高精度複雑形状の自動造形を可能とする新加工技術『溶融金属積層法』の開発

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近年では様々な工業製品の開発サイクルが短くなり、航空機や自動車は軽量・高強度といった性能が求められている。そのため基板上に薄層を積み重ねることで、CADデータから金型や機械部品を迅速に直接造形するアディティブマニュファクチャリング（Additive Manufacturing）技術への期待が高まっている。申請者らは新たなアディティブマニュファクチャリングの手法として、溶接技術で用いられているアーク放電により金属を溶融、滴下、堆積させることで、三次元造形を行う溶融金属積層法を発展させている。本研究では溶融金属積層法の実用化に向けて高精度・複雑形状を造形可能にするシステムの構築を目的とする。具体的には、オーバーハング形状造形時に生じる形状誤差を低減するために、造形物の積層特性を実験により調査した。形状誤差を低減するために、目標形状によって生じる形状誤差を予測し、造形条件の一つであるトーチ送り速度を目標形状に合わせて変化させる手法を提案し、実証実験を行った。その結果、形状誤差の低減が可能であることを明らかにした。形状誤差を低減する加工経路を算出する機能をCAMに実装することで、積層経路作成プロセスの自動化も可能にした。アディティブマニュファクチャリング技術の特色として、複数種類の異種材料を用いることで複雑形状を造形可能であることが挙げられる。溶融金属積層法による異種材料を用いた造形物の機械的特性を調査し、良好な機械的特性が得られていることを明らかにした。また、造形装置および制御系の改良により、積層する金属材料を、積層箇所により使い分けることが可能となった。