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WO2020170464A1 - 抜き型の製造方法および抜き型 - Google Patents

抜き型の製造方法および抜き型 Download PDF

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Publication number
WO2020170464A1
WO2020170464A1 PCT/JP2019/019143 JP2019019143W WO2020170464A1 WO 2020170464 A1 WO2020170464 A1 WO 2020170464A1 JP 2019019143 W JP2019019143 W JP 2019019143W WO 2020170464 A1 WO2020170464 A1 WO 2020170464A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
base
manufacturing
die
powder material
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/019143
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅裕 塚本
浩次郎 ▲高▼野
阿部　誠
栄輝 西岡
Original Assignee
株式会社塚谷刃物製作所
国立大学法人大阪大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社塚谷刃物製作所, 国立大学法人大阪大学 filed Critical 株式会社塚谷刃物製作所
Publication of WO2020170464A1 publication Critical patent/WO2020170464A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/38—Cutting-out; Stamping-out
    • B26F1/40—Cutting-out; Stamping-out using a press, e.g. of the ram type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the invention disclosed in the present application is such that a blade having a predetermined width (blade thickness) and height is erected on a metal base, and punching processing of paper, film, sheet, panel and other thin bodies is performed.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a cutting die used for half-cut processing and a cutting die manufactured by the method.
  • the Thomson die As a punching die used for punching and half-cutting thin sheets, the Thomson die in which a band blade is planted on wooden plywood is widely used. However, since the Thomson-type band blade bends a thin steel plate in accordance with the punching shape, it is difficult to punch a complicatedly bent shape.
  • a die for punching complicated shapes there is a die (solid die, flexible die) in which the base and the blade are integrally formed by cutting out from a metal block or etching (photomask) treatment. Used. However, such an integrated die requires a great deal of labor and time for its production.
  • Patent Documents 1 and 2 propose a technical idea of manufacturing a die using a three-dimensional metal modeling machine (3D printer).
  • the manufacturing method of the punching die disclosed in the document uses a 3D printer to model a blade body (3D blade) before blade mounting on a base, and blades the blade body with a metal working machine such as an end mill.
  • a metal working machine such as an end mill.
  • heat-treating quenching/tempering
  • Binder Jetting (BJT, binder injection) (2) Directed Energy Deposition (DED) (3) Materials Extrusion (4) Material Jetting (MJT, material injection) (5) Powder Bed Fusion (PBF, powder bed fusion bonding) (6) Sheet Lamination (SHL, sheet lamination) (7) Vat Photo-Polymerization (VPP, liquid tank photopolymerization)
  • JIS Japanese Industrial Standard
  • the three that are particularly applied to metal-based materials are BJT (binder injection), PBF (powder bed fusion bonding), and DED (directional energy deposition), and in recent years PBF and DED have become the mainstream. Has become.
  • a thin metal powder which is the material, is spread on a flat metal plate called a modeling platform to create a powder layer (Powder Bed).
  • a high-energy beam along the two-dimensional slice shape of the modeled object, the metal powder is heated and melted to form a densified material layer.
  • the modeling platform descends by the stacking thickness, and a new powder layer is formed there. Beam irradiation is performed on the new powder layer along a two-dimensional slice shape having a height higher than that of the new powder layer, so that the metal powder in the layer is densified and bonded to the lower layer.
  • the high energy beam for example, a semiconductor laser beam, an electron beam, a plasma arc or the like is used.
  • the one that uses laser light in this modeling method is also called Selective Laser Melting (SLM, selective laser melting method).
  • a high-energy beam is applied to a portion of the base material to which a material is desired to be added by spraying the metal powder from a nozzle or the like to melt or sinter the metal powder and deposit it on the base material. ..
  • a three-dimensional object can be added to the base material.
  • laser powder overlaying Laser Metal Forming, Laser Metal Deposition, Laser
  • Cladding also belongs to this category.
  • a metal-integrated cutting die used for punching a thin body is one in which a thin blade is erected on the surface of a substantially flat base.
  • the width (blade thickness) of the blade body is generally as thin as 0.3 to 0.8 mm, and even if it is thick, it is around 1.0 mm.
  • the height of the blade is basically larger than the width of the blade, and is several mm to several tens of mm depending on the material to be processed.
  • the blade body is linearly or curvilinearly continuous with a substantially uniform width and height, and its extension dimension extends from several cm to several tens of cm, and sometimes exceeds 1 m.
  • the punching blade body must have a unique geometrical condition of "width ⁇ height ⁇ length", and the width and height must be uniformed with high precision.
  • the base of the blade must be firmly connected to the base over the entire extension of the blade.
  • the side surface of the blade body must be upright with respect to the surface of the base with high precision, and the side surface must be finished smooth.
  • the method for manufacturing the punching die of the invention disclosed in this application is the blade to be shaped.
  • a powder material mainly containing metal powder While supplying M) by jetting from the nozzle (51), the high-energy beam (B) is irradiated to the shaping planned position of the blade to melt and solidify the powder material, and Stacking the modeling part by continuously generating a modeling part (11) having a predetermined width and having a small height, and repeating the process of generating the modeling part for the height of the blade body to be modeled.
  • Adopt a basic structure that the edge is edged.
  • This configuration is a rational integration of the most suitable means for manufacturing a die, among various known and unknown technical means related to three-dimensional additive manufacturing, which is basically integrated.
  • DED Direct Energy Deposition
  • the powder material in the step of melting and solidifying the powder material by spraying the powder material (M) and irradiation with the high energy beam (B), the powder material is mixed with the blade body (10). ) Is jetted in a direction perpendicular to the surface of the base (10) from directly above the planned molding position, and a plurality of high-energy beams are irradiated obliquely downward from around the jet stream of the powder material, Is formed at the position where the blade body is to be modeled to generate the modeled portion (11).
  • the jet flow is uniformly heated over the entire radial direction by the irradiation of the plurality of beams, and the molding is performed.
  • the molten state of the powder material on the surface of the part is homogenized. Therefore, it is possible to generate a solid and excellent shaped portion without forming a deep molten pool on the surface of the base. Further, since the shape accuracy of the modeling portion is stable, even a blade body having a complicated bending shape can be modeled with high dimensional accuracy.
