Titanium spanen omzetten in hoogwaardig poeder voor additive manufacturing

Bij het bewerken van titanium onderdelen wordt een groot deel van de grondstof in de vorm van spanen afgevoerd. Bij grote onderdelen voor de vliegtuigconstructie wordt vaak meer dan 90 procent van het materiaal verpaand om tot het eindproduct te komen. Het onderzoeksproject Return II van de Leibniz Universität Hannover wil hierin verandering brengen. Het doel van het project is om een ​​uitgebreide materiaalcyclus te ontwikkelen voor de productie van titaniumcomponenten. De focus hierbij ligt op het omzetten van spanen in hoogwaardig poeder voor een gesloten materiaalcyclus.

“Met het Return II project willen we de hulpbronnen- en energie-efficiëntie verhogen door een productieprocesketen te ontwikkelen voor het omzetten van spanen in poeder”, legt projectmedewerker Jonas Matthies uit. Tegenwoordig worden titaniumcomponenten voornamelijk vervaardigd uit massief materiaal. De resulterende spanen worden daarna meestal niet gerecycled naar een hoge kwaliteit, maar worden aangevoerd in minder veeleisende procesketens (bijvoorbeeld als additief in de staalindustrie). Matthies: “Tijdens het verspaanproces zijn de titanium spanen sterk vervuild, onder andere door oxidatie, smeermiddelresten en gereedschapsdeeltjes. Deze verontreinigingen maken het recyclen van de spanen aanzienlijk moeilijker.”

De huidige procesketen van de productie van titaniumcomponenten vertoont duidelijke tekorten op het gebied van zuinigheid, energie-efficiëntie en het behoud van hulpbronnen. De projectmedewerkers willen deze tekorten opvangen door een gesloten materiaalcyclus te creëren waarin een groot deel van de geproduceerde titanium spanen weer wordt gebruikt. Volgens de wetenschappers heeft de aanpak een aanzienlijk ecologisch en economisch potentieel.

CO2-uitstoot tot 80% reduceren

Bij eerdere onderzoeken heeft het IFW al kunnen aantonen dat de onzuiverheden in titanium spanen aanzienlijk kunnen worden verminderd door de procesvariabelen specifiek aan te passen. Een vernieuwd smeltproces maakte het mogelijk om hoogwaardig titanium materiaal te produceren van gerecyclede spanen in een kwaliteit die gebruikt kan worden voor luchtvaarttoepassingen. Nu onderzoeken de medewerkers van het project, dat tot 2023 door het Federale Ministerie van Economische Zaken wordt gefinancierd, of en hoe de resultaten van de eerdere studies kunnen worden gerelateerd aan de productie van titaniumpoeder voor additive manufacturing. Het doel is om het energie-intensieve smeltproces te omzeilen en de spanen direct naar een proces te voeren om het fijne poeder te produceren. Matthies: “Door spanen te gebruiken als inputmateriaal in de poederproductie, verwachten we een verlaging van het energieverbruik en de CO2-uitstoot tot wel 80 procent.”

Vergeleken met machinale bewerking biedt additieve productie nieuwe mogelijkheden op het gebied van lichtgewicht constructie en bionische constructies, die de efficiëntie van het eindproduct verhogen en dus tot verdere energiebesparingen leiden. Matthies: “De procesketen die samen met de projectpartners is ontwikkeld, moet het mogelijk maken om ecologische en kosteneffectieve titaniumcomponenten te produceren uit voorheen niet-gerecycled titanium.”