Révolution dans la construction aéronautique : les résidus de titane sont désormais recyclés à des fins valorisées !

Révolution dans la construction aéronautique : les résidus de titane sont désormais recyclés à des fins valorisées !

Les défis liés à la production de composants en titane ne sont pas seulement techniques, mais aussi écologiques. Lors de l'usinage, qui comprend des processus tels que le fraisage, le tournage et la rectification, une proportion importante de la matière première titane est perdue sous forme de copeaux. On estime que ces taux d’usinage peuvent atteindre jusqu’à 90 % lors de l’usinage de composants d’avions de grande taille. Cependant, ces copeaux, souvent considérés comme des déchets sans valeur, pourraient connaître une nouvelle utilisation prometteuse. C'est l'objectif du projet de recherche Return II de l'Université Leibniz de Hanovre, dont l'objectif est un cycle de matériaux fermé pour les composants en titane. Le projet est dirigé par l'Institut des technologies de fabrication et des machines-outils (IFW), en coopération avec quatre partenaires industriels. La préoccupation centrale est de convertir les copeaux issus du traitement en poudre de titane de haute qualité afin d'augmenter considérablement l'efficacité des ressources et de l'énergie et également de réduire considérablement les émissions de CO2.

La chaîne de processus actuelle présente des déficits évidents en termes d’efficacité économique et de conservation des ressources. Les copeaux de titane sont souvent contaminés par l'oxydation, les résidus de lubrifiant de refroidissement et les particules d'outils, ce qui rend le recyclage beaucoup plus difficile. Cependant, des études de base menées dans le cadre de Return II ont montré que ces contaminations peuvent être réduites grâce à un ajustement ciblé des variables de processus. Des procédés innovants pourraient être utilisés pour produire du titane solide de haute qualité à partir de copeaux recyclés, évitant ainsi le processus de fusion traditionnel et énergivore. L'objectif est plutôt d'introduire les puces directement dans les processus modernes de production de poudre, tels que les processus d'atomisation, ce qui pourrait non seulement réduire la consommation d'énergie mais également les émissions de CO2 jusqu'à 80 %.

Stratégie de recyclage et fabrication additive

Le projet Return II a pour défi de développer une stratégie de recyclage des composants d'avion en titane et vise à utiliser au moins 70 % de matériaux recyclés dans la production. Cette stratégie pourrait permettre d'économiser environ 87,7 GWh d'énergie et 42 kilotonnes de CO2 en Allemagne. Par ailleurs, la transférabilité de cette stratégie à d’autres matériaux est étudiée pour réaliser des économies supplémentaires d’environ 16 GWh. La pureté du matériau titane joue un rôle crucial, notamment dans l’aviation, où une qualité « Grade 5 » est généralement requise. La méthode de fabrication additive intégrée, telle que la fusion sélective par laser (SLM), est prometteuse. Le consortium travaillant sur ce projet est composé de plusieurs instituts de recherche et entreprises, dont l'Université Leibniz de Hanovre et DMG MORI Additive.

Un autre acteur important dans la fusion de méthodes de fabrication innovantes est Premium AEROTEC. Cette société a déjà été pionnière dans la production en série 3D de composants complexes d’avions en titane. Le 11 avril 2019, la réalisation d'un audit de procédés industriels par Airbus a ouvert la voie à la qualification globale des procédés additifs sur les systèmes multilasers. Cela signifie que les échantillons coûteux en cours de processus peuvent désormais être éliminés, ce qui rend la fabrication additive métallique plus rentable et conduit à une application plus large dans l'aviation. Depuis 2013, les responsables ont reconnu les possibilités de la fabrication additive et ont entrepris des efforts de recherche intensifs pour optimiser le processus de « fusion laser sur lit de poudre ».

Le chemin vers l’efficacité énergétique

Les processus additifs permettent non seulement de nouvelles possibilités en matière de construction légère, mais également la production de structures bioniques qui augmentent encore l'efficacité. L'étroite collaboration entre les équipes interdisciplinaires a été cruciale pour la qualification réussie de la nouvelle technologie. Avant sa mise en œuvre dans l'aviation civile, des normes élevées en matière de fiabilité des processus, de reproductibilité et de qualité des matériaux devaient être respectées. Plusieurs milliers d'échantillons de matériaux ont été testés dans le cadre d'investigations intensives afin de garantir la qualité et la rentabilité des nouveaux processus. En mettant l’accent sur la conservation des ressources et la durabilité, la combinaison du retour des copeaux de titane dans le cycle de production et de l’amélioration continue des méthodes de fabrication additive pourrait représenter une étape décisive vers un avenir plus respectueux de l’environnement pour l’industrie aéronautique.