Vallankumous lentokoneiden rakentamisessa: Titaanijäämiä kierrätetään nyt arvokkaisiin tarkoituksiin!

Vallankumous lentokoneiden rakentamisessa: Titaanijäämiä kierrätetään nyt arvokkaisiin tarkoituksiin!

Titaanikomponenttien valmistuksen haasteet eivät ole vain teknisiä, vaan myös ekologisia. Koneistuksen aikana, joka sisältää muun muassa jyrsinnän, sorvauksen ja jauhamisen, merkittävä osa titaaniraaka-aineesta häviää lastuna. On arvioitu, että nämä koneistusnopeudet voivat nousta jopa 90 prosenttiin suuria lentokoneiden osia koneistettaessa. Nämä usein arvottomaksi jätteeksi pidetyt jätehakkeet voitaisiin kuitenkin ottaa uuteen, lupaavaan käyttöön. Tämä on Hannoverin Leibnizin yliopiston Return II -tutkimusprojektin tavoite, jonka tavoitteena on suljettu materiaalikierto titaanikomponenteille. Hanketta vetää Valmistustekniikan ja työstökoneiden instituutti (IFW) yhteistyössä neljän teollisuuskumppanin kanssa. Keskeisenä huolenaiheena on jalostuksessa syntyvien lastujen muuntaminen korkealaatuiseksi titaanijauheeksi, jotta voidaan merkittävästi lisätä sekä resurssien että energiatehokkuutta sekä vähentää merkittävästi CO2-päästöjä.

Nykyinen prosessiketju osoittaa selkeitä alijäämiä taloudellisessa tehokkuudessa ja resurssien säästämisessä. Titaanisirut ovat usein hapettumisen, jäähdytysvoiteluainejäämien ja työkaluhiukkasten saastuttamia, mikä tekee kierrätyksestä paljon vaikeampaa. Perustutkimukset osana Return II:ta ovat kuitenkin osoittaneet, että näitä kontaminaatioita voidaan vähentää prosessimuuttujia kohdennetulla säätämällä. Innovatiivisilla prosesseilla voitaisiin valmistaa korkealaatuista kiinteää titaanimateriaalia kierrätyslastuista, jolloin vältetään perinteinen, energiaintensiivinen sulatusprosessi. Sen sijaan haketta pyritään tuomaan suoraan nykyaikaisiin jauheen tuotantoprosesseihin, kuten sumutusprosesseihin, joilla voidaan vähentää energiankulutuksen lisäksi myös CO2-päästöjä jopa 80 prosenttia.

Kierrätysstrategia ja lisäaineiden valmistus

Return II -projektin haasteena on kehittää titaanisten lentokoneiden osien kierrätysstrategia ja tavoitteena on käyttää tuotannossa vähintään 70 prosenttia kierrätysmateriaalia. Tällä strategialla voitaisiin säästää noin 87,7 GWh energiaa ja 42 kilotonnia hiilidioksidipäästöjä Saksassa. Lisäksi selvitetään tämän strategian siirrettävyyttä muihin materiaaleihin noin 16 GWh:n lisäsäästöjen saavuttamiseksi. Titaanimateriaalin puhtaus on ratkaisevassa roolissa, erityisesti lentoliikenteessä, jossa yleensä vaaditaan "Grade 5" -laatua. Integroitu lisäainevalmistusmenetelmä, kuten selektiivinen lasersulatus (SLM), on lupaava. Tämän projektin parissa työskentelevä konsortio koostuu useista tutkimuslaitoksista ja yrityksistä, mukaan lukien Leibniz University Hannover ja DMG MORI Additive.

Toinen tärkeä toimija innovatiivisten valmistusmenetelmien yhdistämisessä on Premium AEROTEC. Tämä yritys on jo edelläkävijä monimutkaisten titaanilentokoneiden 3D-sarjatuotannossa. 11. huhtikuuta 2019 Airbusin suorittama teollisen prosessin auditointi tasoitti tietä monilaserjärjestelmien additiivisten prosessien yleiselle prosessien hyväksymiselle. Tämä tarkoittaa, että kalliit prosessissa olevat näytteet voidaan nyt eliminoida, mikä tekee metallisten lisäaineiden valmistuksesta kustannustehokkaampaa ja johtaa laajempaan käyttöön ilmailussa. Vuodesta 2013 lähtien vastuuhenkilöt ovat tunnustaneet lisäainevalmistuksen mahdollisuudet ja tehneet intensiivistä tutkimustyötä optimoidakseen "laserjauhepetin sulatusprosessin".

Polku energiatehokkuuteen

Lisäysprosessit mahdollistavat paitsi uusia mahdollisuuksia kevytrakentamisen, myös tehokkuutta entisestään lisäävien bionisten rakenteiden tuotannon. Tieteidenvälisten tiimien tiivis yhteistyö oli ratkaisevan tärkeää uuden teknologian onnistuneelle pätevöintille. Ennen käyttöönottoa siviili-ilmailussa piti täyttää korkeat prosessin luotettavuutta, toistettavuutta ja materiaalien laatua koskevat vaatimukset. Useita tuhansia materiaalinäytteitä testattiin osana intensiivisiä tutkimuksia uusien prosessien laadun ja kustannustehokkuuden varmistamiseksi. Kun painopiste on luonnonvarojen säästämisessä ja kestävyydessä, titaanilastujen palauttamisen tuotantokiertoon ja lisäaineiden valmistusmenetelmien jatkuvan parantamisen yhdistelmä voisi olla ratkaiseva askel kohti ympäristöystävällisempää ilmailualan tulevaisuutta.