JPH11138388A - ３次元造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元ＣＡＤデータに基づいて３次元の造形
を行う３次元造形装置において、造形のために必要な時
間を短縮し、また仕上げ精度を高める。 【解決手段】 先ず積層体形成手段１１が、３次元ＣＡ
Ｄデータから作成されたスライスデータに基づいて切断
及び固着して多数の薄いシートＷ1 〜Ｗn を積層固着し
て、階段状の３次元面Ｘａを有する中間積層体Ｗを形成
する。３次元形状測定手段１５はこの３次元面の形状を
測定し、形状誤差演算手段１６は３次元ＣＡＤデータに
対するこの測定された３次元面の形状データの誤差を演
算する。仕上げ加工プログラム作成手段１７は、中間積
層体の３次元面が３次元ＣＡＤデータに一層近い仕上げ
面Ｘｂに修正されるように加工手段１８を作動させる加
工プログラムを、演算された誤差に基づき作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元ＣＡＤデー
タに基づいて、プレスや射出成型用の金型あるいはモデ
ルなどの立体的な造形を行う３次元造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の金型などは、通常は図１２に示
すように、マシニングセンタ１などのＮＣ加工機により
素材のブロック４から削り出される。この切削加工のた
めには、粗加工、仕上げ加工などの各段階で使用する工
具３を選択し、各工具の加工軌跡を決定するＮＣデータ
を予め作成する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の加工では、通
常は加工時間を最短にするために、フライスカッタなど
による重切削で大まかに削ってから、エンドミルなどの
仕上げ工具による複数段階の仕上げ加工を行うが、各仕
上げ段階における切削量は場所によって大幅に異なり、
一方各仕上げ工具の１回の切込量には制限があるので、
マシニングセンタ１に付属のＣＲＴ付きコントローラ２
を用いてこれらの条件を満たすＮＣデータを作成するに
は相当な時間を要する。更に切削シミュレーションによ
るチェックも必要なので、一層の時間がかかる。

【０００４】本発明は３次元ＣＡＤデータから加工に必
要なデータを作成して立体的造形までの必要な時間を短
縮し、更に仕上げ精度を高めることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による３次元造形
装置は、ＣＡＤシステムにより作成された３次元ＣＡＤ
データに基づいて３次元の造形を行う３次元造形装置に
関するものであり、図１に示すように、３次元ＣＡＤデ
ータから作成されたスライスデータに基づいて切断及び
固着して多数の薄いシートを積層固着して各シートの厚
さを段差とする階段状の３次元面を有する中間積層体を
形成する積層体形成手段１１と、この中間積層体の３次
元面の形状を測定する３次元形状測定手段１５と、３次
元ＣＡＤデータに対する３次元形状測定手段１５により
測定された３次元面の面形状データの誤差を演算する形
状誤差演算手段１６と、中間積層体の３次元面を修正す
る加工手段１８と、中間積層体の３次元面が３次元ＣＡ
Ｄデータに一層近い仕上げ面に修正されるように加工手
段１８を作動させる加工プログラムを形状誤差演算手段
１６により演算された誤差に基づき作成する仕上げ加工
プログラム作成手段１７を備えたことを特徴とするもの
である。

【０００６】前記発明の加工手段は、シートの厚さより
も小さい所定距離ずつ段階的なプランジ送りを仕上げ用
エンドミルに与え、１つのプランジ送り位置では同仕上
げ用エンドミルをシートと平行な面内で移動させて中間
積層体の３次元面を修正するロボットとするのがよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】先ず図２〜図７により、本発明に
よる３次元造形装置の第１の実施形態の説明をする。こ
の実施の形態は本発明を雌金型の製造に適用したもので
あり、多数のメタルシートを積層して３次元面を有する
断面形状が階段状の中間積層体を形成し、次いでエンド
ミルを備えたロボット等の加工手段によりこの３次元面
の仕上げ加工をするものである。

