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

 

生産性の6倍向上、製造コストの半減、エネルギー消費と材料浪費の大幅削減、部品品質の向上-EU資金による研究プロジェクトInShaPeは、印象的な数字を発表した。コンソーシアムは過去3年間にわたり、レーザーベースの金属粉末床溶融（PBF-LB/M）積層造形プロセスにおいて、AIベースのビーム成形とマルチスペクトル画像処理（MSI）を組み合わせた新しいプロセス最適化アプローチを開発してきた。プロジェクトの目的は、この製造プロセスの効率、経済的実現可能性、持続可能性を大幅に改善することであった。プロジェクト・パートナーは、航空宇宙産業、エネルギー部門、機械工学における5つの複雑な産業実証試験において、これらの革新的技術のトライアルに成功した。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は、8カ国の他の10パートナーと協力して、このプロジェクトをコーディネートした。欧州連合（EU）の資金援助により、InShaPeはHorizon Europe枠組み計画から720万ユーロを受け取った。

レーザーを用いた金属粉末床溶融法として知られる積層造形（AM）法は、現在、複雑な金属部品を製造するための中核技術となっている。しかし、硬いレーザービームプロファイルと不十分なプロセス監視は、しばしば溶融プロセス中に問題を引き起こし、材料欠陥を引き起こし、生産を停止させる可能性がある。その結果、無駄が生じ、エネルギー使用量が増加し、生産コストが上昇し、生産工程が遅くなる。EUプロジェクトInShaPeを支えるコンソーシアムは、こうした課題に取り組み、AIベースのビーム成形とマルチスペクトル画像処理を組み合わせた新しいアプローチを研究した。

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・パートナーは、航空宇宙用インペラ（インコネル718）、工業用ガスタービン部品（インコネル718）、宇宙で使用される燃焼室の一部（CuCrNb）、チェンソーモーターのシリンダーヘッド（AlSi10Mg）、宇宙通信で使用される衛星アンテナ用部品という5つの産業用途で、ビーム成形とマルチスペクトル画像処理（MSI）の技術革新を実証した。

 

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

マルチスペクトル画像と組み合わせたAIベースのビーム整形

インテリジェントなビーム成形技術とマルチスペクトル画像処理技術が緊密に調和し、AMプロセスが大幅に改善されます。レーザービームプロファイルは、コンポーネントとその特定の形状および材料に特別に適合します。これにより、コンポーネントの品質が向上し、加工が高速化され、再加工の必要性や廃棄物の原因となるクラック、スパッタ、凝縮水などの問題が回避される。InShaPeの研究者たちは、最適化されたスキャニング戦略と組み合わせたリング状のビームプロファイルが、多様なアプリケーションに特に有効であることを発見した。ガウシアンビームではなく、リング状のプロファイルにビーム強度を分布させるようにビームを変調させ、メルトプールを生成した。これにより、より安定したメルトゾーンが形成され、より均一な材料処理が可能になった。

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による工業的連続生産に向けた重要な前進である。インテリジェント・ビーム・シェーピングとMSIプロセス制御の組み合わせは、より安定した溶融をもたらし、欠陥の原因を減らし、的を絞った、資源集約的でないエネルギー使用を保証する。その結果、複雑な金属部品をより迅速に、より低コストで、より持続的に生産することができ、同時に品質も向上し、生産性が大幅に向上します。InShaPeはこのように、AIベースのビーム成形とMSIプロセス制御をより早く産業界に導入する道を開き、特に航空宇宙、エネルギー、自動車分野でのAMの技術進歩を強化します。「私たちの研究に対する学術界や産業界の関心は非常に高い。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・ヴューディ教授は、「この技術がまもなく産業用システムで使用され、さまざまな分野におけるプロセス制御、品質保証、応用能力の進歩を促進できることをうれしく思います」とコメントしている。

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 (Grant Agreement no. 101058523) - Green Additive Manufacturing through innovative beam shaping and process monitoring
期間：6/2022 - 05/2025：06/2022 - 05/2025
調整：ミュンヘン工科大学（ドイツ）
プロジェクト・パートナー：
AeniumEngineering（スペイン）
AMEXCI（スウェーデン）
BavarianResearch Alliance 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）
EOSEOS GmbH Electro Optical Systems（ドイツ）
IMT, Institute of Metals and Technology（スロベニア）
OerlikonAM Europe GmbH（ドイツ）
SILIOSTechnologies（フランス）
Technion - Israel Institute of Technology（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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