JP2003071530A - 金属シート積層造形物と金属シート積層造形物の造形装置及び造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属シート積層造形物の造形方法として、金
属シートを接合して所定形状にレーザ切断して、自動的
に積層する方法において、2枚重ねた金属シートの上の
シートのみをレーザ切断する場合、従来必要であった、
アシストガスや溶融物や酸化物が下側に抜けるためシー
ト間の隙間における溶融物や酸化物の付着の問題を解決
し、精密に積層することを可能にし、精度を充分確保で
きるようにすると共に、金属シート積層物の精密射出成
形用金型への適用を可能にする。 【解決手段】 金属シート積層造形物の造形方法におけ
る、2枚重ねた金属シートの上のシートのみのレーザ切
断工程において、レーザ切断法の代わりにレーザ表面徐
却法を用いて少なくとも2回以上レーザを照射して切断
することにより、精密に積層でき、高精度の金属シート
積層物を造形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、金属シー
トをシート積層法(通称LOM:ラミネーション・オブジェ
クト・マニュファクチャリング)で造形した金属シート
積層造形物に関するものである。

【０００２】また、この出願の発明は、薄い金属シート
をあらかじめ3次元CADで設計された射出成形用金型デー
タをスライスして用意して所定形状に切り抜き、順次積
層して造形する精密積層造形物の造形装置および精密積
層造形物の造形方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、金型の製造は切削法が主流である
が、精密微細な金型では切削できない深い溝や角穴があ
り、放電加工する必要があった。このため、3次元CADデ
ータから直接金型が出来ず、複雑な工程となり、納期短
縮を困難にさせていた。一方、従来、紙やプラスチック
シートを用いるシート積層法は良く知られ実用化されて
いる。これらのシート積層法は3次元のCADの普及に伴
い、急速に普及してきた技術である。また、金属板をカ
ットして積層した積層型はプレス分野で古くから使われ
ている技術である。そして、金属薄板を自動的に積層す
る装置も提案されている(特許第2735931号、特許第3144
317号)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、金属シ
ート積層造形物の造形方法は各種の方法が提案され、一
部は実用化されているが、多くは金属シートを切断して
から積層固定化する方法である。しかしながら、この従
来の方法で微細精密形状を自動的に積層しようとすると
以下のような不都合が生じる。すなわち、凸型形状を輪
切りにすると微細な浮島形状ができる場合があり、これ
を自動的に積層する場合は浮島を保持するための、支持
形状を付与して積層固定化してからその支持形状を除去
する手段が必要となり、操作が複雑になり精度確保が難
しい。