  • the manufacturing method of the die according to the invention disclosed in the present application is a cobalt-based alloy or a nickel-based alloy having no quench hardening property in the powder material, or a cobalt-based alloy containing a ceramic material in the powder material.
  • a nickel-based alloy is used.
  • the manufacturing method of the punching die of the invention disclosed in the present application adopts a structure in which a groove portion matching the plan view shape of the blade body to be shaped is formed on the surface of the base in advance. By molding the blade on the groove, the base and the base of the blade can be more firmly joined together.
  • the cutting die (100) manufactured by the above-mentioned manufacturing method is a high-quality cutting die that has practically sufficient strength and hardness and is excellent in shape and dimension accuracy.
  • the cutting die is thin and high, the dimensional accuracy of its width and height is high, and it is continuous even in the length direction.
  • a blade body that satisfies strength conditions and shape conditions can be shaped accurately and efficiently.
  • the cutting die manufactured by such a manufacturing method is a high-quality cutting die in which the blade body is excellent in strength and hardness, and the shape and dimension are high in accuracy, and the blade body and the base are firmly connected. ..
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of a punching die manufactured by the method of manufacturing a punching die disclosed in the present application.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the cutting blade body shown in FIG. 5.
  • the die manufacturing method disclosed in the present application on the surface of the base made of a metal plate or block, along the plan view shape (two-dimensional slice shape) of the blade to be shaped, metal powder While supplying the main powder material by jetting from the nozzle, irradiating the high-energy beam at the planned shaping position of the blade to melt and solidify the powder material, so that it has a predetermined width on the base
  • the modeled part is stacked to form a predetermined part on the base.
  • a blade body that has a width and a height that exceeds the width and stands upright on the base is integrally molded with the base, and then the upper edge of the blade is subjected to a blade attachment process.
  • plane view means a viewpoint in a direction perpendicular to the surface (modeling surface) of the base.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a schematic configuration of a three-dimensional metal additive manufacturing apparatus (hereinafter, simply referred to as “modeling apparatus”) used when carrying out the punching die manufacturing method disclosed in the present application.
  • the illustrated modeling apparatus 1 includes a platform 3 installed in a modeling chamber 2 that can be sealed, a machining head 5 held above the platform 3 via a machining arm 4, and a powder for modeling on the machining head 5.
  • a powder material supply device 6 for supplying a body material, a light source device 7 for outputting a high energy beam, a control unit 8 for driving and controlling them, a switchboard 9 and the like are combined.
  • the cut-out base 10 to be modeled is placed on the platform 3 with its surface (modeling surface) horizontal.
  • the platform 3 and the processing arm 4 incorporate a multi-axis moving mechanism that continuously changes the relative positions of the base 10 and the processing head 5.
  • the platform 3 is held, for example, so that the platform 3 can move in the lateral direction (X-axis direction) and the processing arm 4 can move in the front-back direction (Y-axis direction) and the vertical direction (Z-axis direction).
  • the setting of the movement axis for relatively moving the base 10 and the processing head 5 can be changed in addition to the illustrated form, and in addition to them, a movement axis in the rotation direction or the inclination direction is appropriately provided. It may be.
  • the powder material supply device 6 stores or stores powder material mainly composed of metal powder.
  • the particle size of the powder material is generally 3 to 300 ⁇ m, preferably 30 to 80 ⁇ m.
  • the powder material may be formed by mixing a plurality of types of metal powder and ceramic powder.
  • the powder material is supplied to the processing head 5 through the powder material supply tube 61 by using a high-pressure carrier gas flow composed of nitrogen gas, argon gas, or the like.
  • the supply rate of the powder material is approximately 10 to 100 mg/sec.
  • the powder material supply device 6 includes means for adjusting the amount of powder material delivered, means for mixing a plurality of types of metal powder and the like at a desired ratio, and vibration for preventing clogging due to aggregation of the powder material. Means and the like are appropriately provided.
  • the light source device 7 includes a light source (not shown) that outputs high-energy rays such as laser light, electron beams, and electromagnetic waves.
  • the light source device 7 of the illustrated embodiment is composed of a semiconductor laser light oscillator, and has a plurality of semiconductor laser elements whose outputs can be individually controlled.
  • the laser light output from each element is transmitted to the processing head 5 via the optical fiber cable 71.
  • the total output is about 30 to 400W.
  • FIG. 2 is a side view of the processing head 5 which is a main part of the modeling apparatus 1
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the structure of the processing head 5.
  • the processing head 5 is internally provided with one nozzle 51 for ejecting the powder material M and a plurality of condensing devices for converging the laser light B.
  • the nozzle 51 is arranged downward in the central portion of the processing head 5 and is flush with the surface of the base 10.
  • a configuration is adopted in which the powder material M is jetted in the direction.
  • the diameter of the tip of the nozzle 51 is set to be approximately the same as the minimum width of the blade to be modeled (about 0.4 to 0.5 mm), and the powder material M from the nozzle 51 has a substantially equal diameter. Is injected so as to form a focused jet.
  • the nozzle 51 may be provided with means for appropriately adjusting the cross-sectional shape of the jet flow and the diffusion range according to the shape of the blade body to be shaped.
  • the condensing device includes the same number of collimator lenses 52 that collimate a plurality of laser lights B transmitted through the individual optical fiber cables 71, and one collimator lens 52 that condenses the parallel light from each collimator lens 52. And a condenser lens 53.
  • the six collimator lenses 52 corresponding to the six optical fiber cables 71 are arranged in a regular hexagonal shape in plan view so as to surround the powder material supply tube 61.
  • the number of laser beams B (the number of the optical fiber cables 71 and the collimator lenses 52) can be appropriately increased or decreased within the range of about 2 to 8.
  • the condenser lens 53 has a lens diameter that includes the plurality of collimator lenses 52, and is arranged below the collimator lens 52 with its center aligned with the axis of the nozzle 51.
  • a powder material supply tube 61 is inserted through the center of the condenser lens 53.
  • a plurality of laser beams B are emitted obliquely downward from around the jet stream of the powder material M via the condenser lens 53, and are condensed on the axis of the nozzle 51.
  • the condensing diameter at this time is similar to the jet diameter of the powder material M and is approximately the same as the minimum dimension of the width of the blade to be modeled (about 0.4 to 0.5 mm).
