Dieses Vorhaben avisiert eine energieeffiziente Technikumanlage für optimale Metall-Pulver- und Inertgasaufbereitung für die additive Fertigung mit kontinuierlicher Überwachung und Regelung der Prozesse sowie normgerechte Dokumentation, sodass es allerhöchste Anforderungen aus der Produktion für Klasse-1-AM-Bauteile erfüllt und gleichzeitig den Anforderungen an eine signifikante Reduktion des Endenergieverbrauchs und des CO2-Footprints gerecht wird sowie zur Ressourcenschonung beiträgt. Erstmalig wird durch eine lückenlose Qualitätsüberwachung der Güte des Pulvers und der Anlagenumgebung, unter anderem im Sinne der Sicherheit und Effizienz, kontinuierlich kontrolliert, geregelt und dokumentiert. Im Sinne der Endenergieverbrauchsreduktion soll die Nutzung des bereits hergestellten Pulvers (insbesondere Titan) für die additive Fertigung maximiert werden. Aktuell wird das Material für hochbeanspruchte Bauteile, wie es beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt wird, nur 1 bis fünfmal rezykliert. Das heißt, dass ein Großteil, des Pulvers, nicht mehr für die Fertigung solcher Teile zur Verfügung steht, sondern entsorgt wird, da es den hohen Anforderungen nicht mehr genügt und durch Neupulver ersetzt werden muss. Die Herstellung des Neupulvers verbraucht mit etwa 25 MJ/kg ca. das 20 bis 30- fache der Energie gegenüber einer Aufbereitung des Pulvers mit Hilfe der geplanten Anlage. Als Anwender der additiven Fertigung sieht BENSELER in einem ressourceneffizientem Umgang mit Energie und Verbrauchsmaterialien einen erheblichen Beitrag zur Standortsicherung in Deutschland und Europa.
Calciumsilicate werden seit fast einem Jahrhundert in Gießprozessen von flüssigen Aluminium-Legierungen zur Fließkontrolle und Verteilung eingesetzt. Aus dem korrosiven Verhalten des Calciumsilicat-Werkstoffs, dem Ausbrennen zugegebener Kohlenstoffkomponenten, der Vielfallt der Al-Legierungen sowie den verschiedenen Gießverfahren und Gießtechniken ergibt sich eine sehr komplexe Korrosionsproblematik. Calciumsilicat-Graphit-Werkstoffe zeigen in bestimmten Anwendungen eine deutlich erhöhte Lebensdauer und vermindern Anhaftungen von Metallschlacke, bei aggressiven Legierungen reduziert sich allerdings die Lebensdauer auf inakzeptabel wenige Gießzyklen. Das Werkstoffsystem hat somit eine limitierte Ressourceneffizienz hinsichtlich Produktivität, Qualität und Nachhaltigkeit der Eigenschaften des Endproduktes. Das Hauptziel des Forschungsprojektes ist die Erforschung der Wechselwirkung der Calciumsilicat-Funktionswerkstoffe in Kontakt mit NE-Metallschmelzen zur Einschränkung bzw. Verhinderung der Korrosion und damit die Lebensdauerverlängerung der Anlagen und Erhöhung der Gesamtproduktivität. Dabei sollen die bestehenden kohlenstoffhaltigen Calciumsilicat-Werkstoffe hinsichtlich ihrer Oxidationsbeständigkeit funktionalisiert und deren chemische Wechselwirkung mit dem flüssigen Metall gesenkt werden, was zu völlig neuen Produktansätzen führen soll. Abb. 1 zeigt beispielhaft korrodierte Bauteile aus Calciumsilicat-Werkstoffen. Für die Zielerreichung hat sich ein Forschungsverbund organisiert, der die gesamte Wertschöpfungskette abdeckt. Die Forschungseinrichtung TU Bergakademie Freiberg, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik - Professur für Keramik in Freiberg wird gemeinsam mit dem Hersteller der Calciumsilicat-Werkstoffe und Calciumsilicat-Funktionsbauteile CALSITHERM Verwaltungs GmbH in Bad Lippspringe die bisher unbekannten Korrosionsmechanismen systematisch aufklären, daraus neue Werkstoffkonzepte vorschlagen, die bei CALSITHERM hergestellt und bei den Endanwendern Aluminium-Werke AG & Co.KG in Wutöschingen (AWW) und bei Trimet Aluminium SE (TRIMET) in Essen erprobt werden. Labor- sowie Post-mortem - Untersuchungen werden die Werkstoffentwicklung weiter optimieren. Koordinator des Verbundes ist die CALSITHERM Verwaltungs GmbH.