【０００５】また、金属シートを重ねて固定化してから
切断し、自動的に積層する造形装置も提案されている
が、レーザ切断で所定形状に切断する方法である。２枚
重ねた金属シートの上のシートのみをレーザ切断する方
法はガス(アシストガス)や溶融物や酸化物が下側に抜け
るためシートの間に隙間が必要である。旨く隙間を確保
したとしても溶融物や酸化物が付着し易く、精密に積層
する ことができない。特に金属シート積層物を精密射
出成形用金型に使おうとする場合は精度が十分に確保で
きないという問題があった。そして、金属シートを重ね
合わせて固定化するため、各種手段が採用されてもい
る。例えば金属シート切断後ボルトで固定する方法や、
接着剤を用いる方法、アーク溶接する方法、拡散接合や
ハンダ溶接や低融点金属をメッキした鋼板を溶着させる
方法などがある。だが、ボルトで固定する方法は凸型で
微細形状の場合ボルト位置が確保できないケースが多く
射出成形用型には不向きである。接着剤を用いる方法は
自動化しやすく、最も取り扱いやすい方法である。しか
し、射出成形用金型は射出成形時温度が室温から200℃
以上を上がったり下がったりするため、かなり過酷な温
度条件を受ける。このため接着剤と金属シートの熱膨張
率が異なると、成形中に剥離するトラブルが発生する。
接着剤が有機物であるとこの傾向は特に顕著となる。ア
ーク溶接は溶接時のダメージが大きく微細形状の場合精
度維持が難しい。拡散接合は高温下で加圧する必要があ
り、自動積層には適さない。ハンダ溶接や低融点金属を
メッキした鋼板を溶着させる方法は自動積層には適する
が、積層時ハンダや低融点金属の融点以上に温度を上げ
る必要があり、その際すでに溶接(ないし溶着)させた層
のハンダや低融点金属が溶融して、はみ出してきたりし
て寸法精度が悪くなる欠点がある。切断方法においては
エンドミルのような回転刃を用いる方法やレーザ切断や
ウオータジェット切断がある。エンドミルのような回転
刃を用いる方法は薄い金属シートを切断すると皺がより
やすく、鋭角な角のある微細形状を切断するのは不得手
である。レーザ切断は精密微細な形状の切断には適する
が、溶融物や酸化物残さ(通称ドロス)が裏側に付着し易
く、この除去が必要であり、自動積層がやりにくい。ま
た金属シートを2枚重ねて上の1枚のみをレーザ切断する
場合は重ねた間に隙間を作り溶融物や酸化物を逃がして
やる必要がある。旨く隙間を作って溶融物や酸化物を逃
がすことができても裏側に付着するドロスを除去できず
に、精密に積層することができない。レーザ切断は2枚
重ねた金属シートの上の1枚を精密に切断するのは不得
手である。ウオータジェット切断も1枚の金属シートを
切断するには良いが、2枚重ねて上の1枚のみを切断する
場合は不得手である。以上のごとく、薄い金属シートを
固定し、上の1層分をカットして自動的に積層して効率
よく、微細精密形状の射出成形用金型を造形することは
困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような状況におい
て、金属シートの切断をレーザ切断法に代えて、レーザ
表面除去法で少なくとも2回以上レーザを照射して切断
することで、薄い金属シートを2枚重ねて固定して、上
の1枚の金属シートを精密に切断できることが判った。
レーザ切断法とレーザ表面除去法の違いを説明する。
「レーザ切断法とは、レーザ発信器から出力されたレー
ザビームをレンズや鏡を使って板材の表面に微小に集光
し、適当なガスジェットを吹き付けながら板材(又はレ
ーザビーム)を移動させ、板材を溶融、蒸発させて分離
する加工法」(レーザ加工技術、著者:宮崎 俊行ら、発
行所:産業図書株式会社、発行日:1991年5月31日)。一方
レーザ表面除去法は「表面除去とは材料表面のみを除去
する加工であり、材料表面のごく薄い部分を除去する加
工と、比較的深い部分までも含めて成形除去する加工と
がある」(同上)と定義されている。使われるレーザもレ
ーザ切断はCO2レーザやYAGレーザで発信モードは連続波
かパルス幅の長い(数十msec)パルス波であり、レーザ表
面除去はパルス幅の短い(μsec〜nsec)Qスイッチ付きYA
Gレーザが用いられる。併用するガスもレーザ切断法の
場合は、この出願の発明で用いる炭素鋼や合金鋼(SK材
やSUSなど)では、酸素ガスが用いられる。レーザ表面除
去法ではガスは使わないか、あるいは不活性ガスが使わ
れる。レーザ表面除去法はレーザマーカーやレーザ彫刻
(型彫り加工)で使われている技術である。このようにレ
ーザ切断法とレーザ表面除去法とは、使うレーザの種類
や併用するガスが異なり、違う技術分野である。

【０００７】そこで、この出願の発明は、第1には、1層
目の金属シート上に第2層目の金属シートを重ね、固定
して、立体物の輪切りデータの輪郭線に沿ってレーザ表
面除去法によって少なくとも2回以上レーザを照射して
第2層目の金属シートを切断し、以後同様な操作を繰り
返して、順次自動的に積層することによって得られる金
属シート積層造形物を提供する。

【０００８】この出願の発明は、第2には、金属シート
を所定の位置に搬送する手段と、金属シートを重ねて接
合する手段と、立体物の輪切りデータの輪郭線に沿って
少なくともレーザが同一輪郭線上を2回以上走査して切
断する手段と、切断された金属シートの不要部を取り除
く手段と、切断部のバリを取り除く手段と、積層した金
属シートの面を削る手段と、積層段差を取り除く手段と
を備え、金属シートを重ねて接合して上の金属シートの
みを切断し、必要があれば切断された金属シートの不要
部を取り除き、必要があればバリを取り除き、必要があ
れば積層した金属シートの面を削り、必要があれば積層
段差を取り除いて、順次自動的に積層する金属シート積
層造形物の造形装置を提供する。

