효율성, 경제성 및 지속 가능성을 획기적으로 개선하여 금속 적층 제조를 강화하는 EU 프로젝트 InShaPe

____ 독일 크라이링, 독일, 2025년 7월 24일

 

생산성 6배 증가, 생산 비용 절반으로 절감, 에너지 소비 및 재료 낭비 대폭 감소, 부품 품질 개선 - EU가 지원하는 연구 프로젝트 InShaPe가 인상적인 수치를 발표했습니다. 지난 3년 동안 컨소시엄은 레이저 기반 금속 분말 베드 용융(PBF-LB/M) 적층 제조 공정에서 AI 기반 빔 성형과 다중 분광 이미징(MSI)을 결합하는 새로운 공정 최적화 접근법을 개발했습니다. 이 프로젝트의 목표는 이 제조 공정의 효율성, 경제성 및 지속 가능성을 크게 개선하는 것이었습니다. 프로젝트 파트너들은 항공우주 산업, 에너지 부문 및 기계 공학 분야의 5개의 복합 산업 데모에서 이러한 혁신을 성공적으로 시험했습니다. 뮌헨 공과대학교(TUM)의 레이저 기반 적층 제조 교수진은 8개국 10개의 다른 파트너와 협력하여 프로젝트를 조정했습니다. 유럽연합의 지원을 받은 InShaPe는 Horizon Europe 프레임워크 프로그램에서 720만 유로를 지원받았습니다.

레이저 기반 금속 분말 베드 용융으로 알려진 적층 제조(AM) 방식은 이제 복잡한 금속 부품 생산의 핵심 기술로 자리 잡았습니다. 그러나 레이저 빔 프로파일이 딱딱하고 공정 모니터링이 불충분하면 용융 공정 중에 문제가 발생하여 재료 결함이 발생하고 생산이 중단되는 경우가 많습니다. 이로 인해 낭비가 발생하고 에너지 사용량이 증가하여 생산 비용이 증가하고 생산 공정이 느려집니다. EU 프로젝트 InShaPe의 컨소시엄은 이러한 문제를 해결하기 위해 AI 기반 빔 쉐이핑과 다중 스펙트럼 이미징을 결합한 새로운 접근 방식을 연구했습니다.

생산성 6배 향상: 새로운 제조 공정의 탁월한 성능

인샤페 프로젝트 파트너들은 PBF-LB/M 공정에 상당한 생산성 향상을 가져왔습니다. 다양한 산업 응용 분야에서 인코넬 7181을 사용한 부품의 제조 속도가 최대 93.3cm³/h에 이르는 등 600%(6.2배) 이상의 생산성 향상을 달성했습니다. 시작 제조 속도는 15cm³/h였습니다. 동시에 컨소시엄은 비용을 50% 절감하여 중요한 프로젝트 목표를 달성했습니다.

프로젝트 파트너들은 항공우주용 임펠러(Inconel 718), 산업용 가스 터빈 부품(Inconel 718), 우주에서 사용되는 연소실 부품(CuCrNb), 전기톱 모터 실린더 헤드(AlSi10Mg), 우주 통신에 사용되는 위성 안테나 부품 등 5가지 산업 애플리케이션에서 빔 성형 및 다중분광 이미징(MSI) 혁신 기술을 시연했습니다.

 

1 인코넬 718은 니켈-크롬 기반의 초합금으로 강도가 높고 내식성 및 내열성이 특징입니다. 항공우주 분야와 같이 고온과 고압 또는 부식성 환경에 노출되는 부품에 자주 사용됩니다.

 

InShaPe 초기 단계 시연기(자료: IN718) © 프레데릭 왓츠카

다중 스펙트럼 이미징과 결합된 AI 기반 빔 쉐이핑

지능형 빔 성형 및 다중 스펙트럼 이미징 기술이 긴밀하게 조화를 이루며 크게 개선된 적층 가공 공정을 구현합니다. 레이저 빔 프로파일은 부품과 부품의 특정 형상 및 소재에 맞게 조정됩니다. 이를 통해 부품의 품질이 향상되고 처리 속도가 빨라져 재작업이 필요하거나 폐기물이 발생하는 균열, 스패터 및 응축수와 같은 문제를 방지할 수 있습니다. InShaPe 연구원들은 최적화된 스캐닝 전략과 결합된 링형 빔 프로파일이 다양한 애플리케이션에 특히 효과적이라는 것을 발견했습니다. 연구진은 가우시안 빔을 사용하는 대신 빔을 변조하여 링 모양의 프로파일로 강도를 분산시켜 용융 풀을 생성했습니다. 이를 통해 보다 안정적인 용융 영역과 보다 균일한 재료 처리가 가능합니다.

이와 동시에 새로운 멀티 스펙트럼 이미징 시스템은 다양한 파장 범위의 신호를 캡처하고 PBF-LB/M 공정을 실시간으로 모니터링합니다. 이를 통해 용융 풀의 열 변화를 조기에 감지할 수 있습니다. 기록된 데이터는 공정 관리로 바로 연결됩니다. 이전에는 생산을 중단하거나 부품을 재작업해야 했던 결함을 이제 수정할 수 있으므로 큰 지연 없이 공정을 계속할 수 있습니다.

