JPH08290347A - 切削による積層造形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削工具などの工具により三次元形状に成形
加工したプレート材を積層造形することにより、短時間
で高精度の三次元形状物を成形する。 【構成】 図面又はＣＡＤにより作成した三次元の数値
データに基づいて、三次元形状を複数の階層に分割し、
各階層ごとに三次元曲面加工データを求め、切削条件、
補助指令を加えた各階層ごとの三次元加工プログラムを
作成し、この加工プログラムに従い各プレート材を切削
工具等によりの三次元形状に加工する成形加工と、これ
らを順次積層する積層工程とを交互に繰り返すことによ
り三次元形状物を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元形状を複数の階
層に分割し、各階層の積層工程及び三次元曲面の成形加
工を繰り返すことにより三次元形状物を造形する方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】合成樹脂による三次元形状物の製作には
従来から金属材料を切削及び研削加工した金型による金
型成形方法が用いられている。しかし、機能やデザイン
の確認を目的とする場合には、金型を製作する代わりに
樹脂材料を直接加工する方法も行われている。これらの
方法では、倣い装置を有する工作機械により立体モデル
を倣いながら加工するものや、図面又はＣＡＤ（Ｃｏｎ
ｐｕｔｅｒ ＡｉｄｅｄＤｅｓｉｎｅ）により作成した
三次元の数値データから数値制御工作機械で素材から削
り出すなどして所定の三次元形状物を得ている。

【０００３】一方、特開平３−２４４５１０公報や特開
平５−３１３５８４号に開示されているように、目標成
形物の各層の二次元形状データに基づきシート状部材を
裁断し、これを順次積層することにより三次元形状物を
二次元半形状に積層造形する方法が提案されている。

【０００４】また、特開昭６２−３５９６６号公報や特
開平４−１０３３３９号公報等に開示されているよう
に、液状の光硬化性樹脂の表面に光ビームを照射し、所
定形状の硬化層を形成し、この硬化層の上にさらに未硬
化の液状光硬化性樹脂を供給し、再び光ビームを照射し
て硬化層を形成し、先の硬化層の上に積層するという工
程を繰り返して三次元形状物を二次元半形状に積層造形
する方法も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記に述べた従来の技
術のうち、金型成形方法や樹脂材料を直接加工する方法
では精度の高い三次元形状物を製作することができる
が、素材から削り出すため荒加工と仕上げ加工の少なく
とも２つの工程により不要部分をすべて除去しなければ
ならず、製作に多額の時間と費用を要していた。また、
切削工具の軸心方向と平行な面内に凹部が存するいわゆ
るアンダーカット部を有する三次元形状物に対しては、
段取り替えを行って再び加工を始めなければならない。
さらに、中空部を有する三次元形状物の場合には金型や
樹脂加工物を分割するなど複雑な工程が必要であった。

【０００６】一方、裁断されたシート材を積層造形する
方法では、アンダーカット部を有する三次元形状物や中
空の三次元形状物の製作も比較的に容易に製作すること
ができるが裁断方向はシート材に直交する方向であるた
め、積層造形された三次元形状物の表面は二次元半形状
つまり階段上になり、形状精度の高いものは得られな
い。形状精度を高めるため、各層の厚みを小さくするこ
とも行われるが、シート材の材質上の制限や裁断条件の
制約によりその厚みには限度がある。しかも、各層の厚
みを小さくするに従い、三次元形状物を構成する層の数
が多く必要になり、製作費用及び時間が増大する。ま
た、表面の面積に比較して厚みの小さな三次元形状物の
場合、シート材の特性によっては歪が生じたり、容易に
変形するという問題がある。