【０００８】造形すべき金型の３次元ＣＡＤデータは、
この金型の設計の際に使用した３次元のＣＡＤシステム
１０により作成されたデータを用いる。図３(b) に示す
ように、造形すべき金型の形状には、各メタルシートＷ
1 〜Ｗn の厚さ（後述する接着剤の厚さを含む）の間隔
をおいてｎ個のスライス面Ｖ1 〜Ｖn （最も下のスライ
ス面Ｖ1 は金型の底面である）が設定され、この各スラ
イス面Ｖ1 〜Ｖn と３次元ＣＡＤデータにより規定され
る３次元曲面Ｕの交線として与えられる各２次元閉曲線
が各スライス面Ｖ1 〜Ｖn のスライスデータである。図
３(a) はこの金型に対応する中間積層体を、構成する各
メタルシートＷ1 〜Ｗn に分割した状態を示し、各メタ
ルシートＷ1 〜Ｗn の切断縁Ｘ1 〜Ｘn はそれぞれのス
ライス面Ｖ1 〜Ｖn のスライスデータと一致し、あるい
はそれより多少小さくなっている。

【０００９】図２はこの第１の実施の形態による３次元
造形装置の各構成部分の全体的配置を示す図であり、シ
ート材保管台２０、レーザ加工機２５、ベルトサンダ３
０、接着装置４０及びロボット６０が並んでる。シート
材保管台２０上に積み重ねられた一定形状に切り抜き切
断された鉄板等の多数のメタルシートＷ1 〜Ｗn （板厚
は例えば０．５mm）は、先ず電磁石または吸盤を利用し
た搬送装置２１により１枚ずつレーザ加工機２５に搬入
されて、その切断縁に沿って切り抜き切断される。

【００１０】例えばｍ番目のメタルシートＷm は、図４
に示すようにレーザ加工機２５のテーブル２７上に搬入
されて位置決め固定される。レーザ加工機２５のコント
ローラ２６は、ＣＡＤシステム１０から与えられた造形
すべき金型の３次元ＣＡＤデータから、メタルシートＷ
m に切り抜くべき輪郭形状であるｍ番目のスライスデー
タを作成し、これに基づいてテーブル２７とレーザトー
チ２８を直交する水平なＸ，Ｙの２方向に相対移動させ
る。図示の実施の形態のように雌金型の場合は、レーザ
ビームの溶断幅の半分（あるいはそれより多少大きい
幅）だけスライスデータよりも内側（必要部分をレーザ
ビームにより溶断しないようにレーザビームをオフセッ
トする。以下同じ）となる加工軌跡に沿ってレーザビー
ムの中心が移動するように、コントローラ２６はテーブ
ル２７とレーザトーチ２８の相対移動を制御し、レーザ
トーチ２８からのレーザビームによりメタルシートＷm
を溶断し、ｍ番目のスライスデータに対応する切断縁Ｘ
m を形成してその内側の不要部分を取り除く。テーブル
２７にはその上に載せたメタルシートＷm の溶断ができ
るように剣山が形成されている。

【００１１】切断縁Ｘm の内側が取り除かれたメタルシ
ートＷm は平坦な電磁チャック３２に吸着され、溶断に
より切断縁Ｘm の下側に形成されたドロスをベルトサン
ダ３０の研磨ベルト３１により取り除いたのち、接着装
置４０上に移される。接着装置４０のベッド上には、す
でに切断縁の内側が取り除かれたメタルシートＷ1 〜Ｗ
m-1 が積み重ね接着されて置かれてあり、その最も上と
なるメタルシートＷm-1 の上面には、次に述べるように
圧力に感応して粘着力を発生する接着剤が塗布されてい
る。メタルシートＷm はメタルシートＷm-1 の上に載せ
られ、数秒間押圧されて接着される。次のメタルシート
Ｗm+1 をレーザ加工機２５及びベルトサンダ３０により
加工している間に、メタルシートＷm の上面には、図示
を省略した水平多関節ロボットにより、図５(a) に示す
ように、メタルシートＷm の外縁及び切断縁Ｘm から所
定の小距離だけ内側及び外側となる線Ｙm1,Ｙm2 に沿っ
て（必要ならばそれらの中間にも）接着剤が塗布され
て、次の接着に備える。各メタルシートの間の位置決め
は、例えばロケーティングホールとピンにより行えばよ
い。このようにして、切断縁Ｘ1 〜Ｘn を形成してその
内側を取り除いた全てのメタルシートＷ1 〜Ｗn を接合
して接着することにより、中間積層体Ｗは形成される。
なおロボットによる接着剤の塗布は、図５(b) に示すよ
うに行ってもよい。