  • this condensing device may be provided with, for example, means for changing the positions of the collimator lens 52 and the condenser lens 53 to finely adjust the condensing range.
  • FIG. 4 is a diagram showing an image of a modeling process using the processing head 5.
  • the temperature of the portion where the laser beam B has passed is lowered, the molten pool is hardened, and the modeling portion 11 having a minute width and height.
  • the feed rate is approximately 5 to 30 mm/sec
  • the width of the generated modeling portion 11 is approximately 0.4 to 0.7 mm
  • the height of the modeling portion 11 is approximately 0.3 to 0.6 mm.
  • the width of the modeling portion 11 does not change much, but the height becomes large and the penetration depth becomes shallow. Become.
  • the size of the modeling unit 11 can be adjusted also by the degree of heating.
  • the modeling step is continuously performed along the plan view shape (two-dimensional slice shape) of the blade body to be modeled, and the modeling step 11 is stacked a number of times on the already-created modeling section 11. By doing so, a blade body having a substantially constant width and a desired height can be formed.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the punching die 100 manufactured by the above method.
  • the illustrated punching die 100 is an NC punch for punching, which has a relatively small size and is used for punching various thin bodies.
  • the plan view shape is a rounded rectangular endless shape (closed ring shape) in which a straight line portion and a curved portion are combined.
  • the blade body 101 has a width of about 0.7 mm, a height of about 3 mm, an extension dimension of about 8 cm, and the base 10 has a thickness of about 5 mm.
  • the blade 101 that can be modeled by this manufacturing method is not limited to the illustrated shape.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the blade body 101 in the punching die 100 shown in FIG.
  • the blade body 101 which is upright on the surface of the base 10 with a uniform width can be formed. .. Since the upper edge portion of the blade body 101 shaped to a desired height is rounded, the upper edge portion is cut and polished using a taper end mill or the like to form a sharp blade portion.
  • the cutting die 100 is completed by performing the blade attaching process.
  • a low alloy tool steel (SKS) generally used as a material for machine blades, cutting tools, dies, etc., Die steel (SKD), martensitic stainless steel, etc. can also be used in this three-dimensional additive manufacturing.
  • these steel materials cannot obtain practical strength and hardness without heat treatment (quenching and tempering). Therefore, when manufacturing a cutting blade body using these steel materials, as described in Patent Documents 1 and 2, after the blade body having a desired shape is molded by the above-described molding process, heat treatment is performed. After that, it is necessary to carry out the edging treatment, or to carry out the edging treatment and then to carry out the heat treatment. The heat treatment requires considerable effort and time, which reduces manufacturing efficiency.
  • the present application discloses a manufacturing method using a metal-based material that does not require heat treatment, instead of the above-mentioned steel-based material.
  • a metal-based material for example, a cobalt-based alloy or a nickel-based alloy used in arc welding, TIG welding or the like is preferable.
  • cobalt-based alloys examples include “Stellite (registered trademark)” and “Tribaloy (registered trademark)”. Stellite is an alloy containing cobalt as a main component and about 30% chromium and about 4 to 17% tungsten.
  • the cobalt-based triballoy contains 8 to 17% chromium, 22 to 28% molybdenum, and 1 to 3% silicon.
  • nickel-based alloys include “Inconel (registered trademark)”, “Delolo (registered trademark)”, “Nistelle (registered trademark)”, nickel-based triballoy, and the like.
  • Inconel contains nickel as a main component, and contains 15 to 18% of chromium, 8 to 18% of iron, and trace amounts of niobium, molybdenum, and the like.
  • Deloro contains about 10% chromium, about 3% silicon, about 2% boron, and a trace amount of carbon.
  • Nister contains 15-20% chromium, as well as molybdenum and iron.
  • a blade body formed of such an alloy material having no quench-hardenability has, for example, a Rockwell hardness (HRC) of about 45 or more and a Shore hardness (HS) of about 60 or more without a heat treatment, and a cutting die. Demonstrate hardness that fully meets the standards required for.
  • HRC Rockwell hardness
  • HS Shore hardness
  • composition ratio that can be used is not limited to these, and can be appropriately changed within the range where the required hardness is obtained.
  • a ceramic material such as silicon carbide (silicon carbide), tungsten carbide (tungsten carbide), or titanium carbide
  • the base In the punching die, the base is not only a worktop for forming the blade body, but also a blade body supporting member used integrally with the blade body in punching a thin body or the like. Therefore, the base must be firmly integrated with the base of the blade over the entire extension dimension of the blade. In order to meet such requirements, it is preferable to use a solid plate body or block body having a thickness that does not cause distortion or undulation (approximately 5 mm or more) even when heated by beam irradiation, as the base. Further, in the first step of the modeling process, the surface of the base is preferably flat and smooth in order to uniformly bond the modeling part to the surface of the base. However, when it is used as a three-dimensional cutting die as described in Patent Documents 1 and 2, the surface of the base may be a curved surface such as a cylindrical surface or a spherical surface.
  • Low alloy tool steel (SKS), die steel (SKD), martensitic stainless steel, etc. used for machine tools, cutting tools, dies, etc. should be used relatively inexpensively as the material for this base. You can However, if a blade is formed on the surface of these steel-based materials having quench-hardenability by using the alloy material that does not have the quench-hardenability described above, the joining of both materials becomes insufficient, and the blade and the base Peeling may occur between the surface and the surface. In order to avoid such a situation, it is preferable to increase the laser output and generate a larger molten pool of metal when forming the first-layer shaped portion on the surface of the base.
  • the base If a material that does not have quench hardening properties is used for the base, it is more preferable because the base and the blade are more firmly bonded.
  • the cost will increase.
  • a thick coating layer is formed by coating a non-quenching hardenable alloy over the entire area where the blade is to be formed, and the blade It is also possible to adopt the method of modeling.
  • Austenitic stainless steels and ferritic stainless steels that do not have quench-hardenability are also somewhat insufficient as a material for the blade body in terms of strength, but they can be preferably used for the base.
  • the base and blade are joined together. It is also possible to improve the sex.
  • the groove is preferably formed so that its width is about 1.0 to 1.5 times the width of the blade and its depth is about 0.5 to 1.0 times the width of the blade.
  • the cross-sectional shape of the groove portion may be a U-shaped square groove or a U-shaped groove, but it is preferable that the groove portions are continuous in a constant shape. If the blade body is formed on such a groove, the bonding force between the base and the blade body can be increased without making the molten pool in the first layer too large.
