Rivoluzione nella costruzione di aerei: i residui di titanio vengono ora riciclati per scopi preziosi!

Rivoluzione nella costruzione di aerei: i residui di titanio vengono ora riciclati per scopi preziosi!

Le sfide nella produzione di componenti in titanio non sono solo tecniche, ma anche ecologiche. Durante la lavorazione, che comprende processi come fresatura, tornitura e rettifica, una parte significativa della materia prima del titanio viene persa sotto forma di trucioli. Si stima che queste percentuali di lavorazione possano raggiungere fino al 90% quando si lavorano componenti di aeromobili di grandi dimensioni. Tuttavia, questi frammenti di scarto, spesso considerati rifiuti senza valore, potrebbero essere destinati a un uso nuovo e promettente. Questo è lo scopo del progetto di ricerca Return II dell'Università Leibniz di Hannover, il cui obiettivo è un ciclo materiale chiuso per i componenti in titanio. Il progetto è guidato dall’Istituto per la tecnologia di produzione e le macchine utensili (IFW), in collaborazione con quattro partner industriali. La preoccupazione principale è quella di convertire i trucioli risultanti dalla lavorazione in polvere di titanio di alta qualità al fine di aumentare significativamente l’efficienza delle risorse e dell’energia e anche di ridurre drasticamente le emissioni di CO2.

L’attuale catena di processi mostra evidenti deficit in termini di efficienza economica e conservazione delle risorse. I trucioli di titanio sono spesso contaminati da ossidazione, residui di lubrificante di raffreddamento e particelle di utensili, il che rende il riciclaggio molto più difficile. Tuttavia, le indagini di base nell’ambito di Return II hanno dimostrato che queste contaminazioni possono essere ridotte attraverso un adeguamento mirato delle variabili di processo. Si potrebbero utilizzare processi innovativi per produrre materiale di titanio solido di alta qualità da trucioli riciclati, evitando così il tradizionale processo di fusione ad alta intensità energetica. L’obiettivo è invece quello di introdurre i chip direttamente nei moderni processi di produzione di polveri come i processi di atomizzazione, che potrebbero non solo ridurre il consumo energetico ma anche le emissioni di CO2 fino all’80%.

Strategia di riciclaggio e produzione additiva

Il progetto Return II ha la sfida di sviluppare una strategia di riciclaggio per i componenti aeronautici in titanio e mira a utilizzare almeno il 70% di materiale riciclato nella produzione. Questa strategia potrebbe far risparmiare in Germania circa 87,7 GWh di energia e 42 kilotoni di CO2. Inoltre, si sta studiando la trasferibilità di questa strategia ad altri materiali per ottenere ulteriori risparmi di circa 16 GWh. La purezza del materiale di titanio gioca un ruolo cruciale, soprattutto nel settore aeronautico, dove solitamente è richiesta la qualità “Grado 5”. Il metodo di produzione additiva integrata, come la fusione laser selettiva (SLM), è promettente. Il consorzio che lavora su questo progetto è composto da diversi istituti di ricerca e aziende, tra cui l’Università Leibniz di Hannover e DMG MORI Additive.

Un altro attore importante nella fusione di metodi di produzione innovativi è Premium AEROTEC. Questa azienda ha già aperto la strada alla produzione in serie 3D di complessi componenti aeronautici in titanio. L'11 aprile 2019, il completamento di un audit di processo industriale da parte di Airbus ha aperto la strada alla qualificazione complessiva del processo dei processi additivi sui sistemi multilaser. Ciò significa che ora è possibile eliminare costosi campioni in fase di processo, rendendo la produzione additiva metallica più economica e portando a un’applicazione più ampia nel settore dell’aviazione. Dal 2013 i responsabili hanno riconosciuto le possibilità della produzione additiva e hanno intrapreso intensi sforzi di ricerca per ottimizzare il processo di “fusione laser del letto di polvere”.

Il percorso verso l’efficienza energetica

I processi additivi non solo consentono nuove possibilità nella costruzione leggera, ma anche la produzione di strutture bioniche che aumentano ulteriormente l’efficienza. La stretta collaborazione tra team interdisciplinari è stata cruciale per il successo della qualificazione della nuova tecnologia. Prima dell'implementazione nell'aviazione civile, dovevano essere soddisfatti standard elevati in termini di affidabilità dei processi, riproducibilità e qualità dei materiali. Diverse migliaia di campioni di materiale sono stati testati nell'ambito di indagini approfondite per garantire la qualità e l'economicità dei nuovi processi. Con particolare attenzione alla conservazione delle risorse e alla sostenibilità, la combinazione tra il reinserimento dei trucioli di titanio nel ciclo di produzione e il miglioramento continuo dei metodi di produzione additiva potrebbe rappresentare un passo decisivo verso un futuro più rispettoso dell’ambiente per l’industria aeronautica.