【００１２】請求の範囲及びこれと対応する図１との関
連において、レーザ加工機２５が切断手段１３に、レー
ザ加工機２５のコントローラ２６の一部がスライスデー
タ作成手段１２に、接着装置４０が接合手段１４に対応
し、これらの各装置２５、２６及び４０が積層体形成手
段１１に対応している。

【００１３】積層体形成手段１１により形成された中間
積層体Ｗには、各メタルシートＷ1〜Ｗn の厚さ（接着
剤の厚さを含む）を段差とする階段状の３次元面Ｘａが
形成される。この３次元面Ｘａは、各切断縁Ｘ1 〜Ｘn
が各スライスデータの通りに誤差なく形成されて誤差な
く積層接着された場合には、図７に部分的に拡大して示
すように、ＣＡＤシステム１０からの３次元ＣＡＤデー
タにより規定される３次元曲面Ｕ上に階段形状の凹隅角
が位置して、階段形状のその他の部分は３次元曲面Ｕ内
に突出している。この３次元面Ｘａを、３次元ＣＡＤデ
ータより規定される３次元曲面Ｕに一層近い細かい階段
状の仕上げ面Ｘｂに修正するロボット６０は３次元平行
リンク式のロボットであり、その移動部６１には鉛直な
回転軸線を有する仕上げ用エンドミル６２が設けられて
いる。ロボット６０を用いた加工装置のベッド上に水平
に固定された中間積層体Ｗの３次元面Ｘａは、図６に示
すように、先ず３次元測定器の２個のＣＣＤカメラ５１
により立体的に撮影されて、その画像データは画像デー
タ処理装置５０に入力される。

【００１４】画像データ処理装置５０は、図６に示すよ
うに点群データ創成プログラム５２、面形状データ創成
プログラム５３、及び面形状データと３次元ＣＡＤデー
タとの誤差演算プログラム５４を備えている。プログラ
ム５２はＣＣＤカメラ５１から入力された画像データを
処理して３次元面Ｘａの点群データを創成し、プログラ
ム５３はこの点群データを処理して３次元面Ｘａの面形
状データを創成する。プログラム５４はこの面形状デー
タとＣＡＤシステム１０からの３次元ＣＡＤデータとを
比較して、３次元ＣＡＤデータに対する３次元面Ｘａの
面形状データの誤差を演算する。同じく図６に示すよう
に、自動プログラミング装置５５の仕上げ加工プログラ
ム自動作成プログラム５６は、プログラム５４により演
算された誤差データに基づき、仕上げ用エンドミル６２
により中間積層体Ｗの３次元面Ｘａが３次元ＣＡＤデー
タより規定される３次元曲面Ｕに一層近い仕上げ面Ｘｂ
に修正されるようにロボット６０を作動させる加工プロ
グラムを作成する。

【００１５】この加工プログラムの内容を図７を参照し
て説明する。加工プログラムは、仕上げ用エンドミル６
２の先端を中間積層体Ｗの最も上のメタルシートＷn の
上面からメタルシートの厚さよりも小さい距離Ｂ（メタ
ルシートの厚さが０．５mmの場合は例えば０．１mm）ず
つ段階的に鉛直なプランジ送りを与え、先ず第１義的に
は、各プランジ送り位置における仕上げ用エンドミル６
２の先端面となるスライス面のスライスデータを３次元
ＣＡＤデータから演算し、このスライスデータよりも仕
上げ用エンドミル６２の半径ｒだけ内側に入った加工軌
跡に沿ってその先端の中心６２ａが水平に移動するよう
にロボット６０を作動させるものである。換言すればこ
の加工プログラムは、３次元ＣＡＤデータにより規定さ
れる３次元曲面Ｕを基準とし、スライス面上でそれから
半径ｒだけ内側に入った加工軌跡に沿って仕上げ用エン
ドミル６２先端の中心６２ａが移動するようにロボット
６０を作動させる。

