EUプロジェクト「InShaPe」、効率性、手頃な価格、持続可能性の飛躍的向上で金属積層造形を後押し

2025年7月24日、ドイツ、クライリング

 

生産性が6倍に増加、生産コストが半減、エネルギー消費量と材料のロスが大幅に削減、部品の品質が向上――EUが資金提供した研究プロジェクト「InShaPe」は、目覚ましい成果を公表した。 過去3年間にわたり、コンソーシアムは、金属のレーザー粉末床溶融（PBF-LB/M）アディティブ・マニュファクチャリングプロセスにおいて、AIベースのBeam Shaping とマルチスペクトルイメージング（MSI）を組み合わせた新たなプロセス最適化手法を開発した。本プロジェクトの目的は、この製造プロセスの効率、経済性、および持続可能性を大幅に向上させることだった。 プロジェクトパートナーらは、航空宇宙産業、エネルギー分野、機械工学における5つの複雑な産業用実証機を用いて、これらの革新技術を成功裏に試験しました。ミュンヘン工科大学（TUM）のレーザーベース積層造形教授職が、8カ国から集まった他の10のパートナーと協力して、本プロジェクトの調整役を務めました。欧州連合（EU）の資金提供を受けたInShaPeは、「ホライズン・ヨーロッパ」枠組みプログラムから720万ユーロの助成金を受けました。

金属のレーザー式粉末床溶融として知られる積層造形（AM）法は、現在、複雑な金属部品の製造における中核技術となっています。しかし、レーザービームのプロファイルが固定されていることや、プロセス監視が不十分であることから、溶融工程で問題が生じることが多く、材料の欠陥や生産停止につながる可能性があります。その結果、廃棄物の発生やエネルギー消費の増加を招き、生産コストの上昇や生産プロセスの遅延につながっています。 EUプロジェクト「InShaPe」を推進するコンソーシアムは、これらの課題に取り組み、AIを活用したBeam Shaping とマルチスペクトルイメージングを組み合わせた新しいアプローチを研究しました。

生産性が6倍に向上：新しい製造工程は実際に優れている

InShaPeプロジェクトのパートナーは、PBF-LB/Mプロセスに大幅な生産性向上をもたらしました。さまざまな産業用途において、インコネル7181を使用した部品で最高93.3 cm³/hの製造速度を含め、600パーセント（6.2倍）を超える生産性向上を達成した。当初の製造速度は15 cm³/hだった。同時に、コンソーシアムはコストを50％削減し、プロジェクトの重要な目標を達成した。

プロジェクトのパートナー各社は、Beam Shaping およびマルチスペクトルイメージング（MSI）の革新技術を、以下の5つの産業用途において実証しました。航空宇宙用インペラー（インコネル718）、産業用ガスタービン部品（インコネル718）、宇宙用燃焼室の一部（CuCrNb）、チェーンソー用モーターのシリンダーヘッド（AlSi10Mg）、および宇宙通信用衛星アンテナの構成部品です。

 

1 インコネル718はニッケル・クロムを主成分とする超合金で、高強度、耐食性、耐熱性に優れている。航空宇宙用途のように、高温高圧や腐食環境にさらされる部品によく使用される。

 

InShaPe初期段階デモ機（資料：IN718）© Frederik Watzka

AIを活用したBeam Shaping とマルチスペクトル画像の組み合わせ

インテリジェントなBeam Shaping とマルチスペクトルイメージング技術が密接に連携し、AMプロセスを飛躍的に向上させます。レーザービームのプロファイルは、部品とその特定の形状や材質に合わせて個別に調整されます。これにより、部品の品質が向上し、加工速度も向上します。また、ひび割れ、スパッタ、凝縮水などの問題を回避できるため、再加工の必要性や廃棄物の発生を防ぐことができます。 InShaPeの研究者らは、リング状のビームプロファイルが、最適化された走査戦略と組み合わせることで、幅広い用途において特に優れた効果を発揮することを発見しました。彼らはガウスシアンビームを使用する代わりに、ビームを変調してその強度をリング状のプロファイルに分布させ、溶融プールを形成しました。これにより、より安定した溶融ゾーンが形成され、より均一な材料加工が可能になります。

これと並行して、新しいマルチスペクトルイメージングシステムがさまざまな波長域の信号をとらえ、PBF-LB/Mプロセスをリアルタイムでモニターする。こうして、メルトプールの熱変化を早期に検出することができる。記録されたデータはプロセス管理に直接流れ込みます。以前は生産が停止したり、再加工が必要であった欠陥も修正できるようになり、工程を大幅に遅らせることなく継続できるようになった。