Das Verbundvorhaben GALVAREC hatte die Entwicklung eines Teilstrom-Reinigungsverfahrens für die Spülwässer galvanischer Prozesse insbesondere bei der Verchromung zum Ziel. Dafür wurde zunächst ein analytisches Verfahren für die selektive und sensitive Bestimmung von PFBS, PFOS, 6:2 FTS sowie eines nicht-fluorierten Tensids in den chromathaltigen Prozesswässern der Galvanik und dem Wasser der nachfolgenden konzentrierten Spülen entwickelt. Bei der PFT Analytik erfolgt die Abtrennung von der salzhaltigen Matrix mit einer Flüssig-Flüssig-Extraktion unter Einsatz eines Ionenpaarreagenzes. In Verbindung mit der LC-MS-Analyse zeigt diese Methode eine gute Reproduzierbarkeit und hohe Wiederfindungsraten von 82-118Prozent. In den beiden am Vorhaben beteiligten Galvaniken wurde eine Prozessanalyse durchgeführt, um die Voraussetzungen zum stofflichen Recycling zu ermitteln. Die im Labor- und im technischen Maßstab untersuchte Adsorption der Fluortenside an Aktivkohle und an einem schwach basischen, makroporösen Ionentauscher war abhängig vom Chromatgehalt. Die Abhängigkeit der PFT-Adsorptionsrate von den Chromatgehalten war bei den Tensiden PFBS und 6:2 FTS bei hohen Chromatkonzentrationen stärker ausgeprägt als bei PFOS. PFOS wurde auch aus einer Lösung mit 4,0 g/L Chrom(VI)-oxid mit hoher Effizienz (95 Prozent bzw. 98 Prozent im kleintechnischen Versuch) auf dem Ionentauscher adsorbiert. Der Anschluss einer Pilotanlage, die mit dem makroporösen Aniontauscher befüllt war, an der Kreislaufspüle hinter dem Chromelektrolyten der Kunststoffgalvanik führte zu einer Reduktion des 6:2 FTS von 40 myg/L auf eine Konzentration kleiner als 2 myg/L im Eluat und Rücklauf zur Kreislaufspüle. Bei der Regenerierung zur Desorption des Chromates blieb PFOS auf dem Ionentauscherharz zurück, wohingegen 6:2 FTS und insbesondere PFBS bei identischen Bedingungen z.T. desorbierten. Neben dem Einsatz von ammonalkalischem Methanol stellt die Extraktion der PFT von den Ionentauschern mit Ethylacetat und Tetrabutylammoniumbromid eine verhältnismäßig einfache Methode zur Rückgewinnung der PFT, insbesondere von PFOS, dar. Die Methode ermöglicht es, sowohl die PFT als auch das zur Extraktion verwendete Ethylacetat zur erneuten Verwendung zu erhalten. Die Oxidation von 6:2 FTS mit Peroxodisulfat führte zu einem teilweisen Abbau und weiteren (per-)fluorierten Produkten. Bei den Abbauversuchen des nicht-fluorierten Netzmittels Oleyl aminethoxylat mit stöchiometrischen Mengen Chromat im Mikrowellenreaktor konnte eine Vielzahl von Abbauprodukten charakterisiert werden. Mit zunehmender Menge an Chromat sind die Abbauprodukte kürzerkettig, verlieren ihre tensidischen Eigenschaften und es entstehen z.T. Dicarboxylate, die sich durch ein hohes Komplexierungsvermögen auszeichnen und evtl. für die inzwischen in der Praxis beobachteten Korrosionerscheinungen an den Bleianoden im Chromelektrolyten mitverantwortlich sind. (Text gekürzt)