Rewolucja w budowie samolotów: pozostałości tytanu są teraz poddawane recyklingowi w wartościowych celach!

Rewolucja w budowie samolotów: pozostałości tytanu są teraz poddawane recyklingowi w wartościowych celach!

Wyzwania w produkcji komponentów tytanowych mają charakter nie tylko techniczny, ale także ekologiczny. Podczas obróbki skrawaniem, która obejmuje takie procesy jak frezowanie, toczenie i szlifowanie, znaczna część surowca tytanowego tracona jest w postaci wiórów. Szacuje się, że w przypadku obróbki dużych komponentów samolotów te prędkości obróbki mogą sięgać nawet 90 procent. Jednakże te wióry, często uważane za bezwartościowe, można wykorzystać w nowy, obiecujący sposób. Taki jest cel projektu badawczego Return II na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze, którego celem jest zamknięty obieg materiałowy komponentów tytanowych. Projektem kieruje Instytut Technologii Wytwarzania i Obrabiarek (IFW) we współpracy z czterema partnerami przemysłowymi. Głównym problemem jest przekształcenie wiórów powstałych w wyniku przetwarzania w wysokiej jakości proszek tytanowy, aby znacznie zwiększyć efektywność wykorzystania zasobów i energii, a także radykalnie zmniejszyć emisję CO2.

Obecny łańcuch procesów wykazuje wyraźne braki w zakresie efektywności ekonomicznej i ochrony zasobów. Wióry tytanowe są często zanieczyszczone przez utlenianie, pozostałości smaru chłodzącego i cząstki narzędzi, co znacznie utrudnia recykling. Jednakże podstawowe badania przeprowadzone w ramach Return II wykazały, że zanieczyszczenia te można zmniejszyć poprzez ukierunkowane dostosowanie zmiennych procesowych. Można zastosować innowacyjne procesy do produkcji wysokiej jakości stałego materiału tytanowego z wiórów pochodzących z recyklingu, unikając w ten sposób tradycyjnego, energochłonnego procesu topienia. Zamiast tego celem jest wprowadzenie wiórów bezpośrednio do nowoczesnych procesów produkcji proszków, takich jak procesy atomizacji, co mogłoby nie tylko zmniejszyć zużycie energii, ale także emisję CO2 nawet o 80 procent.

Strategia recyklingu i produkcja przyrostowa

Projekt Return II ma na celu opracowanie strategii recyklingu tytanowych komponentów samolotów i ma na celu wykorzystanie w produkcji co najmniej 70 procent materiałów pochodzących z recyklingu. Strategia ta mogłaby zaoszczędzić w Niemczech około 87,7 GWh energii i 42 kiloton CO2. Ponadto badana jest możliwość przeniesienia tej strategii na inne materiały, aby uzyskać dodatkowe oszczędności w wysokości około 16 GWh. Czystość materiału tytanowego odgrywa kluczową rolę, szczególnie w lotnictwie, gdzie zwykle wymagana jest jakość „Grade 5”. Zintegrowana metoda wytwarzania przyrostowego, taka jak selektywne stapianie laserowe (SLM), jest obiecująca. Konsorcjum pracujące nad tym projektem składa się z kilku instytucji badawczych i firm, w tym z Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze i DMG MORI Additive.

Kolejnym ważnym graczem w łączeniu innowacyjnych metod produkcji jest Premium AEROTEC. Firma ta jest już pionierem w seryjnej produkcji 3D skomplikowanych tytanowych elementów samolotów. W dniu 11 kwietnia 2019 r. zakończenie audytu procesów przemysłowych przez firmę Airbus utorowało drogę do ogólnej kwalifikacji procesów addytywnych w systemach wielolaserowych. Oznacza to, że można teraz wyeliminować drogie próbki w procesie, dzięki czemu produkcja dodatków metalicznych jest bardziej opłacalna i prowadzi do szerszego zastosowania w lotnictwie. Od 2013 roku osoby odpowiedzialne dostrzegły możliwości wytwarzania przyrostowego i podjęły intensywne wysiłki badawcze w celu optymalizacji procesu „laserowego topienia złoża proszku”.

Droga do efektywności energetycznej

Procesy addytywne nie tylko otwierają nowe możliwości w zakresie lekkich konstrukcji, ale także wytwarzają struktury bioniczne, które dodatkowo zwiększają wydajność. Ścisła współpraca między zespołami interdyscyplinarnymi miała kluczowe znaczenie dla pomyślnej kwalifikacji nowej technologii. Przed wdrożeniem w lotnictwie cywilnym trzeba było spełnić wysokie standardy dotyczące niezawodności procesu, powtarzalności i jakości materiałów. W ramach intensywnych badań przetestowano kilka tysięcy próbek materiałów, aby zapewnić jakość i opłacalność nowych procesów. Koncentrując się na ochronie zasobów i zrównoważonym rozwoju, połączenie zawracania wiórów tytanowych do cyklu produkcyjnego i ciągłego ulepszania metod wytwarzania przyrostowego może stanowić decydujący krok w kierunku bardziej przyjaznej dla środowiska przyszłości przemysłu lotniczego.