【０００９】この出願の発明は、第3には、 金属シート
を所定の位置に搬入する工程と、金属シートを重ねて接
合する工程と、立体物の輪切りデータの輪郭線に沿って
少なくともレーザが同一輪郭線上を2回以上走査して切
断する工程と、切断された金属シートの不要部を取り除
く工程と、切断部のバリを取り除く工程と、積層した金
属シートの面を削る工程と、積層段差を取り除く工程と
を含み、金属シートを重ねて接合して上の金属シートの
みを切断し、必要があれば切断された金属シートの不要
部を取り除き、必要があればバリを取り除き、必要があ
れば積層した金属シートの面を削り、必要があれば積層
段差を取り除いて、順次自動的に積層する金属シート積
層造形物の造形方法を提供する。

【００１０】この出願の発明は、第4には、金属シート
を重ねる接合と、立体物の輪切りデータの輪郭線に沿っ
てレーザを2回以上走査することによる切断とを同一加
工エリアで2台のガルバノミラーを用いて同時に行う金
属シート積層造形物の造形方法をも提供する。

【００１１】以上この出願の発明によれば、次の効果を
有する。一つ目は切断に至るまでの工程順序と切断対象
とする層の特定について、金属シートを固定してから、
上の層のみを所定形状に切断することによって、精密積
層の金型を得ることができる。二つ目は金属シートの切
断方法がレーザ表面除去法を用いることであり、この場
合、レーザ照射回数を少なくとも同じ箇所を2回以上照
射する。従来の技術はレーザ切断法であるため溶融、燃
焼(酸化)で切断するのに対し、マーカーや型彫りに用い
られる、分解、蒸発させるレーザ表面除去法による切断
法を採用するので、下の金属シートを傷つける割合を小
さくし、精密金型を得ることができる。また、レーザ表
面除去法で少なくとも2回以上レーザを照射する方法で
切断するので傾斜を有する形状の段差をより小さくする
ことができる。

【００１２】三つ目は造形に際して、Z軸(高さ)精度を
向上させるため、ある一定層(例えば10層又は20層)造形
したら、面を削って精度調整するようにした、すなわ
ち、スライスデータは一定間隔でスライスして造形の途
中で造形物を削って精度調整をするので、造形時間を短
縮することができる。

【００１３】従来の技術では造形の高さに合わせてスラ
イスデータを用意し、スライスデータ変換をその都度行
うため造形時間が掛かっていた。四つ目は積層段差処理
を、一定層造形したら、積層の途中でレーザやボールエ
ンドミルや砥石やヤスリ等で行うことであり、これによ
って、微細、精密形状の金型において従来のレーザや刃
物では届かなかった箇所でも段差処理が容易にでき、高
品質の精密積層造形金型が得られる。

【００１４】金属シートを重ねる接合と、立体物の輪切
りデータの輪郭線に沿ってレーザを2回以上走査するこ
とによる切断とを同一加工エリアで2台のガルバノミラ
ーを用いて同時に行うこともできるので、金属シート積
層造形物の加工時間(造形時間)を大幅に短縮することが
できる。

【００１５】この際、接合に用いるレーザと切断に用い
るレーザは種類が異なり、これら種類が異なるレーザを
それぞれのガルバノミラーで制御して同一加工エリア内
に照射することにより、造形時間を短縮できかつ装置の
大きさも小さく出来る。

