金属光造型的复合加工

　　造型与去除的复合加工
　　松浦机械制作所作为复合加工机床的新品种提出来的金属光造型复合加工机M—PHOTON 25C，可以说是在加工中心迎来成熟期时，新一代的模具制造系统。其特点是实现了①戏剧性地缩短加工时间，大幅度降低生产成本。②高程度地把激光技术和切削技术融合到一起。③贯彻了以用户为本的新市场开创。
　　过去，该公司就领先于其他厂家开发了配置超高速主轴的加工中心和配置直线电机的机床等。M—PHOTON的研制开发是经历了上述过程的问世新品。也是经过再三的细致准备，方向确定之后就以最好的方法冲向目标的、该公司这一开拓者精神结出果实的行业新产品。
　　该机床被称为金属光造型复合加工机，意思是把激光造型和高速切削加工融为一体的复合加工生产。但该机的复合有从另外角度着眼的意思。
　　一般提到复合加工，正象车削+铣削、车削+磨削所代表的，多指不同加工方法的组合。这些的共同之处是，原则上把工件修整到目的形状的去除加工。即是在去除加工方面的复合化。
　　该机的特征是，把r金属粉末用激光烧结、叠层的造形i加工和r应用加工中心技术的高速切削加工i融合到一起。是对所谓造形、去除相反的加工环境的复合化。
　　在经济产业省的机械统计上，机床厂家研制的一连串复合加工机的品种分类没有适合此品种的类别。因都是按照数控车床或加工中心进行类分的。松浦的产品既可称为复合机，从功能上又在激光加工机领域占有位置。主要结构是激光加工部分，支持着的是机械加工部分。

　　与松下电工共同开发
　　加工中心按照以往的基调将会售不出去。松浦机械看好从金属光造形领域人手是出自商品开发的危机感。不仅加工中心，成熟商品在前进的路上一般都是，或追求高性能、高质量化，或卷入一味的价格竞争中去。但卷入价格竞争不是上策。
　　那么该如何?  该公司的结论是，搞不同意义上的高附加价值产品，在确保市场优势的同时，开拓新的顾客层。新产品开发，也是经营战略上的必然。作为方略之一，该公司决定把曾经搞过的激光加工研究成果和加工中心融合到一起。
　　与此同时，松下电工作为其IZP的一环，也在着眼于金属光造形的新结构模具制造系统开发。
　　IZP的意思是，快速制造试制品的技术。其代表性的手法是叠层造形法，这是出自并行工程的想法，可对缩短产品开发周期作出很大贡献。叠层造形法领域之一的光造形法，是以激光照射，形成立体模型的技术。特征是，与其他的形状加工方法相比，复杂的形状也很容易得到成型。不仅模具行业、医疗行业等也在应用。
　　松下电工开发的基本原理，是以激光照射把金属粉末烧结、叠层成工件进行切削加工，以期缩短加工时间。由于该公司的特性，在激光部分的组合上取得了一定成果，但是在切削加工部分，却得不到理想的控制。于是请松浦机械协助指导设计。2000年末，达成了共同开发的基本框架。
　　以新体制起步的新产品开发，作为多功能光子加工中心，于2002年10月完成了样机的制作。

　　加工时间向三分之一挑战
　　金属光造形法本是出自作为交货期短、降低成本的RP有效手段之一。但是，因没有可满足尺寸精度和表面光洁度等的装置，加工方法迟迟得不到普及进展。两家公司着眼的是，作为解决普及受阻原因的方法，实现把金属光造形和高速切削加工融合为一体的复合化。
　　如前所述，开发此机型的初衷是，生产下一代的支柱商品。拟开发的市场定位于多品种小批量和提出缩短开发时间的、预计有潜在需求的金属模具制造领域。把①机加工、②磨削加工、③放电、④研磨—这4种加工集成到一道工序里，加工时间缩短到三分之一。这样，制造成本也作出了减到三分之一的目标。
 新结构技术方面的重点是，①用激光烧结金属粉末、使造形达到工具的有效刃长；②表面用小直径的工具切削加工；③反复进行激光烧结和高速切削、作出立体形状造形—的加工方法。
　　在实际操作中，是把操作室内的空气换成氮之后，铺积一定厚度的铁粉，进行激光射线照射，造形成预定的形状。反复数次提供铁粉和激光造形后，在叠层部位施以切削加工。再反复重复这种叠层造形和切削加工，最终成为模具。
　　这一新机型和原来的金属光造形法相比，尺寸精度从±0.2mm程度到±0.05mm以下、表面光洁度从0.1mm程度到0.01mm以下、模型寿命从1,000压射程度到10,000压射以上，后工序不要等为目标。
　　松浦机械主要负责的机械部分，是在反复进行造形与切削、预防伴随激光照射的热变位导致坐标移位方面下功夫。在这点上，据说开发加工中心时孕育的各种秘诀都得到了充分应用。
　　这样，第一台新型机在2002年10月末的日本国际机床博览会(JIMTOF)2002上参考出展，得到金属模具制造行业厂家的关注。