【０００７】さらに、光硬化性樹脂を積層造形する方法
においても、光ビームは、通常、光硬化性樹脂表面に直
交する方向に照射されるため、積層造形された三次元形
状物の表面は二次元半形状つまり階段上になり、シート
材の積層方法と同様に形状精度の高いものは得られな
い。各層の厚みを小さくする場合でも、現在のところ、
その厚みは０．０５ｍｍが限界である。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するため創案されたもので、製作時間を短縮すると
ともに、成形品の形状精度を大きく向上させることを課
題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めの本発明の請求項１記載の積層造形方法は、三次元形
状を複数の階層に分割し、各階層ごとに成形し順次これ
らを積層することにより三次元形状物を造形する方法に
おいて、三次元の数値データに基づいて各階層ごとに作
成した三次元加工プログラムに従いプレート材を切削工
具又は研削工具等の工具により三次元曲面形状に成形加
工し、この加工済みプレート材に未加工のプレート材を
積層し、再び前記工具により未加工のプレート材を成形
加工するという工程を繰り返すことにより三次元形状物
を成形することを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項２記載の積層造形方法は、
請求項１記載の積層造形方法においてプレート材の加工
対象２面の内、片面を工具により成形加工後、このプレ
ート材を１８０度反転して加工した面を加工済みのプレ
ート材側に向けて積層した後、未加工の反対面を成形加
工することを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項３記載の積層造形装置は、
マシニングセンンタ等の加工機に以下の各要素を付加
し、請求項１記載の積層造形方法を使用することにより
三次元形状物を成形することを特徴とする。 （イ）未加工のプレート材を整列収納するとともに上下
移動するプレートストッカ （ロ）前記プレートストッカからプレート材を取り出
し、プレートストッカとの受渡し位置とテーブルとの受
渡し位置との間でプレート材を搬送するプレートキャリ
ア （ハ）搬送中のプレート材に接着剤を塗布する接着剤塗
布装置

【００１２】本発明の請求項４記載の積層造形装置は、
マシニングセンンタ等の加工機に以下の各要素を付加
し、請求項２記載の積層造形方法を使用することにより
三次元形状物を成形することを特徴とする。 （イ）未加工のプレート材を整列収納するとともに上下
移動するプレートストッカ （ロ）前記プレートストッカからプレート材を取り出
し、プレートストッカとの受渡し位置とテーブルとの受
渡し位置との間でプレート材を搬送するとともにプレー
ト材を１８０度反転する反転装置を有する第１のプレー
トキャリア （ハ）プレートストッカとの受渡し位置とテーブルとの
受渡し位置との間でプレート材を搬送する第２プレート
キャリア （ニ）テーブルに取り付け、プレート材をクランプする
おもて面加工用自動クランプ装置と裏面加工用自動クラ
ンプ装置 （ホ）搬送中のプレート材に接着剤を塗布する接着剤塗
布装置

【００１３】

【作用】本発明の積層造形方法は図面又はＣＡＤにより
作成した三次元の数値データに基づいて、三次元形状を
複数の階層に分割し、各階層ごとに作成した三次元加工
プログラムに従い、各プレート材を切削工具等により三
次元曲面形状に成形加工し、これを順次積層しているた
め積層された三次元形状物の表面は階段状にはならず、
滑らかな表面が得られる。また、各階層ごとに作成する
三次元加工プログラムにおいて工具の通過ピッチを定め
るピックフィード量を小さく設定することにより、さら
に滑らかな表面にするとともに形状精度を高めることが
できる。また、本発明の積層造形方法は、各階層を切削
又は研削により成形するため、プレート材の材質は切削
又は研削できるものであればよく金属、樹脂等、その応
用範囲は広い。

【００１４】本発明の積層造形装置は、マシニングセン
タにプレートストッカ、プレートキャリア及び接着剤塗
布装置を付加することにより、各プレート材を自動的に
積層するとともに各プレート材を切削又は研削により自
動的に成形加工する工程を交互に繰り返して積層造形す
るもので、三次元形状物を自動的に成形することができ
る。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１はＣＡＤ又は図面から積層造形加工プログラムを作
成する順序を示すフロー図である。図１においてＣＡＤ
又は図面により作図した三次元形状に対して、使用工具
の半径分だけオフセットした工具中心の通過経路を示す
工具オフセット形状を作成する。次に三次元形状物の形
状の複雑さや使用するプレート材の厚さを考慮して各階
層の高さを決定し、三次元形状を複数の階層に分割し、
さらに各階層ごとにピックフィード量を設定し、各階層
の厚みをピックフィード量で分割した複数の三次元曲面
加工データを作成する。次に各階層ごとの複数の三次元
曲面加工データに工具回転数、送り速度等の切削条件及
び工具の選択指令、プレート材の搬送、固定、接着剤塗
布等の補助指令を加えた各階層ごとの三次元加工プログ
ラムを作成する。このようにして作成した各階層の三次
元加工プログラムを加工順に並び換えて積層造形加工プ
ログラムを作成する。