【００１６】以下、この出願の発明をさらに詳細に説明
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】この出願の発明で用いる金属シー
トは厚さが0.01mm〜1.0mmの炭素鋼や合金鋼(SK材、SUS
など)が良い。特に好ましい厚さは0.02mm〜0.8mmであ
る。厚さが小さいと積層段差が目立たなくて良いが、0.
01mmより薄くなると取り扱い時皺がより易く、扱いにく
くなる。また1.0mmより厚くなると積層段差が目立つこ
とや、2枚の金属シートを固定化する際、レーザ溶接を
用いる場合高出力のレーザが必要になり、溶接箇所がき
れいにならず、凹凸が激しくなり、寸法精度が悪くな
る。金属の種類は鋳鉄やアルミニウムなどの比較的柔ら
かいものから、焼入れ鋼の硬いものまで使うことはでき
るが、薄い金属シートを使うため、使い勝手、加工性の
点から上述した炭素鋼や合金鋼(SK材、SUS304、316L、4
30など)が好ましい。この出願の発明で用いる2枚の金属
シートを固定化する方法は、接着剤や抵抗溶接や超音波
溶接やレーザ溶接が使えるが、この出願の発明の金属シ
ート積層造形物を射出成形用金型に用いる場合は微細形
状の固定が必要であり、レーザ溶接が好ましい。レーザ
溶接によるレーザスポット溶接、シーム溶接はどちらも
使える。この出願の発明の立体物の輪切りデータの輪郭
線は、通常光造形等で用いられるように、3次元CADデー
タを直接スライスするかSTLフォーマットに変換して、
スライスして得られる輪郭線を使うことが出来る。ま
た、輪切りの間隔は金属シートの厚さに合わせて、あら
かじめスライスしておく方法が良い。この出願の発明の
レーザ表面除去法によって第2層目の金属シートを切断
する方法は、レーザはQスイッチ付きのYAGレーザで、平
均出力15KW以上で周波数40KHZ以上のレーザを用いるこ
とが好ましい。切断の方法は一回の照射で切断するので
はなく、少なくとも二回以上照射して切断する必要があ
る。例えば厚さが0.1mmの場合は1除去層の除去深さが20
μ強程度になるように調節して5除去層分照射して切断
すれば、下の金属シートを傷つける割合は小さくなる
(確実に切断するためにシートの厚さより多めに除去す
ることになる。このため下の金属シートも多少のダメー
ジは受ける)。ここで1除去層という言い方をしたが、こ
の意味は輪郭線に沿ってレーザを照射するが、一回照射
して除去した幅が狭い場合は少しずつ位置をずらして数
回照射して幅を広げる方法も取る。切断幅は少なくとも
金属シートの厚さの半分以上が好ましい。それ故1除去
層分というのは一回の照射ばかりでなく数回照射してあ
る幅を持たせた状態である。もちろん一回の照射で十分
な切断幅が得られる場合は、同一箇所を数回照射すれば
良い。この出願の発明における「立体物の輪切りデータ
の輪郭線に沿ってレーザ表面除去法によって少なくとも
2回以上レーザを照射して第2層目の金属シートを切断す
る」加工において、そのレーザの照射方法はいくつかの
方式がある。すなわち、レーザビームの照射位置は固定
して、金属シートを載せたテーブルがX,Y,Z軸それぞれ
に動く方式や、レーザビームがガルバノミラーで制御さ
れてX,Y軸を固定された金属シートの上を走査(スキャ
ン)して描画し、金属シートがZ方向のみ制御されて動く
方式や、両方式を併用する方式などがある。また、ガル
バノミラーを用いる場合レーザビームの焦点位置を調整
する方法として、f0レンズを用いる方式やZ軸レンズで
制御する方式がある。また、レーザのビームモード(ビ
ームの形状やパワーの分布状態)は、シングルモードと
マルチモードどちらも使うことが出来る。さらに、レー
ザの波長は通常はYAGレーザで1064nmが使われるが、第2
高周波の532nmや第3高周波の355nmも使用可能であり、
形状の微細性や熱影響低減等目的によって使い分けられ
る。この出願の発明で切断を効率的に行うためには、す
なわちレーザ照射を効率的に行うためには、レーザビー
ムを高速で走査できるガルバノミラー方式が良い。しか
るにガルバノミラー方式は描画範囲(XY軸の造形範囲)が
広くなると精度が悪くなる傾向があるので、金属シート
を載せたテーブルがX軸Y軸を動く方式を併用した方が良
い場合もある。この出願の発明は順次自動的に積層する
ことが特徴の一つであるが、ある一定層積層してレーザ
やボールエンドミルや砥石やヤスリ等で段差処理の仕上
げ加工をしたり、Ｚ方向の精度を調節するためレーザや
ボールエンドミルや砥石やヤスリ等で面を削ったりして
から、さらに積層を繰り返すことも可能である。

【００１８】この出願の発明における不要部除去とは金
属シートから必要な形状部分を切り取った残りの部分を
不要部と称し、この不要部はいずれかの工程で除去する
必要があり、金属シート1枚切断する毎に不要部を磁石
や真空吸引で除去したり、全て造形が終了してから除去
することもあり、この場合は除去しやすいように切断時
に不要部を細かく裁断しておく方法もある。

【００１９】この出願の発明におけるバリ取りとは金属
シートをレーザ表面除去法で切断した際、金属シートの
上面に溶融物や蒸発物の残査が付着する場合があり、こ
れをバリと称し、これをレーザやエンドミルや砥石やヤ
スリやブラシで取り除くことである。

