Revolutionäre Entwicklung dank Zukunftstechnologie

Die Ausgangslage:
Erweiterung des Funktionsumfangs von Durchflussreaktoren

Um die sichere Entwicklung chemischer Prozesse mit gefährlichen und schnellen Reaktionen zu gewährleisten, setzt InnoSyn auf kontinuierliche Verfahren in Strömungsreaktoren als Schlüsseltechnologie. Mithilfe experimenteller, theoretischer und simulationsbasierter Ansätze hat das Unternehmen intern fortschrittliche Reaktoren entwickelt, die durch komplexe Geometrien und integrierte Sensoren die sichere Handhabung anspruchsvoller chemischer Prozesse ermöglichen. Diese innovativen Designs übertreffen die Möglichkeiten konventioneller Herstellungsverfahren bei Weitem. Mit toolcraft hat InnoSyn einen Partner gefunden, der diese hochmodernen Reaktoren durch additive Fertigung präzise umsetzen kann. Dank der Zulassung als Materialhersteller nach DGRL 2014/68/EU können die von toolcraft gefertigten hochbelasteten Bauteile industriell eingesetzt werden.

Die Herausforderung:
Aufwändige Prozesse für ein optimales Ergebnis

Zunächst musste der Prozess für die Zertifizierung als Werkstoffhersteller von toolcraft erfolgreich durchlaufen werden, welcher ein hohes Maß an Professionalität in Bereichen wie Materialkennwerten, dem Qualitätsmanagementsystem, Dokumentation und Kommunikation mit benannten Stellen erfordert. Zudem musste definiert werden, wie die gefertigten Bauteile qualifiziert werden können und welche Dokumentationen dafür erforderlich sind.
Das Design wurde durch Simulationen gründlich validiert, was aufgrund der komplexen Innenstruktur notwendig war. Ziel war es, die Produktivität im Vergleich zu herkömmlichen Chargenverfahren zu steigern und gleichzeitig sicherzustellen, dass der Reaktor skalierbar ist, um unterschiedlichen Produktionsanforderungen gerecht zu werden. Angesichts der Korrosivität der Reagenzien wurde eine Legierung ausgewählt, die durch besondere Festigkeit, thermische Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen überzeugt. Die Verarbeitung des Hastelloy® C22-Pulvers war eine zusätzliche Herausforderung. Schließlich erforderte die komplexe Innenstruktur des Bauteils die Entwicklung einer intelligenten Entpulverungsstrategie.

Die Vorgehensweise:
Kompetenzen bündeln

• Experimente und Datenauswertung bei InnoSyn
• Reaktordesigns einschließlich Sensoranschlüssen und Kühlkanälen mit Hilfe von CAD durch InnoSyn
• Optimierungen des Designs mit Hilfe von CAD- und Simulationssoftware gemeinsam mit InnoSyn
• Fluiddynamische und Festigkeitssimulation des Reaktordesigns mit der Unterstützung von Siemens
• Materialauswahl, die den speziellen Anforderungen gerecht wird
• Parameterentwicklung für die L-PBF-Fertigung
• Fertigung von Prototypen mit kleinerem Volumen zu Testzwecken
• Erstellen einer Materialspezifikation
• Zertifizierung gemäß europäischer Druckgeräterichtlinie
• Herstellung des Reaktors mittels additiver Fertigung
• Spanende Nachbearbeitung des Reaktors
• Qualitätssicherung und Erstellung der notwendigen Dokumentationen
• Montage der einzelnen Komponenten zu einer Baugruppe und Zulassung als Druckgerät seitens InnoSyn

Das Ergebnis:
Beeindruckende Verbesserung von Produktivität und Energieverbrauch

Durch die Nutzung eines innovativen Designs und der Synergie von Chemie, additiver Fertigung (AM) und Simulation wurde der Reaktor erfolgreich für den spezifischen Prozess hochskaliert. Mit dem neuen Reaktor wurde eine beeindruckende 3.000-fache Produktivitätssteigerung und eine bemerkenswerte 1.700-fache Verkürzung der Verweilzeit im Vergleich zu herkömmlichen Chargenverfahren erreicht. Diese Weiterentwicklung führt zu einer potenziellen Senkung des Energieverbrauchs um bis zu 65 %. Der Einsatz der von toolcraft gefertigten, maßgeschneiderten Reaktoren verbessert also nicht nur die Prozessentwicklung. Es zeigt, wie innovatives Design und fortschrittliche Fertigungsverfahren die chemische Industrie verändern und sie sicherer, effizienter und nachhaltiger machen können.