  • the planar shape of the entire base is not particularly limited as long as it can include the planar shape of the blade to be modeled.
  • the blade body can be formed along the peripheral portion of the base having a special plan view shape.
  • a punching die used for small-diameter punching and the like there is a hole portion in the inner region of the base surrounded by the closed annular blade body, which has the same size as that region and is used to remove punched dust. It may be formed. In such a case, it is possible to previously form a hole in the base and raise the blade body along the peripheral edge of the hole.
  • a hollow metal tubular body having an appropriate thickness as a base and to extend an annular blade body having an outer diameter, an inner diameter and a wall thickness substantially equal to the tubular body on the end surface thereof. is there.
  • the "base" of the invention disclosed in the present application includes the specially shaped metal body as described above.
  • the blade manufactured by the invention disclosed in the present application is not limited to the blade that has been subjected to the blade attachment processing over the entire length thereof, and may be a sewing blade with an interrupted blade edge or a ruled blade with a rounded blade edge. ..
  • the invention disclosed in the present application can be widely used for manufacturing technology of punching dies used for punching and half-cutting of paper, film, sheet, panel and the like, and manufacturing technology of various metal thin bodies similar thereto. You can

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Abstract

基台（１０）の表面に、造形しようとする刃体の平面視形状に沿って、金属粉末を主体とする粉体材料（Ｍ）をノズル（５１）からの噴射によって供給しつつ、刃体の造形予定位置に高エネルギービーム（Ｂ）を照射して粉体材料（Ｍ）を溶融・固化させることにより、基台（１０）上に所定の幅を有する微少高さの造形部（１１）を連続的に生成する。その造形工程を、刃体の高さ分だけ繰り返して造形部（１１）を積層することで、基台（１０）上に、所定の幅と、その幅を超える高さとを有して該基台（１０）上に直立する刃体を、該基台（１０）と一体的に造形した後、刃体の上縁部に刃付け処理を施す。

Description

抜き型の製造方法および抜き型
　本願が開示する発明は、金属製の基台上に所定の幅（刃厚）および高さを有する刃体が立設されて、紙、フィルム、シート、パネルその他の薄状体の打抜き加工やハーフカット加工に用いられる抜き型の製造方法と、該方法によって製造される抜き型に関する。
　薄状体の打抜き加工やハーフカット加工に用いられる抜き型としては、木製合板に帯刃を植設したトムソン型が広く利用されている。しかし、トムソン型の帯刃は、薄鋼板を打抜き形状に合わせて曲げるものであるため、複雑に屈曲した形状を打抜くのは難しい。複雑な形状を打抜くための抜き型としては、金属ブロックからの削り出しやエッチング（フォトマスク）処理によって、基台と刃体とを一体的に形成した抜き型（ソリッドダイ、フレキシブルダイ）が用いられる。ただし、そのような一体型の抜き型は、その製造に多大な手間と時間を要する。
　そこで、特許文献１、２には、三次元金属造形機（３Ｄプリンタ）を用いて抜き型を製造する技術思想が提案されている。該文献に開示された抜き型の製造方法は、３Ｄプリンタを用いて、基台上に刃付け前の刃体（３Ｄ刃）を造形し、その刃体にエンドミル等の金属加工機によって刃付けするとともに、刃体の熱処理（焼入れ・焼戻し）を行うことで、従来よりも効率的に、金属一体型の抜き型を製造することができる、というものである。
　三次元造形によって複雑な立体を造形する技術については近年、様々な方式や装置が開発されて急速に進歩しつつあり、多様な製造加工分野で利用されている。その種の技術は、国際標準化機構による用語定義（ＩＳＯ５２９００：Additive Manufacturing）によると、「３Ｄモデルデータから部材を製造するために材料を結合するプロセス」として、以下の７種類のカテゴリに分類されている（非特許文献１）。
（１）Binder Jetting （ＢＪＴ、結合剤噴射）
（２）Directed Energy Deposition（ＤＥＤ、指向性エネルギー堆積）
（３）Materials Extrusion（ＭＥＸ、材料押出）
（４）Material Jetting （ＭＪＴ、材料噴射）