【００１６】図２から図９は図１のフロー図に示した順
序で作成された積層造形加工プログラムに従い、中実の
三次元形状物をボールエンドミルで成形する第１の実施
例を示す工程図である。図１０、図１１は三次元形状物
を積層造形する積層造形装置１で、図１０はその平面図
で、図１１はその正面図である。

【００１７】図１０及び図１１において、積層造形装置
１は、以下の（イ）から（ト）により構成されるマシニ
ングセンタと、（チ）から（ヌ）までの各要素とから構
成される。 （イ）Ｘ軸駆動モータ（１０１）、Ｘ軸ガイド（１０
２）及びＸ軸ボールスクリュー（１０３）等からなるＸ
軸送り装置（１０４） （ロ）Ｙ軸駆動モータ（１０５）、Ｙ軸ガイド（１０
６）及びＹ軸ボールスクリュー（１０７）等からなるＹ
軸送り装置（１０８） （ハ）Ｚ軸駆動モータ（１０９）、Ｚ軸ガイド（１１
０）及びＺ軸ボールスクリュー（１１１）等からなるＺ
軸送り装置（１１２） （ニ）Ｘ軸送り装置（１０４）及びＹ軸送り装置（１０
８）によりＸＹ平面内で移動する主軸ヘッド（１１３） （ホ）Ｚ軸送り装置（１１２）によりＺ軸方向に移動す
るテーブル（１１４） （ヘ）正面フライスカッタや予備工具を整列収納する工
具マガジン（１１５） （ト）数値制御装置（１１６） （チ）未加工のプレート材（１１７）を整列収納すると
ともに上下移動するプレートストッカ（１１８） （リ）プレートストッカ（１１８）から未加工のプレー
ト材（１１７）を取り出し、プレートストッカ（１１
８）との受渡し位置とテーブル（１１４）との受渡し位
置との間でプレート材を搬送するプレートキャリア（１
１９） （ヌ）搬送中のプレート材に接着剤を塗布する接着剤塗
布装置（１２０）

【００１８】以下、図２から図９の工程図及び図１０、
図１１の積層造形装置１に従い中実の三次元形状物を成
形する工程を説明する。図２に示すように、まず、加工
に先立ちテーブル（１１４）上にバックアッププレート
（１）及び第１段プレート材（２）を取り付ける。

【００１９】図３は第１段プレート材（２）の加工状態
を示す平面図で、図４はそのＡ−Ａ断面図である。自動
運転の起動により、第１段プレート材（２）に対応する
階層の三次元加工プログラムが呼び出され、加工を開始
する。不要部分は加工除去する必要はなく、削り残し部
（４）を設けておくことにより加工時間を短縮できる。
第１段プレート材（２）の三次元加工プログラムには、
第１段プレート材（２）の形状を構成する部分、すなわ
ち第１段構成部（３）と削り残し部（４）が分離しない
ように、第１段構成部（３）と削り残し部（４）とをつ
なぐためのサポート部（５）が数カ所設けられるように
しておく。なお、このサポート部（５）の数及び大きさ
は三次元形状物の形状に応じて適宜決定される。又、バ
ックアッププレート（１）は三次元形状物を構成するも
のではないが、第１段プレート材（２）の側面下部を加
工する際にボールエンドミル（６）の先端が第１段プレ
ート材（２）下面から突き出てテーブル（１１４）の上
面に傷をつけることを防止するためのものである。

