RETURN – Prozesskette Recycling von Titanspänen

Die Prozesskette zur Herstellung der meist großen Strukturbauteile aus Titan besteht aus drei wesentlichen Prozesskettenelementen und beginnt bei der Primärgewinnung des Werkstoffs, der Halbzeugherstellung und der anschließenden spanenden Bearbeitung. Charakteristisch für diese Prozesskette sind ein sehr hoher Energiebedarf bei der Primärgewinnung von ca. 85 % des Gesamtenergieverbrauchs sowie Zerspanraten von bis zu 95 % bei einem gleichzeitig hohen Werkstoffpreis. Darüber hinaus wird derzeit das gesamte Rohmaterial aus dem Ausland beschafft.
Die große Menge anfallender Titanspänen kann bislang nicht in der Art recycelt werden, dass sie als Halbzeuge in der Luftfahrt wieder Verwendung finden. Die bei der spanenden Bearbeitung einmal in die Späne eingebrachten Verunreinigungen lassen sich bei der Wiederaufbereitung nur mit großem, nicht wirtschaftlichem Aufwand entfernen. Das nicht vorhandene Recycling von Titanspänen zum Wiedereinsatz in der Luftfahrtindustrie führt dazu, dass Titan-Werkstoffe ausschließlich aus Primärmaterial hergestellt werden müssen, was wiederrum eine starke Umweltbelastung bedeutet.
Die aktuelle Prozesskette der Titanbauteilherstellung weist daher hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Energieeffizienz und Ressourcenschonung deutliche Defizite auf. In diesem Zusammenhang stellt die Schaffung eines geschlossenen Werkstoffkreislaufs, bei dem ein Großteil der anfallenden Titanspäne für den Einsatz in der Luftfahrt wiederverwendet wird, ein beträchtliches ökologisches und ökonomisches Potenzial dar.
In Kooperation mit Industrieunternehmen entlang der Prozesskette wird daran geforscht, die durch die spanende Bearbeitung induzierten Verunreinigungen zu vermindern. Hierzu werden geeignete Werkzeuge und Prozessstrategien entwickelt sowie darauf angepasste Kühl- und Maschinenkonzepte. Gleichzeitig wird ein Analyseverfahren für die Inline-Prüfung der Spanqualität entwickelt, dass im Rahmen des neuen Recyclingverfahrens zum Einsatz kommt. Abschließend werden alle erforschten Lösungsansätze dazu genutzt, ein Titanhalbzeug zu zerspanen und einen größtmöglichen Anteil an Titanspänen wieder für die Herstellung eines neuen Halbzeugs zu  verwenden. Parallel dazu werden alle relevanten Einflussfaktoren und Wechselwirkungen – die bestehenden sowie die durch neu entwickelte Lösungsansätze hinzukommenden – über die gesamte Prozesskette betrachtet und hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Kriterien ausgewertet. Zur Planungs- und Auslegungsunterstützung der Werkstoffkreislaufgestaltung wird ein Materialflusssimulationsmodell erstellt. Dieses wird dazu genutzt, prozessübergreifend verschiedene Fertigungstechnologien zu bewerten und dazu beitragen, den geschlossenen Werkstoffkreislauf für Strukturbauteile aus Titan ganzheitlich zu optimieren.
Weitere Informationen unter http://return.ifw.uni-hannover.de