（５）Powder Bed Fusion（ＰＢＦ、粉末床溶融結合）
（６）Sheet Lamination （ＳＨＬ、シート積層）
（７）Vat Photo-Polymerization （ＶＰＰ、液槽光重合）
　なお、括弧内の和語は、ＩＳＯ５２９００に対応する日本工業規格（JＩＳ）の用語として提案されているものである。これらのうち特に金属系材料に適用されるのは、ＢＪＴ（結合剤噴射）、ＰＢＦ（粉末床溶融結合）、ＤＥＤ（指向性エネルギー堆積）の３種類であり、近年はＰＢＦ、ＤＥＤが主流となっている。
　ＰＢＦでは、造形プラットフォームと呼ばれる平らな金属板の上に材料となる金属粉末を薄く敷き詰めて、粉末層（Powder Bed）を作る。その層に対し、造形物の二次元スライス形状に沿って高エネルギービームを照射することで、金属粉末が加熱溶融され、緻密化された材料層が形成される。一層分の照射が終了すると、造形プラットフォームが積層厚さ分だけ下降し、そこに新しい粉末層が形成される。その新しい粉末層に対し、一層上の高さの二次元スライス形状に沿ってビーム照射が行われ、層内の金属粉末が緻密化されるとともに下層に結合される。これを繰り返して三次元造形物を得ることができる。高エネルギービームとしては、例えば半導体レーザ光、電子ビーム、プラズマアーク等が用いられる。この造形方式でレーザ光を用いるものは、Selective Laser Melting(ＳＬＭ、選択的レーザ溶融法）とも呼ばれる。
　ＤＥＤでは、下地材における材料を付加したい部分に、金属粉末をノズルから噴射するなどして供給しながら高エネルギービームを照射することで、下地材上に金属粉末を溶融または焼結させて堆積させる。造形したい形状に合わせて材料供給デバイスとビーム源とを相対的に移動させ、金属粉末の積層位置を連続させることで、下地材に立体的な造形物を付加させることができる。近年、例えば航空機用エンジン、発電機用タービンのブレード、特殊工具の切削刃等に生じた欠損箇所の再生補修等に利用されているレーザ粉体肉盛法（Laser Metal Forming、Laser Metal Deposition、Laser Cladding）も、このカテゴリに属する。
特開２０１５－８５４７７号公報 特開２０１５－８５４７８号公報
「金属系材料の３次元積層造形技術の基礎」（小泉雄一郎・千葉晶彦・野村直之・中野貴由）　まてりあ（Materia Japan：日本金属学会会報）第５６巻　第１２号　２０１７年１２月　公益社団法人日本金属学会http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/msp6/nakano/2017年12月号－まてりあ(AM).pdf
　薄状体の打抜き加工等に利用される金属一体型の抜き型は、略平坦な基台の表面に、薄い刃体を直立させたものである。刃体の幅（刃厚）は、一般的には０．３～０．８ｍｍと薄く、厚くても概ね１．０ｍｍ前後である。刃体の高さは基本的に刃体の幅よりも大きく、加工する材料によって数ｍｍ～十数ｍｍになる。刃体は、略一様の幅および高さで直線的または曲線的に連続し、その延長寸法は数ｃｍ～数十ｃｍにおよび、場合によっては１ｍを超える。このように、抜き型の刃体は、「幅＜高さ＜長さ」という固有の形状的条件を有し、しかも、その幅および高さはそれぞれ高精度で均一化されていなければならない。また、刃体の基部は、刃体の延長寸法の全体にわたって基台と強固に結合されていなければならない。さらに、刃体の側面は、基台の表面に対し高精度で直立していなければならず、かつ、その側面は平滑に仕上げられていなければならない。
　しかしながら、前記特許文献１、２において提案された３Ｄプリンタによる抜き型の製造方法は、「金属粉をレーザにより焼結積層する」といった程度の記載だけで、三次元造形の具体的な方式や、それに用いる装置の構成等を一切、開示していない。したがって、該方法によってどの程度、効率的に刃体を製造することができるのか、あるいは該方法によって製造された刃体が実用的に十分な寸法精度や強度を有するのか、等が一切不明である。
　金属系材料の三次元積層造形に関する技術分野で近年、主流となっているＰＢＦ、ＤＥＤについても、前述のような抜き型に固有の形状的条件を満たす物体を好適に造形し得る方法が、まだ具体的に確立しているわけではない。そこで、本願は、金属系材料の三次元積層造形に関する近年の技術開発動向を踏まえつつ、前記特許文献１、２に提案された３Ｄプリンタによる抜き型の製造方法を見直して、抜き型に求められる形状的条件を高い水準で満たし得る実用的な製造方法と、該方法によって得られる高品質の抜き型とを提供するものである。
　前述のような形状的条件を有する、薄くて精密な形状の刃体を高精度に、かつ効率的に造形するために、本願が開示する発明の抜き型の製造方法は、造形しようとする刃体（１０１）の平面視形状を包含し得る大きさを備えた金属製の基台（１０）の表面に、前記刃体の平面視形状に沿って、金属粉末を主体とする粉体材料（Ｍ）をノズル（５１）からの噴射によって供給しつつ、前記刃体の造形予定位置に高エネルギービーム（Ｂ）を照射して前記粉体材料を溶融・固化させることにより、前記基台上に所定の幅を有する微少高さの造形部（１１）を連続的に生成し、前記造形部を生成する工程を、造形しようとする刃体の高さ分だけ繰り返して前記造形部を積層することで、前記基台上に、所定の幅と、その幅を超える高さとを有して該基台上に直立する刃体を、該基台と一体的に造形した後、前記刃体の上縁部に刃付け処理を施す、との基本的構成を採用する。
　この構成は、三次元積層造形に関連する公知・非公知の様々な技術的手段の中から、特に抜き型の製造に最適な手段を抽出して合理的に統合したものであり、基本的には背景技術欄に記載したＤＥＤ（指向性エネルギー堆積）方式の造形技術を応用している。すなわち、基台の表面に粉体材料を噴射しつつ高エネルギービームを照射して、粉体材料を溶融・固化させることにより、造形しようとする刃体の平面視形状（二次元スライス形状）に沿って、直線状または曲線上に連続する微少高さの造形部を生成し、その工程を刃体の高さ分だけ繰り返して造形部を積層する、というものである。かかる方法を採用することで、刃厚の薄い刃体を、効率的に造形することができる。
　さらに、本願が開示する発明は、粉体材料（Ｍ）の噴射と高エネルギービーム（Ｂ）の照射とによって粉体材料を溶融・固化させる工程において、前記粉体材料を、前記刃体（１０）の造形予定位置の直上から前記基台（１０）の表面に対して面直方向に噴射するとともに、前記粉体材料の噴流の周囲から斜め下向きに複数本の高エネルギービームを照射し、それらを刃体を造形しようとする位置に集光させて前記造形部（１１）を生成する、との構成を採用する。