【００２０】第１段プレート材（２）の加工が終了する
と、図１１に示したプレートストッカ上下移動用シリン
ダー（１２１）により、プレートストッカ（１１８）が
上昇し、プレートストッカ（１１８）上部の第２段プレ
ート材（７）をプレートキャリア（１１９）下面に設け
た吸着パッド（１２２）により吸引把持する。第２段プ
レート材（７）を把持したプレートキャリア（１１９）
は、プレートストッカ（１１８）との受渡し位置からプ
レートキャリア搬送シリンダー（１２３）によりＸ軸ガ
イドに沿ってテーブル（１１４）との受渡し位置まで移
動する。このとき、図５に示すように、搬送途中に配置
された接着剤塗布装置（１２０）により第２段プレート
材（７）の下面に接着剤（８）が塗布される。次にテー
ブル（１１４）がＺ軸駆動送り装置により上昇し、第２
段プレート材（７）の下面に第１段プレート材（２）の
上面を押し付けると、第２段プレート材（７）下面に塗
布された接着剤（８）により第２段プレート材（７）と
テーブル（１１４）上面の加工済みの第１段プレート材
（２）とが一体的に積層される。次に吸着パッド（１２
２）の吸引力が解除され、テーブル（１１４）が下降端
まで下降すると、プレートキャリア（１１９）はプレー
トストッカ（１１８）との受渡し位置まで移動し、引き
続いて第２段プレート材（７）に対応する階層の三次元
加工プログラムに従い、第２段プレート材（７）を加工
する。

【００２１】図６は第２段プレート材（７）を加工して
いる状態を示す。第２段プレート材（７）はその下面に
塗布した接着剤（８）により第１段プレート材（２）と
一体的に積層されているため、第１段プレート材（２）
に設けたサポート部（５）は不要である。以下、同様に
して各プレート材をそれぞれに対応する各階層ごとの三
次元加工プログラムにより成形加工し、順次積層する。
図７は最終プレート材の加工が終了した状態を示す。

【００２２】図８は、プレート材上面をフライス加工し
ている状態を示す図である。フライス加工用の正面フラ
イスカッタ（９）は、工具マガジン（１１５）に収納さ
れていてフライス加工用プログラムの指令に従い、主軸
ヘッド（１１３）の移動及び工具マガジン（１１５）の
上下移動により主軸ヘッド（１１３）に装着されている
工具と交換される。これは、ある階層のプレート材の加
工が終了したときにプレート材の材質により生じる加工
時のかえりを除去したり、あるいはそれまでに加工した
三次元形状構成部の高さを調整するために必要に応じて
加工済みプレート材の上面を平面に仕上げるためであ
る。

【００２３】図９は加工が終了した積層プレート材（１
０）から三次元形状物を取り出した状態を示す。加工が
終了すると、バックアッププレート（１）より、第１段
プレート材（２）から最終段プレート材までが一体とな
った積層プレート材（１０）を取り外す。積層プレート
材（１０）には三次元形状構成部（１１）と削り残し部
（１２）とがサポート部（５）のみでつながっているか
らこれを切除し、三次元形状物である三次元形状構成部
（１１）を取り出す。

【００２４】本発明の第２実施例を図面に基づいて説明
する。図１２から図１７は両端に外部と通じる中空部分
を有する三次元形状物を成形する工程を示したものであ
る。加工プログラムの作成順序は第１実施例と同様であ
るが、後述するように切削条件及び補助指令として第１
実施例で使用したボールエンドミル（６）、正面フライ
スの他に図１４に示すＲ付サイドカッタを使用する点で
相違する。

【００２５】図１２は第１段プレート材（１５）の加工
状態を示す平面図で、図１３はそのＡ−Ａ断面図であ
る。図１２及び図１３に示すように、加工に先立ちテー
ブル（１１４）上にバックアッププレート（１４）及び
第１段プレート材（１）５を取り付ける。次に、図１３
に示すようにボールエンドミル（６）で中空部となる部
分（１６）を加工し、次に図１０及び図１１に示す主軸
ヘッド（１１３）のＸＹ方向の移動と工具マガジン（１
１５）の上下移動により工具マガジン内のＲ付サイドカ
ッタ（１３）と主軸ヘッド（１１３）に装着したボール
エンドミル（６）とを交換する。このＲ付サイドカッタ
（１３）で図１４に示すようにボールエンドミル（６）
で削り残されたアンダーカット部（１７）を除去する。
このとき、中空部をすべて除去する必要はなく、棒状の
中空部削り残し部（１８）を設けることにより加工時間
を短縮できる。さらに、図１５に示すように工具をボー
ルエンドミル（６）に交換して外形部（１９）を加工す
る。なお、第１実施例と同様にサポート部を数カ所設け
ておく。本実施例の場合、第１段プレート材（１５）に
は外形部削り残し部（２０）、中空部削り残し部（１
８）及び三次元形状物の構成部（２１）とを相互につな
ぐために外形部用サポート部（２２）及び中空部用サポ
ート部（２３）とを設けておく。

