Revolution inom flygplanskonstruktion: Titanrester återvinns nu för värdefulla ändamål!

Revolution inom flygplanskonstruktion: Titanrester återvinns nu för värdefulla ändamål!

Utmaningarna vid tillverkning av titankomponenter är inte bara tekniska utan också ekologiska. Vid bearbetning, som inkluderar processer som fräsning, svarvning och slipning, går en betydande del av titanråvaran förlorad som spån. Det uppskattas att dessa bearbetningshastigheter kan nå upp till 90 procent vid bearbetning av stora flygplanskomponenter. Men dessa avfallsflis, som ofta anses vara värdelöst avfall, skulle kunna tas till ny, lovande användning. Detta är syftet med forskningsprojektet Return II vid Leibniz University Hannover, vars mål är en sluten materialcykel för titankomponenter. Projektet leds av Institute for Manufacturing Technology and Machine Tools (IFW), i samarbete med fyra industriella partners. Den centrala angelägenheten är att omvandla spånen från bearbetningen till högkvalitativt titanpulver för att avsevärt öka både resurs- och energieffektivitet och även drastiskt minska CO2-utsläppen.

Den nuvarande processkedjan visar tydliga brister vad gäller ekonomisk effektivitet och resurshushållning. Titanspån är ofta förorenad av oxidation, kylande smörjmedelsrester och verktygspartiklar, vilket gör återvinningen mycket svårare. Grundläggande utredningar som en del av Return II har dock visat att dessa föroreningar kan minskas genom riktad anpassning av processvariablerna. Innovativa processer skulle kunna användas för att producera högkvalitativt fast titanmaterial från återvunnet flis, och därigenom undvika den traditionella, energikrävande smältningsprocessen. Istället är syftet att introducera flisen direkt i moderna pulverproduktionsprocesser som atomiseringsprocesser, vilket inte bara skulle kunna minska energiförbrukningen utan även CO2-utsläppen med upp till 80 procent.

Återvinningsstrategi och additiv tillverkning

Return II-projektet har utmaningen att utveckla en återvinningsstrategi för flygplanskomponenter i titan och syftar till att använda minst 70 procent återvunnet material i produktionen. Denna strategi skulle kunna spara cirka 87,7 GWh energi och 42 kiloton CO2 i Tyskland. Dessutom undersöks möjligheten att överföra denna strategi till andra material för att uppnå ytterligare besparingar på cirka 16 GWh. Renheten hos titanmaterialet spelar en avgörande roll, särskilt inom flyget, där "Grade 5"-kvalitet vanligtvis krävs. Den integrerade additiv tillverkningsmetoden, såsom selektiv lasersmältning (SLM), är lovande. Konsortiet som arbetar med detta projekt består av flera forskningsinstitutioner och företag, inklusive Leibniz University Hannover och DMG MORI Additive.

En annan viktig aktör i fusionen av innovativa tillverkningsmetoder är Premium AEROTEC. Detta företag har redan banat väg för 3D-serieproduktion av komplexa titanflygplanskomponenter. Den 11 april 2019 banade Airbus slutförandet av en industriell processrevision väg för den övergripande processkvalificeringen av additiva processer på multilasersystem. Detta innebär att dyra prover under processen nu kan elimineras, vilket gör tillverkning av metalliska tillsatser mer kostnadseffektiv och leder till bredare tillämpning inom flyget. Sedan 2013 har de ansvariga insett möjligheterna med additiv tillverkning och har genomfört intensiva forskningsansträngningar för att optimera processen för "laserpulverbäddssmältning".

Vägen till energieffektivitet

De additiva processerna möjliggör inte bara nya möjligheter inom lättviktskonstruktion, utan även framställning av bioniska strukturer som ytterligare ökar effektiviteten. Det nära samarbetet mellan tvärvetenskapliga team var avgörande för en framgångsrik kvalificering av den nya tekniken. Före implementering inom civil luftfart måste höga krav på processtillförlitlighet, reproducerbarhet och materialkvalitet uppfyllas. Flera tusen materialprover testades som en del av intensiva undersökningar för att säkerställa kvaliteten och kostnadseffektiviteten i de nya processerna. Med fokus på resursbevarande och hållbarhet kan kombinationen av att återföra titanchips in i produktionscykeln och ständigt förbättra additiva tillverkningsmetoder utgöra ett avgörande steg mot en mer miljövänlig framtid för flygindustrin.