　この構成によれば、ノズルから噴射された粉体材料が基台または既に生成されている造形部の表面に達する際、その噴流が複数本のビーム照射によって径方向全体にわたり均一に加熱され、造形部の表面における粉体材料の溶融状態が均質化される。したがって、基台の表面に深い溶融池を生成せずとも、密実で強度に優れる造形部を生成することができる。また、造形部の形状的な精度も安定するので、複雑に屈曲する形状の刃体でも高い寸法精度で造形することができる。
　さらに、本願が開示する発明の抜き型の製造方法は、前記粉体材料に、焼入れ硬化性を有しないコバルト基合金またはニッケル基合金、あるいは前記粉体材料に、セラミック材を含有したコバルト基合金またはニッケル基合金を使用する、との構成を採用する。これらの合金によって刃体を造形すれば、造形後の刃体に熱処理（焼入れ・焼戻し）をしなくても、実用的に十分な強度や硬度を得ることができる。それによって熱処理工程を省くことが可能になり、抜き型の製造効率が格段に向上する。
　さらに、本願が開示する発明の抜き型の製造方法は、前記基台の表面に、あらかじめ造形しようとする刃体の平面視形状に合致する溝部を形成しておく、との構成を採用する。この溝部の上に刃体を造形することにより、基台と刃体の基部とを、より強固に結合することができる。
　そして、前述の製造方法によって製造された抜き型（１００）は、実用的に十分な強度や硬度を備え、形状的・寸法的な精度にも優れる高品質の抜き型となる。
　前述のように構成される抜き型の製造方法によれば、薄くて高さがあり、その幅および高さの寸法精度が高く、さらに長さ方向にも均質に連続する、抜き型に固有の強度的条件や形状的条件を満たす刃体を精度よく、かつ効率的に造形することができる。
　また、かかる製造方法によって製造された抜き型は、刃体の強度や硬度に優れ、形状的・寸法的な精度も高く、刃体と基台とが強固に結合した高品質の抜き型となる。
本願が開示する抜き型の製造方法に用いる造形装置の概略的構成を示す模式図である。 前記造形装置に装備される加工ヘッドの側面図である。 前記加工ヘッドの構造を示す概念図である。 前記加工ヘッドを用いた造形工程のイメージを示す図である。 本願が開示する抜き型の製造方法によって製造される抜き型の一例を示す斜視図である。 図５に示す抜き型の刃体の縦断面図である。
　本願が開示する抜き型の製造方法は、金属製の板体またはブロック体からなる基台の表面に、造形しようとする刃体の平面視形状（二次元スライス形状）に沿って、金属粉末を主体とする粉体材料をノズルからの噴射によって供給しつつ、刃体の造形予定位置に高エネルギービームを照射して粉体材料を溶融・固化させることにより、基台上に所定の幅を有する微少高さの造形部を連続的に生成し、その造形部を生成する工程を、造形しようとする刃体の高さ分だけ繰り返して造形部を積層することで、基台上に、所定の幅と、その幅を超える高さとを有して該基台上に直立する刃体を、該基台と一体的に造形した後、刃体の上縁部に刃付け処理を施す、というものである。なお、本明細書において「平面視」とは、基台の表面（造形面）に対する面直方向の視点を意味する。以下、該製造方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
　（装置の概略的構成）
　図１は、本願が開示する抜き型の製造方法を実施するに際して使用する三次元金属積層造形装置（以下、単に「造形装置」という。）の概略的な構成例を示した模式図である。例示の造形装置１は、密閉可能な造形加工室２内に設置されるプラットフォーム３、プラットフォーム３の上方に加工アーム４を介して保持される加工ヘッド５、加工ヘッド５に造形用のための粉体材料を供給する粉体材料供給装置６、高エネルギービームを出力する光源装置７、それらを駆動・制御するための制御ユニット８や配電盤９等を組み合わせて構成される。
　造形しようとする抜き型の基台１０は、その表面（造形面）を水平にした姿勢でプラットフォーム３上に載置される。プラットフォーム３および加工アーム４には、基台１０と加工ヘッド５との相対位置を連続的に変化させる複数軸の移動機構が組み込まれている。例示の形態は、プラットフォーム３が例えば横方向（Ｘ軸方向）に移動し、加工アーム４が前後方向（Ｙ軸方向）および垂直方向（Ｚ軸方向）に移動しうるように保持されている。ただし、基台１０と加工ヘッド５とを相対的に移動させる移動軸の設定は、例示の形態以外にも変更可能であり、また、それらに加えて回転方向や傾斜方向の移動軸が適宜設けられていてもよい。
　粉体材料供給装置６には、金属粉末を主体とする粉体材料が収納あるいは貯留される。粉体材料の粒径は、概ね３～３００μｍ、好ましくは３０～８０μｍである。粉体材料は、複数種類の金属粉末やセラミック粉末を混合して構成される場合もある。粉体材料は、窒素ガスやアルゴンガス等からなる高圧のキャリアガス流を利用し、粉体材料供給チューブ６１を通じて加工ヘッド５へと供給される。粉体材料の供給速度は、概ね１０～１００ｍｇ／秒である。粉体材料供給装置６には、粉体材料の送出量を調整する手段や、複数種類の金属粉末等を所望の比率で混合する手段、粉体材料の凝集による目詰まりを防ぐための加振手段等が適宜、設けられている。
　光源装置７は、レーザ光、電子ビーム、電磁波等の高エネルギー線を出力する光源（図示せず）を具備する。例示形態の光源装置７は、半導体レーザ光の発振機によって構成され、個別に出力を制御し得る複数個の半導体レーザ素子を有する。各素子から出力されたレーザ光は、光ファイバケーブル７１を介して加工ヘッド５へと伝送される。その出力は、合計で概ね３０～４００Ｗである。
　（加工ヘッド）
　図２は、この造形装置１の要部をなす加工ヘッド５の側面図であり、図３は、加工ヘッド５の構造を示す概念図である。加工ヘッド５は、粉体材料Ｍを噴射する一つのノズル５１と、レーザ光Ｂを集束させる複数の集光装置とを内部に備えている。
　基台１０の表面に直立する刃体を精度良く造形するために、本願が開示する発明では、ノズル５１を加工ヘッド５の中央部に下向きに配置して、基台１０の表面に対し面直方向に粉体材料Ｍを噴射する、という構成を採用する。ノズル５１の先端の口径は、造形しようとする刃体の幅の最小寸法と同程度（約０．４～０．５ｍｍ）に設定されており、そのノズル５１から粉体材料Ｍが略等径の集束噴流となるように噴射される。なお、このノズル５１には、造形しようとする刃体の形状に応じて噴流の断面形状や拡散範囲を適宜調整する手段が設けられていてもよい。