【００２６】次に第１実施例と同様にして、第２段プレ
ート材と加工済みの第１段プレート材（１５）とを一体
的に積層し、第２段プレート材を加工する（図示せ
ず）。以下、同様の工程を繰り返して所定の枚数のプレ
ート材を加工する。

【００２７】図１６に最終プレート材の加工が終了した
状態を示す。図１７に積層プレート材（２４）から外形
部削り残し部（２５）、中空部削り残し部（２６）及び
三次元形状構成部（２７）とを分離した状態を示す。

【００２８】本発明の第３実施例を図面に基づいて説明
する。図１８から図２８は中空の球体の形状物を成形す
る工程を示したもので、加工プログラムの作成順序は実
施例１と同様であるが、後述するように本実施例ではプ
レート材のおもて面及び裏面を成形加工するため、これ
に関連する動作が付加される点で相違する。図２９から
図３２は、中空の三次元形状物を成形するための積層造
形装置２で、図２９はその平面図、図３０はその正面
図、図３１はその右側面図、図３２はその左側面図であ
る。

【００２９】積層造形装置２は、以下の（イ）から
（ト）により構成されるマシニングセンタと（チ）から
（オ）までの各要素とから構成される。 （イ）Ｘ軸駆動モータ（２０１）、Ｘ軸ガイド（２０
２）及びＸ軸ボールスクリュー（２０３）等からなるＸ
軸送り装置（２０４） （ロ）Ｙ軸駆動モータ（２０５）、Ｙ軸ガイド（２０
６）及びＹ軸ボールスクリュー（２０７）等からなるＹ
軸送り装置（２０８） （ハ）Ｚ軸駆動モータ（２０９）、Ｚ軸ガイド（２１
０）及びＺ軸ボールスクリュー（２１１）等からなるＺ
軸送り装置（２１２） （ニ）Ｘ軸送り装置（２０４）及びＹ軸送り装置（２０
８）によりＸＹ平面内で移動する主軸ヘッド（２１３） （ホ）Ｚ軸送り装置（２１２）によりＺ軸方向に移動す
るテーブル（２１４） （ヘ）正面フライスカッタ（９）や予備工具を整列収納
する工具マガジン（２１５） （ト）制御装置（２１６） （チ）未加工のプレート材（２１７）を整列収納すると
ともに上下移動するプレートストッカ（２１８） （リ）プレートストッカ（２１８）からプレート材を取
り出し、プレートストッカ（２１８）との受渡し位置と
テーブル（２１４）との受渡し位置との間でプレート材
を搬送するとともにプレート材を１８０度反転する反転
装置を有する第１プレートキャリア（２１９） （ヌ）プレートストッカ（２１８）との受渡し位置とテ
ーブル（２１４）との受渡し位置との間でプレート材を
搬送する第２プレートキャリア（２２４） （ル）テーブル（２１４）に取り付け、プレート材をク
ランプするおもて面加工用の第１自動クランプ装置（２
２５）と裏面加工用の第２自動クランプ装置（２２６） （オ）搬送中のプレート材に接着剤（８）を塗布する接
着剤塗布装置（２２０） なお、この積層造形装置２は第１実施例及び第２実施例
に示した中実の三次元形状物や両端に外部と通じる中空
部分を有する三次元形状物を成形する場合にも使用する
ことができる。