【００１６】また第２義的には、この加工プログラム
は、プログラム５４により演算された誤差データに基づ
き、現在切削しているメタルシートＷm ，Ｗm-1 等の水
平方向における切込量Ｃを演算し、この切込量Ｃが仕上
げ用エンドミル６２の直径（２ｒ）より大きい時、ここ
では切込量Ｃが予め定めた所定値Ａを越えれば、そのプ
ランジ送り位置における仕上げ加工を２回（またはそれ
以上）に分けて行うようにするものである。例えば、図
７に示すメタルシートＷm-1 の第１段目の加工では、そ
のままでは切込量Ｃは所定値Ａ以上となるので、この加
工プログラムは、仕上げ用エンドミル６２の先端の中心
６２ａが、先ず対応するスライスデータから所定値Ａと
半径ｒの和だけ内側に入った加工軌跡に沿って移動し、
その終了後にスライスデータから半径ｒだけ内側に入っ
た加工軌跡に沿って移動して、２回の加工を行うように
ロボット６０を作動させる。３次元曲面Ｕの傾斜が緩く
なって、水平方向の切込量Ｃが所定値Ａの２倍を越えた
場合は、加工プログラムは、仕上げ用エンドミル６２の
先端の中心６２ａがスライスデータから所定値Ａの２倍
と半径ｒの和だけ内側に入った加工軌跡に沿っても移動
して３回の加工を行うようにロボット６０を作動させ
る。以下同様にして、３次元曲面Ｕの傾斜が緩くなるに
つれて、同一プランジ送り位置の加工回数は増大する。
このようにすれば切込量が所定値Ａを越えることはない
ので加工精度の低下は防止される。（仮に切込量が所定
値Ａを越えれば切込量が増大して加工反力が増大するの
で、仕上げ用エンドミル６２及びロボット６０が撓んで
加工精度が低下してしまう。）また前述のように誤差デ
ータに基づき演算された水平方向の切込量Ｃは、加工軌
跡上の一部の位置では０以下となることがあるが、この
加工プログラムはそのような位置では水平方向における
仕上げ用エンドミル６２の送り速度を増大させて、加工
時間を短縮させるようにしている。このように、ロボッ
ト６０により仕上げ用エンドミル６２を各シートＷ1 〜
Ｗn の厚さよりも小さい所定距離ずつ段階的に鉛直なプ
ランジ送りを与えながら、１つのプランジ送り位置では
水平な面内で移動させることにより、中間積層体Ｗの３
次元面Ｘａは３次元ＣＡＤデータにより規定される３次
元曲面Ｕにより近い細かい階段状の仕上げ面Ｘｂに修正
される。

【００１７】請求の範囲及びこれに対応する図１との関
連において、ＣＣＤカメラ５１及び画像データ処理装置
５０のプログラム５２，５３を実行する部分が３次元形
状測定手段１５に、画像データ処理装置５０のプログラ
ム５４を実行する部分が形状誤差演算手段１６に、自動
プログラミング装置５５が仕上げ加工プログラム作成手
段１７に、仕上げ用エンドミル６２を含むロボット６０
が加工手段１８に対応している。

【００１８】レーザ加工機２５によりメタルシートＷ1
〜Ｗn を切り抜き切断する際に、レーザビームの中心が
その溶断幅の半分だけスライスデータよりも内側となる
加工軌跡に沿って移動するようにした場合には、誤差が
なければ前述のように、中間積層体Ｗの３次元面Ｘａ
は、階段形状の凹隅角が３次元ＣＡＤデータにより規定
される３次元曲面Ｕ上に丁度位置する（図７参照）。し
かし溶断幅及びメタルシートＷ1 〜Ｗn の接着には必然
的に誤差を伴うので、階段状の３次元面Ｘａの凹隅角は
３次元曲面Ｕから出入りし、この凹隅角が３次元曲面Ｕ
よりも中間積層体Ｗの肉内に入り込んだ場合は、その部
分はその後の仕上げ用エンドミル６２による加工では修
正できず、凹部が生じることになる。この問題を解消す
るには、レーザ加工機２５によりメタルシートＷ1 〜Ｗ
n を切り抜き切断する際に、レーザビームの中心がその
溶断幅の半分にこれらの誤差の最大値を加えた値だけス
ライスデータよりも内側となる加工軌跡に沿って移動す
るようにすればよい。

【００１９】この第１の実施の形態では、多数の薄いメ
タルシートＷ1 〜Ｗn を切り抜き切断するためのスライ
スデータは２次元データであり、各メタルシートを切断
する際にレーザ加工機２５のコントローラ２６により３
次元ＣＡＤデータから直ちに作成できるので、予めデー
タを作成しておく必要はなく、その分だけ立体的造形に
必要な時間を短縮することができる。