エネルギー部門向け産業用ガスタービン部品（素材：IN718） © Frederik Watzka

連続生産のための先駆的な産業導入

要約すると、この革新的なアプローチは、PBF-LB/Mを用いた工業規模の量産に向けた重要な一歩である。インテリジェントなBeam Shaping とMSIプロセス制御を組み合わせることで、溶融状態の安定性が向上し、欠陥の原因を低減するとともに、目的を明確にした、資源負荷の少ないエネルギー使用を実現する。 その結果、複雑な金属部品をより迅速に、低コストで、かつより持続可能な方法で生産できるようになり、品質も向上し、生産性も大幅に向上します。このように、InShaPeはAIベースのBeam Shaping およびMSIプロセス制御の産業への導入を加速させる道を開き、特に航空宇宙、エネルギー、自動車分野におけるAM（アディティブ・マニュファクチャリング）の技術的進歩を強化します。「私たちの研究に対する学術界および産業界からの関心は非常に高いです。 この技術がまもなく産業用システムで活用され、幅広い分野におけるプロセス制御、品質保証、および応用能力の進歩を牽引することになることを大変嬉しく思います」と、InShaPeのコーディネーターであるミュンヘン工科大学工学・デザイン学部のカトリン・ウディ教授はコメントした。

宇宙用燃焼装置（材料：CuCrNb） © Frederik Watzka

EUプロジェクトInShaPeについて

欧州連合（EU）の資金援助を受けて、InShaPeプロジェクトは2022年6月に発足した。2025年5月末までに、EUの研究・イノベーション枠組み計画であるホライゾンヨーロッパから720万ユーロの資金を獲得した。このプロジェクトの目的は、レーザーを用いた金属の粉末床溶融の効率性、経済性、持続可能性を改善し、商業的に普及する生産技術に転換することであった。このプロジェクトは、ミュンヘン工科大学がドイツ、フランス、イスラエル、イタリア、オランダ、スウェーデン、スロベニア、スペインの10カ国のパートナーとともに実施した。プロジェクトは、ミュンヘン工科大学のレーザーベース積層造形教授職の責任者であるカトリン・ヴューディ教授によって管理された。

宇宙用インペラ（材質：IN718） © Frederik Watzka

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InShaPeプロフィール

 

プロジェクト名：InShaPe（助成契約番号 101058523）– 革新的なBeam Shaping およびプロセスモニタリングによる環境に優しい積層造形
実施期間：2022年6月 – 2025年5月
統括：ミュンヘン工科大学（ドイツ）
プロジェクトパートナー：
Aenium Engineering（スペイン）
AMEXCI（スウェーデン）
バイエルン研究アライアンスGmbH（ドイツ）
BEAMIT Group（イタリア）
アイントホーフェン工科大学（オランダ）
EOS GmbH Electro Optical Systems （ドイツ）
IMT（金属・技術研究所、スロベニア）
エルリコンAMヨーロッパGmbH（ドイツ）
SILIOS Technologies（フランス）
テクニオン – イスラエル工科大学（イスラエル）

プロジェクト・コーディネーターProf. Dr-Ing. Katrin Wudy, Technical University of Munich
プログラム：Horizon Europe
総資金額720万ユーロ
資金提供：欧州連合（EU

このプロジェクトは、欧州連合（EU）の研究・教育プログラム「ホライゾンヨーロッパ（Horizon Europe）」より、助成金契約番号101058523の助成を受けている。しかしながら、表明された見解および意見は筆者個人のものであり、必ずしも欧州連合の見解を反映するものではない。欧州連合および助成機関は、これらについて責任を負うことはできない。

Press contact:
Project coordinator:
Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy
TUM School of Engineering and Design
Professorship of Laser-based Additive Manufacturing
Technical University of Munich
Tel: +49 (89) 289 - 55320
E-mail:katrin.wudy@tum.de
www.mec.ed.tum.de/en/lbam/home/

EOSについて

 

EOSは、産業用3Dプリンティング技術による責任ある製造ソリューションを世界中の企業に提供しています。1989年以来、EOSはエンドツーエンドの積アディティブ・マニュファクチャリング（AM）業界パートナーシップを活用し、専門家の指導、技術、サービスを通じて顧客の革新と差別化を可能にすることで、製造業の未来を形成してきました。戦略から教育、生産に至るまで、EOSは金属および樹脂AMソリューションのリーディング・グローバル・パートナーであり、高品質の生産効率と持続可能なソリューションを通じて、お客様の市場投入までの時間を短縮します。

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