【００３０】以下、図１８から図２８に示す工程図及び
図２９から図３２に示す積層造形装置２に従い中空の三
次元形状物を成形する工程を説明する。まず、図２９及
び図３０に示すように、プレートストッカ（２１８）と
の受渡し位置にて第１プレートキャリア（２１９）に揺
動可能に取り付けたプレートホルダ（２２７）下面の吸
着パッド（２２２）により、第１段プレート材おもて面
（２８ａ）をプレートストッカ上下用シリンダー（２２
１）により上昇しているプレートストッカ（２１８）か
ら吸引把持し、第１プレートキャリア搬送シリンダー
（２２３）によりテーブル（２１４）との受渡し位置へ
搬送する。テーブル（２１４）との受渡し位置ではＺ軸
送り装置（２１２）によりテーブル（２１４）が上昇
し、図１８に示すように、テーブル（２１４）に取り付
けた第１自動クランプ装置（２２５）により第１段プレ
ート材（２８）を把持する。次にプレートホルダ（２２
７）下面の吸着パッド（２２２）の吸引力が解除され、
第１プレートキャリア（２１９）はプレートストッカ
（２１８）との受渡し位置へ戻り、テーブル（２１４）
は最下端まで下降する。次に第１段プレート材（２８）
に対応する階層の三次元加工プログラムに従い、図１８
に示すように第１段プレート材おもて面（２８ａ）に三
次元形状物の外側（２９）を加工する。

【００３１】第１段プレート材おもて面（２８ａ）の加
工が終了すると、第１プレートキャリア（２１９）をテ
ーブル（２１４）との受渡し位置へ移動させておき、次
にテーブル（２１４）が上昇し、同時に第１自動クラン
プ装置（２２５）の把持が解除され、待機していた第１
プレートキャリア（２１９）のプレートホルダ（２２
７）下面の吸着パッド（２２２）により第１段プレート
材おもて面（２８ａ）を吸引把持する。次に第１プレー
トキャリア（２１９）により第１段プレート材（２８）
を反転位置（本実施例では反転位置とプレートストッカ
（２１８）との受渡し位置は同一位置となっている。）
へ搬送する。反転位置で、図１９に示すように第１プレ
ートキャリア（２１９）のプレートホルダ（２２７）は
第１段プレート材おもて面（２８ａ）を吸引把持したま
ま、第１プレートキャリア（２１９）に取り付けた反転
用揺動モータ（２２８）により１８０度旋回し、待機し
ていた第２プレートキャリア（２２４）の下面に取り付
けた吸着パッド（２２９）により第１段プレート材裏面
（２８ｂ）が吸引把持され、次に第１プレートキャリア
（２１９）のプレートホルダ（２２７）下面の吸着パッ
ド（２２２）の吸引力が解除される。

【００３２】第１段プレート材裏面（２８ｂ）を吸引把
持した第２プレートキャリア（２２４）は、第２プレー
トキャリア搬送シリンダー（２３０）によりテーブル
（２１４）との受渡し位置へ搬送する。テーブル（２１
４）との受渡し位置ではテーブル（２１４）が上昇し、
図２０に示すように、テーブル（２１４）に取り付けた
第２自動クランプ装置（２２６）により第１段プレート
材（２８）を把持する。次に第２プレートキャリア（２
２４）の吸着パッド（２２９）の吸引力が解除され、第
２プレートキャリア（２２４）が反転位置へ戻り、テー
ブル（２１４）は最下端まで下降する。次に、加工プロ
グラムの補助指令により、主軸ヘッド（２１３）に装着
したボールエンドミル（６）と工具マガジン（２１５）
に装着された正面フライスカッタ（９）との工具交換を
行い、所定の厚みになるまで第１段プレート材裏面（２
８ｂ）をフライス加工する。再び主軸ヘッド（２１３）
に装着した正面フライスカッタ（９）と工具マガジン
（２１５）のボールエンドミル（６）との工具交換を行
い、図２１に示すように三次元形状物の中空部となる部
分（３０）を加工する。

【００３３】第１段プレート材裏面（２８ｂ）の加工が
終了すると、図２２に示すように、第１プレートキャリ
ア（２１９）によりプレートストッカ（２１８）から搬
送してきた第２段プレート材（３１）をテーブル（２１
４）上の第１自動クランプ装置（２２５）で把持し、第
２段プレート材（３１）に対応する階層の三次元加工プ
ログラムに従い、第２段プレート材おもて面（３１ａ）
に三次元形状物の外側を加工する。第２段プレート材お
もて面（３１ａ）の加工が終了すると、第１プレートキ
ャリア（２１９）により反転位置まで第２段プレート材
（３１）を搬送する。