【００２０】なお、切断縁Ｘm を３次元ＣＡＤデータに
より規定された３次元曲面Ｕに近づけるための、仕上げ
用エンドミル６２を備えたロボット６０による修正加工
は、ＣＣＤカメラ５１備えた３次元形状測定手段１５に
より３次元面Ｘａを測定することなく、メタルシートＷ
1 〜Ｗn の切り抜き切断の際に演算したレーザビームの
中心が移動する加工軌跡と、レーザビームの溶断幅の推
定値により切込量を演算して行うことも可能ではある。
しかしそのようにして演算した切込量は、溶断幅及びメ
タルシートＷ1 〜Ｗn の接着の誤差の分だけ、実際の切
込量とは異なったものとなる。このため実際の切込量が
予想以上に大きくなり加工反力が増大し、仕上げ用エン
ドミル６２及びロボット６０が撓んで加工精度が低下
し、また加工軌跡上の一部の位置では実際の切込量が０
であるにもかかわらず仕上げ用エンドミル６２のトラバ
ース送り速度が加工時のままとなることがあるので加工
時間も増大するという問題は避けられない。

【００２１】これに対し、この実施の形態では、仕上げ
用エンドミル６２を備えたロボット６０は、ＣＣＤカメ
ラ５１を備えた画像データ処理装置５０により測定され
た３次元面ＸａとＣＡＤシステム１０からの３次元ＣＡ
Ｄデータにより規定される３次元曲面Ｕとの誤差に基づ
いて３次元面Ｘａを修正するものであり、実際の切込量
が予め把握されるので、切込量が適正な値を越えること
はなく、また切込量が０となる位置も正しく把握され
る。従って、加工反力が増大し仕上げ用エンドミル６２
及びロボット６０が撓んで加工精度が低下するおそれは
なく、また切込量が０となる位置ではトラバース送り速
度を早送りとして加工時間を短縮することができる。

【００２２】なお、各メタルシートＷ1 〜Ｗn は、レー
ザ加工機２５により切り抜き切断してベルトサンダ３０
によりドロスを除去する毎に接着し、ロボットにより最
も上側のメタルシートに接着剤を塗布する代わりに、上
面に予めホットメルト接着剤を塗布した鉄板を使用し、
レーザ加工機２５により切り抜き切断してドロスを除去
したものを重ねておき、全てのメタルシートＷ1 〜Ｗn
が積み重ねられたところで、図８に示すようなホットプ
レス４１のベッド４２上に載せ、モータ４４により下向
きの力が与えられる押圧部材４３により押圧し、押圧部
材４３に設けたヒータ４３ａにより加熱してホットメル
ト接着剤を溶融させて、各メタルシートＷ1 〜Ｗn を一
体的に接着してもよい。また、ホットメルト接着剤の代
わりに各メタルシートＷ1 〜Ｗn にアルミニウムメッキ
または銅メッキをほどこしたものを使用し、加熱してメ
ッキ被膜を溶融し押圧部材４３により押圧して一体的に
固着されるようにしてもよい。あるいは接着剤を使用せ
ず加熱条件を適切に選択することにより、各メタルシー
トＷ1 〜Ｗn が拡散接合により一体的に固着されるよう
にしてもよい。このようにすれば接着の手間を軽減させ
ることができる。なお各メタルシートＷ1 〜Ｗn の切り
抜き切断は、切断用エンドミルを備えた多関節ロボット
などにより行ってもよい。

【００２３】図９に示すように底部に盛り上がり部があ
る雌金型あるいは雄金型の場合は、第１の実施の形態の
ように各メタルシートを切り抜き切断してから積層固着
して中間積層体Ｗを形成することは困難なことがある。
図９〜図１１に示す第２の実施の形態は、このような問
題を解決するためのものである。

【００２４】この第２の実施の形態では、第１実施の形
態と同様のシート材保管台上に積み重ねられた多数のメ
タルシートＷ1 〜Ｗn は、搬送装置により、レーザ溶接
機等の接合装置と切断用エンドミルを備えたロボット等
の切断装置に共通の水平なベッド上に１枚ずつ搬入さ
れ、途中まで積層固着された中間積層体の上に載せられ
る。例えば図９に示すように、切断縁Ｘm+1 がまだ形成
されていない下からｍ＋１枚目のメタルシートＷm+1
は、それまでにベッド上に積み重ねられて互いに溶着さ
れ、切断縁Ｘ1 〜Ｘm が形成されてその内側が取り除か
れた中間積層体Ｗ1〜Ｗm のメタルシートＷm の上に位
置決めして載せられる。