【００２０】この出願の発明において金属シートの厚さ
のバラツキが沢山のシートを積層した際、造形物の高さ
方向の精度に影響を与えるので、造形の途中でその高さ
を測定して、シートの面を削るなりしてZ方向の精度を
調節することが出来る。高さ測定は接触方式や非接触方
式どちらでも使える。

【００２１】この出願の発明において面仕上げとは、造
形物の表に出る面をきれいに仕上げることであり、その
方法は段差処理やバリ取りと同じ工法を使うことが出来
る。この出願の発明の金属シート積層造形物はモデルや
マスターや小ロットのパーツや金属製品としても使用で
きるが高強度で微細精密加工ができるので、プラスチッ
クの射出成形用金型として適している。

【００２２】

【実施例】携帯電話の表(表示盤やボタンのついている
側)の形状の金型のキャビティ側、コア側、それぞれの3
次元CADデータを用意し、STLデータに変換して0.1mm間
隔でスライスした、厚さ0.1mmで300mm×200mmの大きさ
のSUS304鋼板を550枚用意した。ベースにアルミ板を用
意し、最初の鋼板をレーザスポット溶接で四隅を溶接し
た。その後キャビティ、コアを同一面になるようにデー
タを配置して、所定形状の内側をスポット溶接し、出力
100W、周波数50KHZのQスイッチ付きYAGレーザで、レー
ザビームをガルバノミラー制御して、1除去層の除去深
さ20μ〜25μで幅100μになりようにレーザの走査速度
を500mm/sec、走査間隔を10μピッチ、走査回数を2回、
周波数を20KHZに調節して、所定形状の輪郭線を少なく
とも5除去層分レーザを照射して切断した。次の鋼板が
その上に置かれ、溶接、切断を繰り返した。鋼板の四隅
は常に溶接した。造形終了後ベースのアルミ板から剥が
してから不要部を取り外した。若干の仕上げ加工をして
金型ダイセットに取付け、射出成形機で汎用ABS樹脂を
射出成形した。射出成形は1000ショット成形したが金型
の損傷はなかった。成形品は外観、寸法精度とも満足の
いくものであった。図1には、金属シート積層造形物の
造形装置(A)によって得られた金属シート積層造形物(M)
の一例が示され、1除去層の金属積層シートの厚(t)を従
来の金属シートの厚さ(T)と対比して示される。本願発
明によれば、１層の厚さは従来のものと同じであるが、
一度にカットせずに、複数回（図示の例では5回）の除
去層で切断した場合、傾斜面の段差が小さくなる。な
お、従来の金属シート積層造形物(M‘)は 図４に示され
る。

【００２３】この出願の発明の金属シート積層造形物を
得るための金属シート積層造形金型造形装置(A)は、図2
の概要図に示すように、金属シートを所定の位置に搬送
する手段(1)と、搬送された金属シートを所定位置に重
ねて接合する手段(2)と、立体物の輪切りデータの輪郭
線に沿って少なくともレーザが同一輪郭線上を2回以上
走査して切断する手段(3)と、切断された金属シートの
不要部を取り除く手段(4)と、切断部のバリを取り除く
手段(5)と、積層した金属シートの面を削る手段(6)と、
積層段差を取り除く手段(7)とを備え、切断する手段(3)
は金属シートを重ねて接合して上位に配置の金属シート
のみを切断するものとして構成され、切断された金属シ
ートの不要部を取り除く手段(4)、バリを取り除く手段
(5)、積層した金属シートの面を削る手段(6)及び積層段
差を取り除く手段(7)はそれぞれ必要に応じて個別に繰
り返し作動可能とし、上記それぞれの手段を備えた金属
シート積層造形物の造形装置(A)によって、金属シート
を順次積層しながら金属シート積層造形物を造形する。