【００３４】反転位置で、図２３に示すように第２段プ
レート材（３１）を反転し、第２プレートキャリア（２
２４）により第２段プレート材裏面（３１ｂ）を吸引把
持してテーブル（２１４）との受渡し位置まで搬送す
る。このとき、図２４及び図３０に示すように搬送途中
に設けた接着剤塗布装置（２２０）により第２段プレー
ト材おもて面（３１ａ）に接着剤（８）を塗布する。テ
ーブル（２１４）との受渡し位置で、テーブル（２１
４）が上昇し、第２段プレート材おもて面（３１ａ）に
第１段プレート材裏面（２８ｂ）を押し付け、これらが
一体的に積層された後、吸着パッド（２２９）の吸引力
が解除されるとともに、テーブル（２１４）が下降す
る。

【００３５】次に図２５に示すように、第１段プレート
材（２８）と一体的に積層された第２プレート材裏面
（３１ｂ）を第１段プレート材（２８）と同様にフライ
ス加工した後、図２６に示すように三次元形状物の中空
部となる部分をボールエンドミル（６）により加工す
る。

【００３６】以下、同様にして各プレート材をそれぞれ
に対応する各階層ごとの三次元加工プログラムにより成
形加工し、これらを順次積層する。図２７に最終プレー
ト材の加工が終了した状態を示す。図２８に積層プレー
ト材（３２）から外形部削り残し部（３３）と三次元形
状構成部（３４）とを分離した状態を示す。

【００３７】

【発明の効果】本発明の積層造形方法によれば以下の効
果を得ることができる。 （イ）各階層ごとに作成した三次元加工プログラムに従
い、プレート材を切削工具等により三次元形状に成形加
工し、この加工済みプレート材に未加工のプレート材を
積層し、再び前記工具により未加工のプレート材を三次
元曲面形状に成形加工するという工程を繰り返すことに
より三次元形状物を成形しているため積層された各階層
は階段状にはならず、精度の高い滑らかな表面の三次元
形状物が得られる。 （ロ）各階層ごとに作成する三次元加工プログラムにお
いてピックフィード量を小さく設定することにより、さ
らに滑らかな表面にするとともに形状精度を高めること
ができる。 （ハ）切削又は研削により成形加工するため、プレート
材の材質は切削又は研削できるものであればよく金属、
樹脂等、その応用範囲は広い。 （ニ）不要部をすべて除去する必要がなく、荒加工が不
要であるため、加工時間を短縮することができる。 （ニ）中空の形状物を一連の連続工程で成形できるた
め、形状を分割する等の複雑な工程が不要になり加工時
間が短縮できる。

【００３８】本発明の積層造形装置は、マシニングセン
タ等の加工機にプレートストッカ、プレートキャリア及
び接着剤塗布装置等を付加し、各プレート材を自動的に
積層するとともに各プレート材を切削又は研削により自
動的に成形加工する工程を交互に繰り返して積層造形す
るもので、任意の三次元形状物を自動的に成形すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】積層造形加工プログラムの作成順序を示すフロ
ー図である。

【図２】テーブル上にバックアッププレート及び第１段
プレート材を取り付けた状態を示す。

【図３】第１段プレート材の加工状態を示す平面図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】第１段プレート材と加工済みの第１段プレート
材とが一体的に積層される状態を示す。