　集光装置は、個々の光ファイバケーブル７１を介して伝送される複数本のレーザ光Ｂを平行光にする同数のコリメータレンズ５２と、各コリメータレンズ５２からの平行光を集光する１個のコンデンサレンズ５３とを備える。例示形態では、６本の光ファイバケーブル７１に対応する６個のコリメータレンズ５２が、粉体材料供給チューブ６１を囲むようにして平面視正六角形状に配置されている。ただし、レーザ光Ｂの本数（光ファイバケーブル７１およびコリメータレンズ５２の個数）は、２～８本程度の範囲内で適宜増減可能である。
　コンデンサレンズ５３は、前記複数個のコリメータレンズ５２を包含するレンズ径を有し、その中心をノズル５１の軸線に合致させてコリメータレンズ５２の下方に配置されている。コンデンサレンズ５３の中心には粉体材料供給チューブ６１が挿通されている。このコンデンサレンズ５３を経由して、複数本のレーザ光Ｂが粉体材料Ｍの噴流の周囲から斜め下向きに照射され、ノズル５１の軸線上に集光される。このときの集光径は、粉体材料Ｍの噴流径と同様に、造形しようとする刃体の幅の最小寸法と同程度（約０．４～０．５ｍｍ）である。また、ノズル５１の軸線とレーザ光Ｂとの角度は概ね１５～２０度である。なお、この集光装置には、例えばコリメータレンズ５２およびコンデンサレンズ５３の位置を変化させて集光範囲を微調整する手段等が設けられていてもよい。
　（造形工程）
　図４は、この加工ヘッド５を用いた造形工程のイメージを示す図である。ノズル５１から基台１０の表面に対して面直方向に噴射された粉体材料Ｍに、その周囲から複数本のレーザ光Ｂが照射されることで、粉体材料Ｍの噴流が、その径方向にわたって均一に加熱され、基台１０の表面で溶融する。このとき、基台１０の表面にも微少な深さの溶け込みが生じて、基台１０の表面の溶融体に粉体材料Ｍの溶融体が溶け込んだ溶融池が生成される。ノズル５１と基台１０とを所定の送り速度で相対的に移動させると、レーザ光Ｂが通過した部位の温度が低下して溶融池が硬化し、微少な幅と高さとを有する造形部１１が基台１０と一体的に生成される。送り速度の目安は概ね５～３０ｍｍ／秒で、生成される造形部１１の幅は概ね０．４～０．７ｍｍ、造形部１１の高さは概ね０．３～０．６ｍｍである。送り速度を上げると造形部１１の幅や高さは小さくなり、送り速度を下げると造形部１１の幅や高さは大きくなるので、送り速度を加減することで、造形サイズを所望の値に調整することができる。また、送り速度とレーザ光Ｂの出力を一定にすると、粉体材料Ｍの供給量を増加させても、造形部１１の幅はあまり変化しないが、高さは大きくなり、溶け込み深さは浅くなる。加熱の度合いによっても造形部１１のサイズを調整することができる。
　かかる造形工程を、造形しようとする刃体の平面視形状（二次元スライス形状）に沿って連続的に実施し、さらに、既に生成されている造形部１１の上に同工程を多数回、積層することで、略一定の幅と所望の高さとを有する刃体を造形することができる。
　図５は、前述の方法によって製造される抜き型１００の一例を示す斜視図である。例示の抜き型１００は、各種薄状体の孔あけ加工に用いられる、比較的サイズの小さい打ち抜き用ＮＣポンチであり。その平面視形状は、直線部と曲線部とを組み合わせた角丸矩形の無端形状（閉環状）をなしている。刃体１０１の幅は約０．７ｍｍ、高さは約３ｍｍ、延長寸法は約８ｃｍで、基台１０の厚さは約５ｍｍである。ただし、この製造方法によって造形し得る刃体１０１は、例示のような形状に限られるものではない。
　図６は、図５に示した抜き型１００における刃体１０１の縦断面図である。前述の造形工程において、送り速度、レーザ光Ｂの出力、粉体材料Ｍの供給量を一定に保持することで、基台１０の表面に等幅で直立する刃体１０１を造形することができる。所望の高さまで造形された刃体１０１の上縁部は丸みを帯びているので、テーパエンドミル等を用いて上縁部を切削研磨し、鋭利な刃部を形成する。かかる刃付け処理を施すことで抜き型１００が完成する。
　（刃体の材料）
　本願が開示する抜き型の製造方法によって刃体を造形するための粉体材料としては、機械刃物、切削工具、金型等の材料として一般的に利用されている低合金工具鋼（ＳＫＳ）、ダイス鋼（ＳＫＤ）、マルテンサイト系ステンレス鋼等を、この三次元積層造形でも利用することができる。ただし、これらの鉄鋼系材料は、熱処理（焼入れ・焼戻し）を施さないと実用的な強度や硬度が得られない。したがって、これらの鉄鋼系材料で抜き型の刃体を製造する場合は、特許文献１、２にも記載されているように、前述の造形工程によって所望の形状の刃体を造形した後、熱処理を施し、その後に刃付け処理を行うか、あるいは刃付け処理を施してから熱処理を行う必要がある。その熱処理には相当の手間と時間がかかり、それによって製造効率が低下する。
　そこで、本願は、前述の鉄鋼系材料に代えて、熱処理を必要としない金属系材料による製造方法を開示する。かかる金属系材料としては、例えばアーク溶接やＴＩＧ溶接等に用いられる、コバルト基合金やニッケル基合金が好ましい。
　コバルト基合金としては、例えば「ステライト Stellite（登録商標）」や「トリバロイ Tribaloy（登録商標）」等を挙げることができる。ステライトは、コバルトを主成分とし、３０％前後のクロム、４～１７％程度のタングステンを含む合金である。コバルト基のトリバロイは、８～１７％のクロム、２２～２８％程度のモリブデン、１～３％程度のケイ素を含む。
　また、ニッケル基合金としては、「インコネル Inconel（登録商標）」「デロロ Deloro（登録商標）」、「ニステル Nistelle（登録商標）」、ニッケル基のトリバロイ等を挙げることができる。インコネルは、ニッケルを主成分とし、１５～１８％のクロム、８～１８％の鉄のほか、微量のニオブやモリブデン等を含む。デロロは、１０％前後のクロム、３％前後のケイ素、２％前後のホウ素、微量の炭素等を含む。ニステルは、１５～２０％のクロムのほか、モリブデンや鉄を含む。
　これらの合金材料は、優れた硬度、耐摩耗性、靱性等を備えるとともに、耐熱性にも優れる一方、熱処理をしても強度や硬度が変化しない、という特性を有する。このような焼入れ硬化性を有しない合金材料によって造形された刃体は、熱処理をしなくても、例えばロックウェル硬度（ＨＲＣ）４５程度以上、ショア硬さ（ＨＳ）６０程度以上と、抜き型に要求される水準を十分に満たす硬度を発揮する。