【００２４】さらに、この出願の発明の金属シート積層
造形物を得るための金属シート積層造形金型造形方法に
ついて、金属シート積層造形物の造形工程を、図面に沿
って説明する。図3の造形フローチャートに示すよう
に、先ず金属シートを所定の位置に搬送する(金属シー
ト搬入工程)に始まる。次いで搬送して重ねられた金属
シートを所定形状の内側(造形物として残す部分)をスポ
ットレーザ溶接等により接合する(スポットレーザ溶接
工程)。次に立体物の輪切りデータの輪郭線に沿って同
一輪郭線上を少なくとも2回以上レーザを走査して所定
の金属シートをレーザ切断する(レーザ切断工程)。その
後、不要部除去するか否かの判断の下、必要に応じて切
断された金属シートの不要部を取り除き(不要部除去工
程)、除去の必要のない場合には次の工程に進む。この
バリ取り工程では切断部のバリを取り除く。バリ取り工
程後、決められた層であるか否かの判断がなされ、決め
られた層でなければ最初のスタートに戻り、決められた
層である場合には次の高さ測定工程に進む。高さ測定工
程では測定値と設計値の差が所定範囲内にあるか否かの
判断をし、所定範囲内にある場合はスタートに戻り、上
記の工程を繰り返す。所定範囲内にない場合は次の面削
工程に進み、表面の削り出し加工が実行される。面削加
工を終了すると、前述と同様の高さ測定工程へと進み、
測定値と設計値の差が所定範囲内にあるか否かの判断が
なされる。この判断で所定範囲内にない場合は面削工程
へと戻り面削加工が繰り返され、所定範囲内となった場
合には、所定の高さで段差処理するか否かの判断、これ
に続く所定の高さか否かの判断が続き、段差処理工程へ
と進められる。所定の高さで段差処理するか否かの判断
工程で、段差処理すると判断されたときは、所定の高さ
か否かの判断工程へ進められ、段差処理するものでない
と判断されたときは、最初のスタートに戻される。ま
た、所定の高さか否かの判断工程で、所定の高さである
と判断されたときは段差処理工程に進められ段差処理さ
れるが、所定の高さでないと判断されたときには、最初
のスタートに戻される。段差処理工程で段差処理された
後、最終層チェック工程に進む。最終層チェック工程
で、最終層であることが確認出来たときは、次の面仕上
げ工程へと進められるが、確認出来ないときは、スター
トへ戻され再度繰り返される。なお、最終層チェック工
程と次の面仕上げ工程の間には、最終層であることが確
認出来たとして、面仕上げをするか否かの判断がなさ
れ、面仕上げの必要な場合に、面仕上げ工程へと進めら
れる。面仕上げの必要ない場合は面仕上げ工程を経ずに
完成したことになる。もちろん、面仕上げ工程で面仕上
げされたものは完成品となる。切断された金属シートの
不要部を取り除く不要部除去工程、バリを取り除くバリ
取り工程、積層した金属シートの面を削る面削工程、積
層段差を取り除く段差処理工程は、必要に応じ設けるこ
とができる。また、不要部除去工程において、切断され
た金属シートの不要部を各層毎に取り除くものとするこ
とができる。また、バリ取り工程においても、バリを各
層毎に取り除くものとすることができる。さらに、面削
工程において、積層した金属シート面をある一定層造形
毎に削るものとすることができるし、段差処理工程にお
いて、積層段差を一定層造形毎に削るものとすることが
できる。

【００２５】

【発明の効果】以上この出願の発明によれば、3次元CAD
データから直接かつ自動的に金属シート積層造形物が得
られ、設計、試作の効率化が出来る。さらに、小ロット
の金属製品(パーツ類)であれば型を作らずに生産できる
ので短納期化ができる。また、最も効率的なのはプラス
チックの射出成形用の金型である。通常金型は切削加工
で製造するが、深くて狭い角溝、角穴は放電加工を入れ
ざるを得なく、型設計が複雑になり工程も増えるので短
納期化には限界があった。これに対しこの出願の発明の
金属シート積層造形物は深くて狭い角溝、角穴は容易に
造形できるので、微細精密金型を短納期で作ることがで
きる。これによって製品の設計、試作、生産の短納期化
が可能となり、低価格化も実現できる。

【００２６】この出願の発明によれば、金属シートを固
定してから、上の層のみを所定形状に切断することによ
って、金型の精密積層を得ることができる。また金属シ
ートの切断方法としてレーザ表面除去法を用いることに
より、この場合、レーザ照射回数を少なくとも同じ箇所
を2回以上照射するので、下の金属シートを傷つける割
合を少なくし、精密積層の金型を得ることができる。さ
らに、スライスデータは一定間隔でスライスして造形の
途中で造形物を削って精度調整をするので、造形時間を
短縮することができる。積層段差処理を、積層の途中で
レーザやボールエンドミルで行うことによって、微細、
精密形状の金型において従来のレーザや刃物では届かな
かった箇所でも段差処理が容易にでき、微細、精密造形
を確実に実行できる。

