JP2018100445A - 物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
たとえば、特許文献1には、表面に光沢を有する金属製の三次元造形物を製造するための製造方法が提案されている。
そこで、粉末焼結法で三次元造形物を形成してから、高い形状精度が必要な部分については、事後的に機械加工で修正を加える方法も考えられる。
かかる課題を解決するため、本発明は、粉末焼結法を活用しつつ、高い形状精度を必要とする部分を含む物品を、低いコストで製造できる方法を提供する。
[物品]
まず、高い形状精度で製造することが必要な部分を含む物品を、例を挙げて説明する。もちろん、以下の実施形態で説明する物品は例示であり、本発明の実施は、これに限られるものではない。
このように、高い形状精度が必要な部分と、比較的形状精度は低くても許容される部分が混在し、全体としては複雑な外形を有する物品を、本実施形態では、以下のようにして製造する。
本実施形態の製造方法について、図1〜図7を参照しながら説明する。尚、図3は、製造方法の工程を示すフローチャートである。
それぞれの部分の形状を設計するにあたり、部材部と粉末焼結部の境界面の形状については、粉末焼結部を形成する製造工程上の要請に留意して決定する。
部材部と粉末焼結部の形状が決定したら、部材部の設計形状に従って部材を準備する。図3の工程S2である。
次に、粉末焼結部を形成する際に部材を所定の位置姿勢で支持するためのプレートを準備する。図3の工程S3である。
本実施形態では、具体的には、図2に示すプレート203を準備する。図2では、図示の便宜上、形状を単純化した模式断面図として示している。
なお、ここでは、強い力で固定可能だが、後に開放することができる固定方法として、ボルトによる締結を用いる。しかし、場合によっては、他の機械的固定手段であるクランパや、磁石を利用した磁力固定や、エア吸着や静電吸着などの吸着機構を利用した固定を採用してもよい。
本実施形態においては、フランジ部材201およびフランジ部材202をプレート203に固定する際、位置精度を高くするため以下の方法を行う。
そこで、本実施形態では、完成した物品をプレートに固定したままアニール(熱処理)することにより、寸法を保ったまま応力を緩和させる。例えば材料が鉄系の場合、ひずみ取り焼なましとして、500度C程度から徐々に冷却する処理を行う。尚、造形物が寸法変化するとしても、当該物品の仕様上問題ない範囲である場合は、この熱処理工程は省略することも可能である。
また、本実施形態で説明した物品は、例えばロボットにおける他の部品と高精度に組み立て可能な部品として使用することが可能である。
また、造形した物品をアニール処理して応力を緩和してから、プレートから取り外すことにより、造形後の変形の影響を軽減できる。そして、粉末焼結法を活用しつつ、高い形状精度を必要とする部分を含む物品を、低いコストで製造できる。
第一の実施形態では、図2に示したプレート203において、フランジ部材201とフランジ部材202を固定する凹部204および凹部205の位置は、物品100の形状寸法に則して決定していた。そして、粉末焼結工程後における冷却で寸法形状が変化するのを抑制するため、必要に応じてアニール処理を行っていた。
本実施形態は、造形後の焼結部の寸法変化による部材間の距離の変化だけでなく、角度変化も補正するものである。図9は、第一の実施形態における図2に対応する図であるが、図9に示すように、本実施形態では部材901と部材902の下面を角度eで傾斜させた形に製作する。図3の工程S1、S2である。
さらに、プレート903の凹部904と凹部905の底面(つきあて面)も同じ傾斜の角度eで傾斜させる。図3の工程S3である。
そして、第一の実施形態、第二の実施形態と同様に、積層と焼結を繰り返し、焼結部1003を形成する。
第三の実施形態では、部品の下面を傾斜させたが、本実施形態では上面を傾斜させる点が異なる。図12は、第三の実施形態における図9に対応する図であるが、図に示すように、本実施形態では部材1201の上面1201Aと、部材1202の上面1202Aを角度eで傾斜させた形にし、下面にはねじ穴1201Bとねじ穴1202Bを設ける。図3の工程S1、S2である。
そして、第一の実施形態、第二の実施形態と同様に、積層と焼結を繰り返し、焼結部1303を形成する。
本実施形態は、第一の実施形態〜第四の実施形態とは異なる物品を製造する例で、部材をプレートに固定する方法が異なる。第一の実施形態〜第四の実施形態と共通な部分については、説明を簡略化する。
図15に示す物品は、吸着パッド1500である。吸着パッド1500は、気密性を確保するため、高い精度の平滑面として製作されるべき吸着面1501Aを含む円環状のパッド部1501を有している。また、吸着パッド1500は、吸着面1501Aほど高い形状精度を要求されない部位として、減圧空間を保持するためのボディ部1502と、配管接続部1503を備える。
本実施形態の製造方法について、図3のフローチャートならびに図15〜図16を参照しながら説明する。
本発明の適用は、上記実施形態に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能である。
たとえば、図3で説明した製造方法のフローにおいて、工程S2と工程S3の順番を入れ替えたり、これらを同時並行的に行っても良い。また、工程S8は、製造する物品に応じて必要なければ省略しても良い。また、工程S7または工程S9の後で、物品に付着した未焼結の粉末をエアブロー等でクリーニングする工程を付け加えても良い。また、部材をプレートに着脱可能に位置決め固定する機構は、ねじ止めでなくてもよい。
Claims (22)
- 物品の一部となる部材を準備する工程と、
前記物品の形状に則した位置姿勢になるよう前記部材をプレートの上に位置決めして固定する工程と、
前記部材の上面が三次元造形の開始面になるように、前記部材が固定された前記プレートを三次元造形装置に位置決めして装着する装着工程と、
前記三次元造形装置が前記部材の上面に造形材料を載置するとともにレーザ光を照射して、前記部材の上面に固着した造形部を形成する造形工程と、
前記造形部が形成された前記部材が固定されている前記プレートを、前記三次元造形装置から脱離する脱離工程と、
