Revolución en la construcción de aviones: ¡los residuos de titanio ahora se reciclan para fines valiosos!

Revolución en la construcción de aviones: ¡los residuos de titanio ahora se reciclan para fines valiosos!

Los retos en la producción de componentes de titanio no son sólo técnicos, sino también ecológicos. Durante el mecanizado, que incluye procesos como fresado, torneado y rectificado, una proporción importante de la materia prima de titanio se pierde en forma de virutas. Se estima que estas tasas de mecanizado pueden alcanzar hasta el 90 por ciento cuando se mecanizan componentes de aviones grandes. Sin embargo, estos chips de desecho, a menudo considerados desechos sin valor, podrían tener un uso nuevo y prometedor. Este es el objetivo del proyecto de investigación Return II de la Universidad Leibniz de Hannover, cuyo objetivo es un ciclo cerrado de materiales para componentes de titanio. El proyecto está dirigido por el Instituto de Tecnología de Fabricación y Máquinas-Herramienta (IFW), en cooperación con cuatro socios industriales. La principal preocupación es convertir los chips resultantes del procesamiento en polvo de titanio de alta calidad para aumentar significativamente la eficiencia energética y de recursos y también reducir drásticamente las emisiones de CO2.

La actual cadena de procesos muestra claros déficits en términos de eficiencia económica y conservación de recursos. Las virutas de titanio suelen estar contaminadas por oxidación, residuos de lubricantes refrigerantes y partículas de herramientas, lo que dificulta mucho el reciclaje. Sin embargo, las investigaciones básicas en el marco de Return II han demostrado que estas contaminaciones pueden reducirse mediante un ajuste específico de las variables del proceso. Se podrían utilizar procesos innovadores para producir material de titanio sólido de alta calidad a partir de chips reciclados, evitando así el proceso de fusión tradicional que consume mucha energía. Más bien, el objetivo es introducir los chips directamente en los procesos modernos de producción de polvo, como los procesos de atomización, que podrían reducir no sólo el consumo de energía sino también las emisiones de CO2 hasta en un 80 por ciento.

Estrategia de reciclaje y fabricación aditiva

El proyecto Return II tiene el desafío de desarrollar una estrategia de reciclaje para componentes de titanio para aviones y pretende utilizar al menos un 70 por ciento de material reciclado en la producción. Esta estrategia podría ahorrar alrededor de 87,7 GWh de energía y 42 kilotones de CO2 en Alemania. Además, se está investigando la transferibilidad de esta estrategia a otros materiales para conseguir un ahorro adicional de alrededor de 16 GWh. La pureza del material de titanio juega un papel crucial, especialmente en la aviación, donde normalmente se requiere una calidad de “Grado 5”. El método de fabricación aditiva integrada, como la fusión selectiva por láser (SLM), es prometedor. El consorcio que trabaja en este proyecto está formado por varias instituciones de investigación y empresas, entre ellas la Universidad Leibniz de Hannover y DMG MORI Additive.

Otro actor importante en la fusión de métodos de fabricación innovadores es Premium AEROTEC. Esta empresa ya ha sido pionera en la producción en serie en 3D de componentes complejos de titanio para aviones. El 11 de abril de 2019, la finalización de una auditoría de procesos industriales por parte de Airbus allanó el camino para la calificación general de los procesos aditivos en sistemas multiláser. Esto significa que ahora se pueden eliminar las costosas muestras en proceso, lo que hace que la fabricación de aditivos metálicos sea más rentable y conduzca a una aplicación más amplia en la aviación. Desde 2013, sus responsables han reconocido las posibilidades de la fabricación aditiva y han llevado a cabo intensos esfuerzos de investigación para optimizar el proceso de “fusión de lecho de polvo por láser”.

El camino hacia la eficiencia energética

Los procesos aditivos no sólo abren nuevas posibilidades en la construcción ligera, sino también en la producción de estructuras biónicas que aumentan aún más la eficiencia. La estrecha colaboración entre equipos interdisciplinarios fue crucial para la cualificación exitosa de la nueva tecnología. Antes de su implantación en la aviación civil, era necesario cumplir elevados estándares en materia de fiabilidad de los procesos, reproducibilidad y calidad de los materiales. En el marco de intensas investigaciones se probaron varios miles de muestras de materiales para garantizar la calidad y la rentabilidad de los nuevos procesos. Centrándose en la conservación de recursos y la sostenibilidad, la combinación de devolver chips de titanio al ciclo de producción y mejorar continuamente los métodos de fabricación aditiva podría representar un paso decisivo hacia un futuro más respetuoso con el medio ambiente para la industria de la aviación.