【００２５】このメタルシートＷm+1 は、先ず図１０に
示すようなレーザ溶接機４５により、中間積層体Ｗ1 〜
Ｗm に溶接固着される。レーザ溶接機４５は、レーザ発
振器４７からのレーザビームを水平多関節ロボット４６
の旋回アーム先端部に固定したレーザトーチ４８にダク
ト４８ａを介して導くようにしたものであり、レーザト
ーチ４８にはレーザビームの照射位置に向けてヘリウム
あるいはアルゴン等を供給する不活性ガス供給管４９が
設けられている。レーザ溶接機４５は、レーザトーチ４
８から照射されるレーザビームが、次になされるメタル
シートＷm+1 の切り抜き切断の切断縁Ｘm+1 （後述）か
ら所定の小距離だけ外側となる線及び外縁から所定の小
距離だけ内側となる線に沿って（必要ならばそれらの中
間にも）移動するよう作動され、それらの線に沿ってメ
タルシートＷm+1 は一時的に加熱され溶融されてメタル
シートＷm に溶接固着される。

【００２６】このようにしてメタルシートＷm に溶接固
着されたメタルシートＷm+1 は、鉛直な回転軸線を有す
る切断用エンドミル２９を備えたロボット（第１の実施
の形態のロボット６０と同様の３次元平行リンク式ロボ
ット。図示省略）により、切断縁Ｘm+1 に沿って切り抜
き切断される。切断を完全に行うために、切断用エンド
ミル２９の先端はプランジ方向において距離Ｄ（メタル
シートの厚さが０．５mmの場合は例えば０．１mm）だけ
下側のメタルシートＷm に切り込んでいるので、切断縁
Ｘm+1 はメタルシートＷm+1 の底面より距離Ｄだけ下と
なるスライス面Ｖm+1aのスライスデータと一致させてい
る。第１の実施の形態におけるレーザ加工機２５の場合
と同様、この切断用ロボットの制御装置は、ＣＡＤシス
テム１０から与えられた造形すべき金型の３次元ＣＡＤ
データから、メタルシートＷm+1の底面より距離Ｄだけ
下となるスライス面のスライスデータを作成し、切断用
エンドミル２９の半径だけスライスデータよりも内側と
なる加工軌跡に沿って切断用エンドミル２９の中心軸線
が水平に移動するように切断用ロボットを作動させる。
これによりメタルシートＷm+1 及びメタルシートＷm の
上部には前述の通りの切断縁Ｘm+1 が形成され、その内
側の不要部分Ｗａは取り除かれる。引き続き同様にして
ｍ＋２番目のメタルシートＷm+2 が溶接固着されて切り
抜き切断される。

【００２７】図９に示すように、中間積層体Ｗの下部の
盛り上がり部に引っかかるメタルシートＷl の場合は、
それより距離Ｄだけ下となるスライス面Ｖlaと３次元Ｃ
ＡＤデータにより規定される３次元曲面Ｕの交線として
与えられる２次元閉曲線であるスライスデータは２つあ
るので、外と内の２つのスライスデータ及び切断縁Ｘl
，Ｘlaが存在する。この部分では、メタルシートＷl-1
上に載せられたメタルシートＷl は、レーザ溶接機４
５により、図１１に示すように、メタルシートＷl の外
縁及び外側の切断縁Ｘl から所定の小距離だけ内側及び
外側となる線Ｙl4，Ｙl5 並びにそれらの間の線Ｙl6 に
沿ってと、内側の切断縁Ｘla から所定の小距離だけ内
側となる線Ｙl7 及びその内側の線Ｙl8 に沿って、メタ
ルシートＷl-1 に溶着される。

