【やさしく学ぶ】機械加工の基礎知識 特殊加工編

特殊加工・レーザー加工

溶けて変幻自在

製造業の多くは、材料を加工して形を変えることをその主な仕事としています。つまり、工作機械を使って行われる様々な機械加工は、製造業の中心的な役割と言えるわけです。
機械加工は、加工方法によっていくつかに分類することができます。これまで本コラムシリーズでは、切削加工成形加工接合加工をご紹介してきたわけですが、機械加工にはそれ以外にも、「材料の一部を溶かして加工する」特殊加工があります。

今回はその特殊加工について、主にどんなものがあるかを見ていきましょう。

特殊加工の種類

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1. レーザー加工
2. 放電加工
3. エッチング
4. 3Dプリンタ

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1.レーザー加工

レーザー加工

レーザー加工とは、レーザー光線を集光レンズによって極小のスポットに絞り、そのスポットを工作物に当てて加熱して溶かす加工方法です。
レーザースポットをミラー等でスキャンして工作物上を自在に移動させるタイプ、レーザー光学系自体を縦横に移動させるタイプ、工作物を移動させるタイプ、などがあります。
ミラーでスキャンさせるタイプはその原理上スポットを高速で移動させることができますが、加工できる範囲が限られます。光学系または工作物を移動させるタイプは大型の工作物の加工に向きます。
加工に使われるレーザーにはCO2レーザー、ファイバーレーザー、YAGレーザーなどの種類があり、いずれも波長は1064nmの赤外(不可視)光です。

2.放電加工

放電加工

放電加工はワイヤーや型形状の電極と工作物の間に高電圧をかけて放電を発生させ、その熱で工作物を溶かす加工方法です。
複雑な形状や超硬合金などの硬くて加工困難な材質も、複雑かつ高精度に加工することができます。
ワイヤーを使う方式をワイヤー放電加工、型形状の電極を使う方式を形彫り放電加工と呼び区別しています。
ワイヤー放電加工は、電極となるワイヤーで工作物を切断するような加工となり、形彫り放電加工では型の形状を工作物にそのまま彫り込んで行き、貫通せずに止めれば型の表面形状を転写するような加工となります。
放電させて溶かす、というと溶接加工もよく似た原理ですが、用途や目的、加工仕上がりなどが全く異なるのは面白いですね。

3.エッチング

エッチング

エッチングとは、加工したいパターンを工作物に転写して、薬品を使ってパターンの通りに不要な個所を化学的に溶かす加工方法です。
この加工方法は、銅版画作成、電子基板パターン作成、半導体パターン作成、金属加工など、非常に幅広い分野で使われています。
半導体パターン作成に利用されていることからもわかるように、非常に微細な加工に向いていると同時に、広い面積に適用できるという特徴を持っています。
一方で、あまり深い加工は得意としていません。表面状態の改質や表面加工、パターン作成などが守備範囲です。

4.3Dプリンタ

3Dプリンター

写真:TESCO https://www.tesco-inc.jp/fuchu/3d/3d-printer/

紙にプリントする場合、インクを紙に付着させることで行います。基本的にインクの「厚み」はほぼゼロ、紙に吸収されてしまうので立体形状にはなりません。
3Dプリンタとは、このインクとして樹脂や金属粉を溶かしたものを使い、プリント層に厚みを持たせ、これを何層も積層していくことで厚みを増し、立体的な形状創り出す加工方法です。
近年非常に注目されている技術で、切削加工や成形加工では不可能な複雑な形状、複合形状を加工することができます。一方で、まだ発展途上でもあり、加工物の表面粗さが粗い、加工精度が悪い、加工速度が遅い、コストが高い、といった問題があるため、まだ製造業における主たる加工方法にはなっていません。
これらの欠点を補うべく、3Dプリンタでおおよその形状を成形しておいて、最終仕上げを切削加工で行うなど、複合加工も検討されており、今後の発展が非常に楽しみな加工方法と言えます。

~参考文献~
機械加工の知識がやさしくわかる本(Amazon)
トロテック・レーザー・ジャパン 「様々なレーザーの種類の概要」
ソディック 「Sodick通信 放電加工の原理」

ワイヤー放電加工などは恐ろしいほどの加工精度で、一度加工したものを組み合わせると、その加工部分が全く見えなくなるようなもの(YouTube動画)まであります。エッチングは半導体製造にも使われるほど高精度、3Dプリンタは今後が期待される新しい加工技術、レーザー加工は加工だけでなく彫刻や文字、バーコードのマーキングなどにも利用できる、とどれも比較的付加価値の高い加工方法と言えそうです。

特殊加工として複数の加工方法をご紹介しましたが、いずれも今後より複雑化するモノづくりに欠かせない、重要な加工方法ばかりだったと思います。この記事が、それぞれの加工をより良く知るための、そのきっかけとなれば幸いです!

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【やさしく学ぶ】機械加工の基礎知識 接合加工編
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【やさしく学ぶ】機械加工の基礎知識 成形加工編
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