前記脱離工程の後に、前記造形部が形成された前記部材を前記プレートから分離する工程と、を有する、
ことを特徴とする物品の製造方法。 - 前記物品の一部となる部材を準備する工程の前に、
前記物品のうち、あらかじめ部材として準備する部位の形状データと、三次元造形装置で形成する部位の形状データを作成する工程を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の物品の製造方法。 - 前記造形工程は、前記三次元造形装置で形成する部位の形状データに基づき、前記三次元造形装置の制御部がレーザ光の照射を制御する工程である、
ことを特徴とする請求項2に記載の物品の製造方法。 - 前記物品の一部となる部材を準備する工程は、前記あらかじめ部材として準備する部位の形状データにもとづき、形状精度が前記三次元造形装置よりも高い製造装置で部材を作成する工程を含む、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の物品の製造方法。 - 前記物品の形状に則した位置姿勢になるよう前記部材をプレートの上に位置決めして固定する工程は、前記造形部を形成した後に生ずる収縮分をオフセット補正した位置に前記部材を固定する工程である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 前記脱離工程の後で、
前記造形部が形成された前記部材を前記プレートから分離する工程の前に、
前記造形部が形成された前記部材が固定されている前記プレートにアニール処理を行う、
ことを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 前記物品の形状に則した位置姿勢になるよう前記部材をプレートの上に位置決めして固定する工程の後で、
前記装着工程の前に、
前記プレートに固定された前記部材の上面に表面処理を行う、
ことを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 前記表面処理は、粗面化処理である、
ことを特徴とする請求項7に記載の物品の製造方法。 - 前記表面処理は、クリーニング処理である、
ことを特徴とする請求項7に記載の物品の製造方法。 - 前記物品の形状に則した位置姿勢になるよう前記部材をプレートの上に位置決めして固定する工程においては、前記物品の部分となる複数の部材を前記プレートの上に位置決めして固定する、
ことを特徴とする請求項1乃至9のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 前記物品の部分となる複数の部材の上面が、互いに平行に位置するように前記プレートの上に位置決め固定する、
ことを特徴とする請求項10に記載の物品の製造方法。 - 前記物品の部分となる複数の部材の上面が、同一平面内に位置するように前記プレートの上に位置決め固定する、
ことを特徴とする請求項10に記載の物品の製造方法。 - 前記造形工程においては、前記物品の部分となる複数の部材を、前記造形部で連結する、
ことを特徴とする請求項10に記載の物品の製造方法。 - 前記プレートに着脱可能に固定された駒部材の上面に造形材料を載置するとともにレーザ光を照射して、前記造形部を支持するサポート構造を形成する工程を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至13のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 前記造形工程は、焼結材の粉末を前記部材の上面に層状に積層するとともに、レーザ光を照射して焼結させる工程である、
ことを特徴とする請求項1乃至14のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 前記造形工程は、シート状の造形材料を前記部材の上に載置するとともに、レーザ光を照射して前記造形材料を前記部材の上面に積層する工程である、
ことを特徴とする請求項1乃至14のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 前記造形工程は、光硬化性の液状材料を前記部材の上面に付与するとともに、レーザ光を照射して光硬化させる工程である、
ことを特徴とする請求項1乃至14のうちいずれか1項に記載の物品の製造方法。 - 請求項1乃至17のうちいずれか1項に記載の製造方法で物品を製造する工程と、
部品を準備する工程と、
前記物品と前記部品とを組み立てる工程と、
を有することを特徴とする構造体の製造方法。 - 前記物品の形状に則した位置姿勢になるよう前記部材をプレートの上に位置決めして固定する工程と、
前記物品と前記部品とを組み立てる工程とは、
同一形状の固定具を用いる、
ことを特徴とする請求項18に記載の構造体の製造方法。 - 第1の面および第2の面を有し、前記第2の面に第1の取付け部を有する第1部材と、
第3の面および第4の面を有し、前記第4の面に第2の取付け部を有する第2部材と、
第一端部と第二端部を有する造形物と、を有し、
前記第一端部は、前記第1の面に焼結により連結され、前記第二端部は、前記第3の面に焼結により連結され、
前記第1の取り付け部は第3の部材に取り付け可能であり、前記第2の取り付け部は第4の部材に取り付け可能であることを特徴とする構造体。 - 請求項20記載の造形物の設計形状データが複数の層に分割されたスライスデータであって、前記複数の層の少なくとも一層の形状パターンには、前記造形物の第一端部と第二端部の形状データが含まれることを特徴とするスライスデータ。
- 第1の関節と、
第2の関節と、
第一端部と第二端部を有する造形物と、
第1の面および第2の面を有し、前記第2の面に第1の取付け部を有する第1部材と、
第3の面および第4の面を有し、前記第4の面に第2の取付け部を有する第2部材と、を有し、
前記第一端部は、前記第1の面に焼結により連結され、前記第二端部は、前記第3の面に焼結により連結され、
前記第1の取り付け部は前記第1の関節に取り付けられ、前記第2の取り付け部は前記第2の関節に取り付けられていることを特徴とするロボット。
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