【図６】第２段プレート材を加工している状態を示す。

【図７】最終プレート材の加工が終了した状態を示す。

【図８】プレート材上面をフライス加工している状態を
示す。

【図９】積層プレート材から三次元形状物を取り出した
状態を示す。

【図１０】積層造形装置１の平面図である。

【図１１】積層造形装置１の正面図である。

【図１１】中空部を加工している状態を示す。

【図１４】アンダーカット部を除去している状態を示
す。

【図１５】ボールエンドミルで外形部を加工している状
態を示す。

【図１６】最終プレート材の加工が終了した状態を示
す。

【図１７】積層プレート材から外形部削り残し部、中空
部削り残し部及び三次元形状物とを分離した状態を示
す。

【図１８】第１段プレート材おもて面を加工している状
態を示す。

【図１９】第１段プレート材を１８０度旋回させている
状態を示す。

【図２０】第１段プレート材の裏面をフライス加工して
いる状態を示す。

【図２１】第１段プレート材の中空部を加工している状
態を示す。

【図２２】第２段プレート材の外側を加工している状態
を示す。

【図２３】第２段プレート材を１８０度旋回させている
状態を示す。

【図２４】第２段プレート材に接着剤を塗布している状
態を示す。

【図２５】第２段プレート材の裏面をフライス加工して
いる状態を示す。

【図２６】第２段プレート材の中空部を加工している状
態を示す。

【図２７】最終プレート材の加工が終了した状態を示
す。

【図２８】積層プレート材から外形部削り残し部と中空
の三次元形状物とを分離した状態を示す。

【図２９】積層造形装置２の平面図である。

【図３０】積層造形装置２の正面図である。

【図３１】積層造形装置２の右側面図である。

【図３２】積層造形装置２の左側面図である。

【符号の説明】

２ 第１段プレート材 ５ サポート部 ７ 第２段プレート材 ８ 接着剤 １０ 積層プレート材 １１ 三次元形状構成部 １３ Ｒ付サイドカッタ １７ アンダーカット部 ２１ 三次元形状物の構成部 ２７ 三次元形状構成部 ３４ 三次元形状構成部 １１８ プレートストッカ １１９ プレートキャリア １２０ 接着剤塗布装置 ２１９ 第１プレートキャリア ２２４ 第２プレートキャリア ２２７ プレートホルダ ２２８ 反転用揺動モータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元形状を複数の階層に分割し、各階
   層ごとに成形し、順次これらを積層することにより三次
   元形状物を造形する方法において、三次元の数値データ
   に基づいて各階層ごとに作成した三次元加工プログラム
   に従い、プレート材を切削工具又は研削工具等の工具に
   より三次元曲面形状に成形加工し、この加工済みプレー
   ト材に未加工のプレート材を積層し、再び前記工具によ
   り未加工のプレート材を三次元形状に成形加工するとい
   う工程を繰り返すことにより三次元形状物を成形するこ
   とを特徴とする積層造形方法。
2. 【請求項２】 プレート材の加工対象２面の内、片面を
   工具により成形加工後、このプレート材を１８０度反転
   して加工した面を加工済みのプレート材側に向けて積層
   した後、未加工の反対面を成形加工することを特徴とす
   る請求項１記載の積層造形方法。
3. 【請求項３】 マシニングセンタ等の加工機に以下の各
   要素を付加し、請求項１記載の積層造形方法を使用する
   ことにより三次元形状物を成形する積層造形装置。 （イ）未加工のプレート材を整列収納するとともに上下
   移動するプレートストッカ （ロ）前記プレートストッカからプレート材を取り出
   し、プレートストッカとの受渡し位置とテーブルとの受
   渡し位置との間でプレート材を搬送するプレートキャリ
   ア （ハ）搬送中のプレート材に接着剤を塗布する接着剤塗
   布装置
4. 【請求項４】 マシニングセンタ等の加工機に以下の各
   要素を付加し、請求項２記載の積層造形方法を使用する
   ことにより三次元形状物を成形する積層造形装置。 （イ）未加工のプレート材を整列収納するとともに上下
   移動するプレートストッカ （ロ）前記プレートストッカからプレート材を取り出
   し、プレートストッカとの受渡し位置とテーブルとの受
   渡し位置との間でプレート材を搬送するとともにプレー
   ト材を１８０度反転する反転装置を有する第１プレート
   キャリア （ハ）プレートストッカとの受渡し位置とテーブルとの
   受渡し位置との間でプレート材を搬送する第２プレート
   キャリア （ニ）テーブルに取り付け、プレート材をクランプする
   おもて面加工用自動クランプ装置と裏面加工用自動クラ
   ンプ装置 （ホ）搬送中のプレート材に接着剤を塗布する接着剤塗
   布装置