【００２７】また、２台のガルバノミラーを用いて、接
合工程と２回以上レーザ走査による切断工程とを同一加
工エリアで同時に行うことも出来るので、その際は加工
時間(造形時間)を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本願発明の精密積層造形装置により作成された
一例を示す金属シート積層造形物の斜視図及び側面図で
ある。

【図2】本願発明の精密積層造形装置を模試的に示す概
要図である。

【図3】本願発明の精密積層造形装置による造形フロー
チャートを示す図である。

【図4】従来の金属シート積層造形物の斜視図及び側面
図である。

【符号の説明】

1・・金属シート搬送手段 2・・ 金属シート接合手段 3・・レーザ切断手段 4・・金属シート不要部除去手段 5・・切断部のバリ取り手段 6・・積層した金属シートの面削手段 7・・積層段差処理手段 A・・精密積層造形装置 M ・・本願発明の金属シート積層造形物 M‘・・従来の金属シート積層造形物 ｔ ・・本願発明の1除去層の厚さ T ・・・ 金属シートの厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 慶美 神奈川県横浜市保土ヶ谷区岡沢町52−２ Ｆターム(参考） 4E050 JA01 JB10 JC02 JD06 4E068 AA03 AE01 BF00 CE03 DB01 4F202 AJ02 AJ09 CA11 CD01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 シート積層法で造形する金属シート積層造
   形物において、1層目の金属シート上に第2層目の金属シ
   ートを重ね、固定して、立体物の輪切りデータの輪郭線
   に沿ってレーザ表面除去法によって少なくとも2回以上
   レーザを照射して第2層目の金属シートを切断し、以後
   同様な操作を繰り返して、順次自動的に積層することに
   よって得られる金属シート積層造形物。
2. 【請求項2】 金属シートを重ね、固定する方法がレーザ
   溶接である請求項1記載の金属シート積層造形物。
3. 【請求項3】 金属シート積層造形物がプラスチックの射
   出成形用金型である請求項1記載の金属シート積層造形
   物。
4. 【請求項4】 金属シートを所定の位置に搬送する手段
   と、金属シートを重ねて接合する手段と、立体物の輪切
   りデータの輪郭線に沿って少なくともレーザが同一輪郭
   線上を2回以上走査して切断する手段と、切断された金
   属シートの不要部を取り除く手段と、切断部のバリを取
   り除く手段と、積層した金属シートの面を削る手段と、
   積層段差を取り除く手段とを備え、金属シートを重ねて
   接合して上の金属シートのみを切断し、必要があれば切
   断された金属シートの不要部を取り除き、必要があれば
   バリを取り除き、必要があれば積層した金属シートの面
   を削り、必要があれば積層段差を取り除いて、順次自動
   的に積層する金属シート積層造形物の造形装置。
5. 【請求項5】 金属シートを所定の位置に搬入する工程
   と、金属シートを重ねて接合する工程と、立体物の輪切
   りデータの輪郭線に沿って少なくともレーザが同一輪郭
   線上を2回以上走査して切断する工程と、切断された金
   属シートの不要部を取り除く工程と、切断部のバリを取
   り除く工程と、積層した金属シートの面を削る工程と、
   積層段差を取り除く工程とを含み、金属シートを重ねて
   接合して上の金属シートのみを切断し、必要があれば切
   断された金属シートの不要部を取り除き、必要があれば
   バリを取り除き、必要があれば積層した金属シートの面
   を削り、必要があれば積層段差を取り除いて、順次自動
   的に積層する金属シート積層造形物の造形方法
6. 【請求項6】 切断された金属シートの不要部を各層毎に
   取り除く、請求項5記載の造形方法。
7. 【請求項7】 バリを各層毎に取り除く、請求項5記載の
   造形方法。
8. 【請求項8】 積層した金属シート面をある一定層造形毎
   に削る請求項5記載の造形方法。
9. 【請求項9】 積層段差を一定層造形毎に削る請求項5記
   載の造形方法。
10. 【請求項10】 請求項5ないし9のいずれかにおいて、金
    属シートを重ねる接合と、立体物の輪切りデータの輪郭
    線に沿ってレーザを2回以上走査することによる切断と
    を同一加工エリアで2台のガルバノミラーを用いて同時
    に行うことを特徴とする金属シート積層造形物の造形方
    法。