【００２８】このようにしてメタルシートＷl-1 に溶接
固着されたメタルシートＷl は、切断用エンドミル２９
を備えたロボットにより、２つの切断縁Ｘl，Ｘla に沿
って切り抜き切断される。この切断用ロボットの制御装
置は、ＣＡＤシステム１０から与えられた造形すべき金
型の３次元ＣＡＤデータから、メタルシートＷl の底面
より距離Ｄだけ下となるスライス面の２つのスライスデ
ータを作成し、切断用エンドミル２９の半径だけ、外側
のスライスデータよりも内側となる加工軌跡及び内側の
スライスデータよりも外側となる加工軌跡に沿って切断
用エンドミル２９の中心軸線が水平に移動するように切
断用ロボットを作動させる。これによりメタルシートＷ
l 及びメタルシートＷl-1 の上部には、前述した２つの
切断縁Ｘl，Ｘla が形成され、その間の不要部分は取り
除かれる。このようにして、全てのメタルシートＷ1 〜
Ｗn を溶接しながら切断縁Ｘ1 〜Ｘn （切断縁Ｘla 等
を含む）を形成して不要部分を取り除くことにより、中
間積層体Ｗは形成される。なお各メタルシートＷ1 〜Ｗ
n の接合固着はレーザ溶接機４５による溶接に限らず、
下面にホットメルト接着剤を塗布したメタルシートを用
い、１枚重ねる毎に図８に示すようなホットプレス４１
により加熱して行ってもよい。

【００２９】このようにして形成された中間積層体Ｗに
は、第１実施の形態の場合と同様、各メタルシートＷ1
〜Ｗn の厚さ（接着剤の厚さを含む）を段差とする階段
状の３次元面Ｘａが形成される。この３次元面Ｘａは、
第１の実施の形態の場合と同様、ＣＣＤカメラ５１を備
えた画像データ処理装置５０により画像処理されて面形
状データが創成され、ＣＡＤシステム１０からの３次元
ＣＡＤデータと比較して、３次元ＣＡＤデータに対する
３次元面Ｘａの面形状データの誤差が演算される。そし
てこの誤差に基づき作成された仕上げ加工プログラムに
より仕上げ用エンドミル６２を備えたロボット６０を作
動させて、中間積層体Ｗの３次元面Ｘａを３次元ＣＡＤ
データにより規定される３次元曲面Ｕにより近い細かい
階段状の仕上げ面Ｘｂとなるように修正する。この仕上
げ加工の詳細は第１の実施の形態の場合と実質的に同じ
であるので、この第２の実施の形態では説明を省略す
る。

【００３０】請求の範囲及びこれと対応する図１との関
連において、この第２の実施の形態では、切断用エンド
ミル２９を備えたロボットが切断手段１３に、このロボ
ットのコントローラの一部がスライスデータ作成手段１
２に、レーザ溶接機４５が接合手段１４に対応し、これ
らのロボット、コントローラ及びレーザ溶接機４５が積
層体形成手段１１に対応している。また３次元形状測定
手段１５，形状誤差演算手段１６，仕上げ加工プログラ
ム作成手段１７及び加工手段１８と対応する具体的装置
は第１の実施の形態と同じであるので、記載は省略し
た。

【００３１】この第２の実施の形態では、１枚のメタル
シートを切り抜き切断する前にそれまでに積層した中間
積層体の上に積み重ねてレーザ溶接機４５により溶接固
着し、その直後にそのメタルシートを切断用エンドミル
２９を備えたロボットにより切り抜き切断しているの
で、接合の際の誤差はその後の切り抜き切断により吸収
され、切り抜き切断それ自体もレーザビームによる溶断
よりは高精度に行われる。なお、精度があまり要求され
ない場合には、レーザビームにより切り抜き切断を行っ
てもよい。またそれまでに溶接固着された中間積層体の
実際の高さを検出し、この実際の高さと３次元ＣＡＤデ
ータから演算したスライスデータに基づいて各メタルシ
ートを切り抜き切断できるので、修正前の中間積層体Ｗ
の３次元面Ｘａの精度は一層高まる。従って切断用エン
ドミル２９を備えたロボットによる修正加工の際の取り
代が少なくなるので、修正加工時間を短縮させ、また修
正後の仕上げ面Ｘｂの精度を向上させることができる。

【００３２】なお中間積層体Ｗの修正前の３次元面Ｘａ
の形状を測定する装置は、以上に述べた実施の形態に示
したＣＣＤカメラを用いたものに限らず、レーザスキャ
ナやモアレセンサ等のような非接触式のものでもよい
し、あるいはスタイラスを用いた接触式のものでもよ
い。また仕上げ用エンドミルは、上記実施の形態のよう
に先端の隅角を直角にしたものに限らず、隅角を丸くし
たボールエンドミルを使用してもよい。

