Revolutie in de vliegtuigbouw: titaniumresten worden nu gerecycled voor waardevolle doeleinden!

Revolutie in de vliegtuigbouw: titaniumresten worden nu gerecycled voor waardevolle doeleinden!

De uitdagingen bij de productie van titaniumcomponenten zijn niet alleen technisch, maar ook ecologisch. Tijdens de bewerking, waaronder processen als frezen, draaien en slijpen, gaat een aanzienlijk deel van de titaniumgrondstof verloren als spanen. Er wordt geschat dat deze bewerkingssnelheden tot 90 procent kunnen oplopen bij het bewerken van grote vliegtuigonderdelen. Deze afvalchips, die vaak als waardeloos afval worden beschouwd, kunnen echter voor een nieuw, veelbelovend gebruik worden gebruikt. Dit is het doel van het Return II-onderzoeksproject aan de Leibniz Universiteit Hannover, met als doel een gesloten materiaalcyclus voor titaniumcomponenten. Het project wordt geleid door het Institute for Manufacturing Technology and Machine Tools (IFW), in samenwerking met vier industriële partners. De centrale zorg is om de chips die het resultaat zijn van de verwerking om te zetten in hoogwaardig titaniumpoeder om zowel de hulpbronnen- als de energie-efficiëntie aanzienlijk te verhogen en ook de CO2-uitstoot drastisch te verminderen.

De huidige procesketen vertoont duidelijke tekortkomingen op het gebied van economische efficiëntie en behoud van hulpbronnen. Titaniumchips zijn vaak verontreinigd door oxidatie, koelsmeermiddelresten en gereedschapsdeeltjes, wat recycling veel moeilijker maakt. Uit basisonderzoek in het kader van Return II is echter gebleken dat deze verontreinigingen kunnen worden verminderd door gerichte aanpassing van de procesvariabelen. Innovatieve processen kunnen worden gebruikt om hoogwaardig massief titaniummateriaal te produceren uit gerecyclede chips, waardoor het traditionele, energie-intensieve smeltproces wordt vermeden. In plaats daarvan is het doel om de chips rechtstreeks in moderne poederproductieprocessen, zoals vernevelingsprocessen, te introduceren, waardoor niet alleen het energieverbruik maar ook de CO2-uitstoot met wel 80 procent zou kunnen worden verminderd.

Recyclingstrategie en additieve productie

Het Return II-project heeft de uitdaging om een ​​recyclingstrategie voor titanium vliegtuigonderdelen te ontwikkelen en streeft ernaar om bij de productie minimaal 70 procent gerecycled materiaal te gebruiken. Deze strategie zou in Duitsland ongeveer 87,7 GWh aan energie en 42 kiloton CO2 kunnen besparen. Daarnaast wordt de overdraagbaarheid van deze strategie naar andere materialen onderzocht om een ​​extra besparing van circa 16 GWh te realiseren. De zuiverheid van het titaniummateriaal speelt een cruciale rol, vooral in de luchtvaart, waar doorgaans ‘Grade 5’-kwaliteit vereist is. De geïntegreerde additieve productiemethode, zoals selectief lasersmelten (SLM), is veelbelovend. Het consortium dat aan dit project werkt, bestaat uit verschillende onderzoeksinstellingen en bedrijven, waaronder Leibniz University Hannover en DMG MORI Additive.

Een andere belangrijke speler in de samensmelting van innovatieve productiemethoden is Premium AEROTEC. Dit bedrijf is al een pionier in de 3D-serieproductie van complexe titanium vliegtuigonderdelen. Op 11 april 2019 maakte de voltooiing van een industriële procesaudit door Airbus de weg vrij voor de algehele proceskwalificatie van additieve processen op multilasersystemen. Dit betekent dat dure procesmonsters nu kunnen worden geëlimineerd, waardoor metallische additieve productie kosteneffectiever wordt en tot een bredere toepassing in de luchtvaart leidt. Sinds 2013 hebben de verantwoordelijken de mogelijkheden van additieve productie onderkend en intensieve onderzoeksinspanningen ondernomen om het proces van “laserpoederbedsmelten” te optimaliseren.

De weg naar energie-efficiëntie

De additieve processen maken niet alleen nieuwe mogelijkheden in lichtgewicht constructie mogelijk, maar ook de productie van bionische structuren die de efficiëntie verder verhogen. De nauwe samenwerking tussen interdisciplinaire teams was cruciaal voor de succesvolle kwalificatie van de nieuwe technologie. Vóór implementatie in de burgerluchtvaart moest aan hoge normen op het gebied van procesbetrouwbaarheid, reproduceerbaarheid en materiaalkwaliteit worden voldaan. Enkele duizenden materiaalmonsters werden getest als onderdeel van intensief onderzoek om de kwaliteit en kosteneffectiviteit van de nieuwe processen te garanderen. Met een focus op het behoud van hulpbronnen en duurzaamheid zou de combinatie van het terugbrengen van titaniumchips in de productiecyclus en het voortdurend verbeteren van additieve productiemethoden een beslissende stap kunnen betekenen op weg naar een milieuvriendelijkere toekomst voor de luchtvaartindustrie.