βιονικών δομών που αυξάνουν περαιτέρω την απόδοση. Η στενή συνεργασία μεταξύ διεπιστημονικών ομάδων ήταν καθοριστική για την επιτυχή πρόκριση της νέας τεχνολογίας. Πριν από την εφαρμογή στην πολιτική αεροπορία, έπρεπε να πληρούνται υψηλά πρότυπα σχετικά με την αξιοπιστία της διαδικασίας, την αναπαραγωγιμότητα και την ποιότητα του υλικού. Αρκετές χιλιάδες δείγματα υλικών δοκιμάστηκαν ως μέρος εντατικών ερευνών για να διασφαλιστεί η ποιότητα και η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας των νέων διαδικασιών. Με έμφαση στη διατήρηση των πόρων και τη βιωσιμότητα, ο συνδυασμός της επιστροφής τσιπς τιτανίου στον κύκλο παραγωγής και της συνεχούς βελτίωσης των μεθόδων κατασκευής προσθέτων θα μπορούσε να αποτελέσει ένα αποφασιστικό βήμα προς ένα πιο φιλικό προς το περιβάλλον μέλλον για την αεροπορική βιομηχανία.