에너지 부문을 위한 산업용 가스터빈 부품(소재: IN718) © 프레데릭 와츠카(Frederik Watzka)

대량 생산을 위한 선구적인 산업 도입

요약하자면, 이 혁신적인 접근 방식은 PBF-LB/M을 통한 산업용 대량 생산으로 나아가는 중요한 단계입니다. 지능형 빔 성형과 MSI 공정 제어의 조합은 보다 안정적인 용융을 가능하게 하여 결함의 원인을 줄이고 에너지의 자원 집약적인 사용을 줄입니다. 그 결과 복잡한 금속 부품을 더 빠르고, 더 낮은 비용으로, 더 지속 가능하게 생산할 수 있으며, 품질도 향상되고 생산성도 크게 높아집니다. 따라서 인샤페는 AI 기반 빔 성형 및 MSI 공정 제어의 산업적 도입을 가속화하여 특히 항공우주, 에너지 및 자동차 부문의 적층 제조 기술 발전을 강화할 수 있는 길을 열어줍니다. "우리 연구에 대한 학계와 업계의 관심이 매우 높습니다. 이 기술이 곧 산업 시스템에 사용되어 다양한 분야에서 공정 제어, 품질 보증 및 응용 기능의 발전을 이끌게 되어 기쁘게 생각합니다."라고 InShaPe 코디네이터인 뮌헨 공과대학교 공과대학의 카트린 우디 교수는 말했습니다.

우주 응용 분야용 연소 장치(재료: CuCrNb) © 프레데릭 와츠카(Frederik Watzka)

EU 프로젝트 InShaPe 소개

유럽연합의 지원을 받아 2022년 6월에 InShaPe 프로젝트가 시작되었습니다. 2025년 5월 말까지 EU 연구 및 혁신 프레임워크 프로그램인 Horizon Europe으로부터 720만 유로의 자금을 지원받았습니다. 이 프로젝트의 목표는 레이저 기반 금속 분말 베드 융합의 효율성, 경제성 및 지속 가능성을 개선하고 이를 상업적으로 널리 보급된 생산 기술로 전환하는 것이었습니다. 이 프로젝트는 뮌헨 공과대학교가 독일, 프랑스, 이스라엘, 이탈리아, 네덜란드, 스웨덴, 슬로베니아, 스페인의 다른 10개 파트너와 함께 수행했습니다. 이 프로젝트는 뮌헨 공과대학교의 레이저 기반 적층 제조 학과장인 카트린 우디 교수가 총괄했습니다.

우주 애플리케이션용 임펠러(재질: IN718) © 프레데릭 와츠카(Frederik Watzka)

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InShaPe 프로필

 

프로젝트명: InShaPe (보조금 계약 번호: 101058523) - 혁신적인 빔 성형 및 공정 모니터링을 통한 친환경 적층 제조
기간: 06/2022 - 05/2025
조정: 독일 뮌헨 공과대학교
프로젝트 파트너:
AeniumEngineering, 스페인
AMEXCI, 스웨덴
바이에른연구 연합 GmbH, 독일
BEAMIT 그룹, 이탈리아
Eindhoven공과대학교, 네덜란드
EOS GmbH Electro Optical Systems, 독일
IMT, 슬로베니아 금속 기술 연구소
올리콘AM 유럽 GmbH, 독일
SILIOSTechnologies, 프랑스
Technion - 이스라엘 공과대학교, 이스라엘

프로젝트 코디네이터: 뮌헨 공과대학교 카트린 우디 교수
프로그램: 호라이즌 유럽
총 기금 금액: 720만 유로
기금: 유럽 연합

이 프로젝트는 유럽연합의 호라이즌 유럽 연구 및 이노베이션 프로그램으로부터 보조금 계약 번호 101058523 에 따라 자금을 지원받았습니다. 그러나 표현된 견해와 의견은 저자 개인의 의견일 뿐이며 반드시 유럽연합의 의견을 반영하는 것은 아닙니다. 유럽 연합이나 승인 기관은 이에 대해 책임을 지지 않습니다.

언론 문의:
프로젝트 코디네이터:
카트린 뷔디 교수
TUM 공과대학교
레이저 기반 적층 제조 교수
뮌헨 공과대학교
전화: +49 (89) 289 - 55320
이메일: katrin.wudy@tum.de
www.mec.ed.tum.de/en/lbam/home/

EOS 소개

 

EOS는 산업용 3D 프린팅 기술을 통해 전 세계 조직에 책임감 있는 제조 솔루션을 제공합니다. 1989년부터 EOS는 엔드투엔드 적층 제조(AM) 산업 파트너십을 활용하여 전문가 지침, 기술 및 서비스를 통해 고객이 혁신하고 차별화할 수 있도록 지원함으로써 제조의 미래를 만들어 왔습니다. 전략부터 교육, 생산에 이르기까지 EOS는 금속 및 폴리머 3D 프린팅 솔루션 분야의 선도적인 글로벌 파트너로서 고품질 생산 효율성과 지속 가능한 솔루션을 통해 고객의 시장 출시 기간을 단축하고 있습니다.

그래픽 자료: EOS 프레스 센터

EOS 연락처:
제나 필립스
마케팅 커뮤니케이션 전문가
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