　　主要部分半年全部更换
　　在开发期间该公司注意的是缩短时间、节省空间和操作性能。但通过参加日本国际机床展览会，还是发现最大追求点的缩短时间和节省空间方面仍然可以改进。需要解决的是可称为心脏部位的激光部分。
　　这种加工方法的关键是，如何不将加工部位的发热传导到机械上。当然，为提高激光照射的效果，就需要将加工部位的热度提高到一定温度。这是两个极端的要求。如作比喻的话，就像要在冰箱中烧开水。
　　参考出展的样机使用的是YAG激光(平均出力350W)，对能源的吸收力较高，比CO₂激光更适合加工部位的升温。但射线质量(宽角度)和直线性不如C02。最初是把缩短加工时间作为最大的目标而开发的，但如持续使用YAG，用户的满意程度就会降低。可以说，参考出展样机的功能作为研究用是很好的，但在考虑用户使用时还有不足之处。
　　于是，开发部队认为只有更换成C02。此时距公开发表不到半年。就像该期间要搞出全新的设备一样，要做的是可与之匹敌的工程。
　　开发部队把激光换成C02，激光扫描方式更改为M—PHOTON 25C的电流计反射镜，经过连续的彻夜工作才得以完成。并在加工头上配置了可与主轴作热变位补偿的CCD相机。

　　以国内为目标争取得到20%市场
　　M—PHOTON C25以要求多品种小批量短交货期的家电产品、携带电话、汽车、办公设备等的注射模塑成型用金属模具制造为主要对象，提出了第一年提供6台，第二年争取达到24台的目标，并开始付诸行动。目前只限定在国内销售，争取三年后此品种达到公司营业额的20％。
　　目前已经交付使用两台(YAG激光型另外还有一台)。使用者都是公共事业机关，因此正设法在一般的模具制造厂家建立业绩。普及滞后的原因还是价格问题。主机价格7,000万日元，加上附属的软件约达到8,000万日元的价格大概使用户在衡量投资与效果的入口处停住了脚步。
　　加工时间减为三分之一是有魅力的，但因此而需要大约两台加工中心的费用这一点，使得大多为中小规模的模具制造厂家犹豫不决。当然，如果消除了这种困惑，就很有可能成为一个新的市场。该公司认为，试制的样机是由最高规格水平的部件构成的，今后降低成本的余地很大，已经将目标定位在5,000万日元的水平线上。除价格以外，今后的课题还有减小设备体积(现在的机床尺寸高度：  2,360mm、宽：1,800mm、纵深：2,360mm)，以及增加加工轴数等。
　　该公司有两台用于观摩、试验的样机，是供参观者和在展览会上看过此产品的顾客提出前瞻性意见的。据说前来询问的已经有200家、作详细解说已达100家，进行具体洽谈的民间企业也有不少家。
　　现在还没有与此机型正面竞争的产品，德国EOS公司和美国的3D系统公司正在着手开发有意于同一市场的同类机型。海外机型的激光输出为200W级，松浦公司把本机型定为500W也是区别于其他品种的对策之一。
　　该厂家的测算是，注射成型模具制造的20％可以本机型完成。也就是说潜在的需求是很可观的。该公司并认为： 在此机型上配置混合系统后，也可用于模具以外的行业，不拘泥于原来机床领域的自由构思是今后本行业发展不可缺少的，正向同行业发出参与协作的呼吁。

（日本机床工具）

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