【００３３】またこの３次元造形装置の加工対象は、上
記実施の形態で説明した雌金型に限らず、雄金型でもよ
いし、形状検討などを目的とするモデルでもよい。また
材質も鉄板等のメタルシートに限らず、プラスチック板
でもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、多数の薄いシートを切
り抜き切断するためのスライスデータは２次元データで
あり、各シートを切断する際に３次元ＣＡＤデータから
直ちに作成できるので、予めデータを作成しておく必要
はなく、その分だけ立体的造形に必要な時間を短縮する
ことができる。また、加工手段は３次元形状測定手段に
より測定された３次元面と３次元ＣＡＤデータとの形状
誤差を求め、この形状誤差に基づいて中間積層体の３次
元面を修正するものであり、実際の切込量が予め把握さ
れるので、切込量が適正な値を越え加工反力が増大して
加工精度が低下することはなく、また切込量が０となる
位置では工具の送り速度を早送りとして加工時間を短縮
することができる。

【００３５】また加工手段を、シートの厚さよりも小さ
い所定距離ずつ段階的なプランジ送りを仕上げ用エンド
ミルに与え、１つのプランジ送り位置ではこの仕上げ用
エンドミルをシートと平行な面内で移動させて中間積層
体の形状を修正するロボットとした本発明によれば、各
プランジ位置における仕上げ用エンドミルの加工軌跡は
３次元ＣＡＤデータから直ちに作成できる２次元のスラ
イスデータであるので、加工手段による仕上げ加工を直
ちに行って立体的造形に必要な時間を更に一層短縮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による３次元造形装置の全体構成を示
す図である。

【図２】 本発明による３次元造形装置の第１の実施形
態の全体的配置を示す図である。

【図３】 図２に示す第１の実施形態における、雌金型
形状とスライス面と各メタルシートとの関係を示す図で
ある。

【図４】 第１の実施の形態における切断手段であるレ
ーザ加工機の説明図である。

【図５】 第１の実施の形態における、メタルシートに
対する接着剤の塗布ラインを示す図である。

【図６】 第１の実施の形態における、中間積層体を修
正するための構成を示す図である。

【図７】 第１の実施の形態における、中間積層体を修
正する際の作動を説明する部分拡大図である。

【図８】 第１の実施の形態の変形例に使用するホット
プレスの説明図である。

【図９】 第２の実施の形態における、中間積層体を修
正する際の作動を説明する部分拡大図である。

【図１０】 第２の実施の形態における接合手段である
レーザ溶接機の説明図である。

【図１１】 第２の実施の形態における、メタルシート
の溶接ラインを示す図である。

【図１２】 従来技術による３次元造形装置の一例を示
す概略図である。

【符号の説明】

１０…ＣＡＤシステム、１１…積層体形成手段、１２…
スライスデータ作成手段、１３…切断手段、１４…接合
手段、１５…３次元形状測定手段、１６…形状誤差演算
手段、１７…仕上げ加工プログラム作成手段、１８…加
工手段、２９…切断用エンドミル、６０…ロボット、６
２…仕上げ用エンドミル、Ｘａ…３次元面、Ｘｂ…仕上
げ面、Ｗ…中間積層体、Ｗ1 〜Ｗn …メタルシート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＡＤシステムにより作成された３次元
   ＣＡＤデータに基づいて３次元の造形を行う３次元造形
   装置において、前記３次元ＣＡＤデータから作成された
   スライスデータに基づいて切断及び固着して多数の薄い
   シートを積層して階段状の３次元面を有する中間積層体
   を形成する積層体形成手段と、前記中間積層体の３次元
   面の形状を測定する３次元形状測定手段と、前記３次元
   ＣＡＤデータに対する前記３次元形状測定手段により測
   定された前記３次元面の面形状データの誤差を演算する
   形状誤差演算手段と、前記中間積層体の３次元面を修正
   する加工手段と、前記中間積層体の３次元面が前記３次
   元ＣＡＤデータに一層近い仕上げ面に修正されるように
   前記加工手段を作動させる加工プログラムを前記形状誤
   差演算手段により演算された誤差に基づき作成する仕上
   げ加工プログラム作成手段を備えたことを特徴とする３
   次元造形装置。
2. 【請求項２】 前記加工手段は、前記シートの厚さより
   も小さい所定距離ずつ段階的なプランジ送りを仕上げ用
   エンドミルに与え、１つのプランジ送り位置では同仕上
   げ用エンドミルを前記シートと平行な面内で移動させて
   前記中間積層体の３次元面を修正するロボットである請
   求項１に記載の３次元造形装置。