(レーザー及び電解加工技術の組み合わせ)加工技術の複合化により高品位微細加工を超小型装置で実現

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ポイント
・レーザー加工と電解加工を組み合わせた新しい加工原理の超小型複合加工機を開発
・アスペクト比(縦横比)20以上(溝幅20 μm)で加工影響の少ない微細形状を金属に加工可能
・小径多孔ノズル、超小径ステントなど世界に類を見ない金属製品製造への貢献に期待

概要
国立研究開発法人産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)製造技術研究部門【研究部門長 市川 直樹】表面機能デザイン研究グループ 栗田 恒雄 主任研究員、三宅 晃司 研究グループ長は、従来は加工困難だった高アスペクト比(大きな縦横比)の、小径の穴や狭い溝などを金属に加工できる超小型のDEEL複合加工機を開発した。この加工機は、レーザー加工と電解加工の異なる原理の加工方法を同一機上で複合することで、金属に対して小径の穴や、狭い溝など高アスペクト比の形状を、デブリをほとんど発生させないで加工でき、斜めの穴や溝の加工もできる(下図右)。また、複合加工の特徴である低エネルギー消費化とともに、幅430、高さ400、奥行き300 mm、重量16 kgの超小型軽量化を実現した。この加工機は一人で搬送できる大きさであり(下図左)設置場所を選ばない加工が可能である。今回開発したDEEL複合加工機により、小径多孔インジェクションノズルや超小径ステントなど世界に類を見ない金属製品製造への貢献が期待される。

開発の社会的背景
レーザー加工は高速、高精度、非接触などの特徴を持ち、自動車や重工業分野、電子・電機分野など広範囲な分野で応用されているが、材料の除去にエネルギーの吸収による材料の溶融、蒸発を利用しているため、デブリの原因となる熱影響層(HAZ)の発生が問題となっている。一方、エッチング加工は主に化学反応を用いて材料を除去するために、HAZはほとんど発生しない。しかし、除去部位を限定するためのマスク(加工しない部位を保護するための膜)が必要、等方的に除去されるために高アスペクト比加工が困難で、例えば、小径のインジェクションノズルの作成には不向き、などの問題を持つ。加工表面積の拡大や、穴や溝の強度確保の見地からも高アスペクト比加工は重要であり、これを行えるエッチング加工技術に反応性イオンエッチングがあるが、加工できる材料が限られており、金属の加工は難しい。このように従来の加工法は基本的に1つの物理・化学現象を用いており、それぞれの加工法の原理に伴う短所がある。もし、加工法を目的に応じて適切に複合できれば、従来に比べ飛躍的な機能や効果を持つ新しい加工技術の開発や、飛躍的に向上した加工能力を用いた、従来に無い機能を持つオンリーワン、ナンバーワン製品の開発が期待される。

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