　かかる合金材料の主要な製品名と、その組成を表１、２に示す。ただし、利用可能な組成比はこれらに限定されるものではなく、必要な硬度が得られる範囲内で適宜変更可能である。また、これらの合金に、例えば炭化ケイ素（シリコンカーバイド）、炭化タングステン（タングステンカーバイド）、炭化チタン等のセラミック材を混合することで、造形物の硬度をさらに向上させることも可能である。また、この製造方法によれば、刃体の下部と上部（刃先部分）とで合金の組成を変えることも可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（基台）
　抜き型において、基台は、単に刃体を造形するためのワークトップであるだけでなく、薄状体の打抜き加工等において刃体と一体的に使用される、刃体の支持部材でもある。したがって、基台は、刃体の延長寸法の全体にわたって刃体の基部と強固に一体化されていなければならない。かかる要求に応えるために、基台には、ビーム照射によって加熱されても歪みやうねりを生じない程度（概ね５ｍｍ以上）の厚さを有する密実な板体またはブロック体を用いるのが好ましい。また、造形工程の一層目において、造形部を基台の表面に均質に結合させるために、基台の表面は、平坦で平滑であることが好ましい。ただし、特許文献１、２に記載されたような三次元形状の抜き型として使用される場合は、基台の表面が円筒面や球面等の曲面になっていてもよい。
　機械刃物、切削工具、金型等に利用される低合金工具鋼（ＳＫＳ）、ダイス鋼（ＳＫＤ）、マルテンサイト系ステンレス鋼等は、この基台の材料としても、比較的安価に利用することができる。ただし、焼入れ硬化性を有するこれらの鉄鋼系材料の表面に、前述した焼入れ硬化性を有しない合金材料によって刃体を造形すると、両材の結合が不十分になって、刃体と基台の表面との間に剥離が生じるおそれがある。かかる事態を回避するためには、基台の表面に一層目の造形部を生成する際に、レーザ出力を増大させて、金属の溶融池を大きめに生成するのが好ましい。
　基台にも焼入れ硬化性を有しない材料を用いた場合は、基台と刃体とが、より強固に結合して、さらに好ましい。ただし、サイズの大きい抜き型の基台に前述のようなコバルト基合金やニッケル基合金を使用するとコストが嵩む。その場合は、安価な鉄鋼系材料からなる基台の表面に、刃体を造形する領域全体にわたって、焼入れ硬化性を有しない合金をコーティングして厚めの皮膜層を形成し、その上に刃体を造形する、という方法を採ることもできる。
　焼入れ硬化性を有しないオーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼も、刃体の材料としては強度面でやや不十分であるが、基台には好適に使用することができる。
　また、基台の表面に、あらかじめ刃体の平面視形状に合致する溝部を形成しておいて、その溝部の底面に一層目の造形部を形成することで、基台と刃体との結合性を向上させることもできる。その溝部は、幅が刃体の幅の１．０～１．５倍程度、深さが刃体の幅の０．５～１．０倍程度となるように形成するのが好ましい。溝部の断面形状はコ字状の角溝でもＵ字溝でもよいが、一定の形状で連続するのが好ましい。このような溝部の上に刃体を造形すれば、一層目の溶融池をあまり大きくせずとも、基台と刃体との結合力を高めることができる。
　本願が開示する抜き型の製造方法において、基台全体の平面形状は、造形しようとする刃体の平面視形状を包含し得る限り、特に制約を受けない。例えば、特殊な平面視形状を有する基台の周縁部に沿って刃体を形成することもできる。また、小径の孔あけ加工等に用いられる抜き型においては、閉環状の刃体によって囲まれた基台の内側領域に、その領域と同じ大きさで、打抜きカスを除去するための孔部が形成される場合もある。そのような場合は、基台にあらかじめ孔部を形成しておき、その孔部の周縁部に沿って刃体を立ち上げることも可能である。さらには、適度な肉厚を有する中空の金属製筒体を基台として、その端面に、該筒体と外径、内径および肉厚が略等しい環状の刃体を延設することも可能である。
　なお、本願が開示する発明の技術的範囲は、例示した実施の形態によって限定的に解釈されるべきものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて概念的に解釈されるべきものである。特許請求の範囲および明細書において使用している構成要素の名称は、発明を具体的に理解し易くするための便宜的なものであって、その名称が当該構成要素の概念や性状を必要以上に限定することはない。
　本願が開示する発明の実施に際しては、特許請求の範囲において具体的に特定していない構成要素の形状、構造、材質、数量、接合形態、相対的な位置関係等を、例示形態と実質的に同等以上の作用効果が得られる範囲内で適宜、改変することができる。
　本願が開示する発明の「基台」には、前述のような特殊形状の金属体も包含される。また、本願が開示する発明によって製造される刃体は、その全長にわたって刃付け処理を施したものに限らず、刃先を断続させたミシン刃や、刃先を丸めた押罫刃とすることもできる。
　この出願は、２０１９年２月１９日に日本で出願された特願２０１９－０２７０９６号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
　本願が開示する発明は、紙、フィルム、シート、パネル等の打抜き加工やハーフカット加工に用いられる抜き型の製造技術、およびこれに類する様々な金属製薄状体の製造技術に幅広く利用することができる。
１　三次元金属積層造形装置
２　造形加工室
３　プラットフォーム
４　加工アーム
５　加工ヘッド
５１　ノズル
５２　コリメータレンズ
５３　コンデンサレンズ
６　粉体材料供給装置
６１　粉体材料供給チューブ
７　光源装置
７１　光ファイバケーブル
８　制御ユニット
９　配電盤
１０　基台
１１　造形部
１００　抜き型
１０１　刃体
Ｂ　レーザ光
Ｍ　粉体材料

Claims (6)

  1. 　造形しようとする刃体の平面視形状を包含し得る大きさを備えた金属製の基台の表面に、前記刃体の平面視形状に沿って、金属粉末を主体とする粉体材料をノズルからの噴射によって供給しつつ、前記刃体の造形予定位置に高エネルギービームを照射して前記粉体材料を溶融・固化させることにより、前記基台上に所定の幅を有する微少高さの造形部を連続的に生成し、
    　前記造形部を生成する工程を、造形しようとする刃体の高さ分だけ繰り返して前記造形部を積層することで、
    　前記基台上に、所定の幅と、その幅を超える高さとを有して該基台上に直立する刃体を、該基台と一体的に造形した後、
    　前記刃体の上縁部に刃付け処理を施す、
    　ことを特徴とする抜き型の製造方法。
  2. 　請求項１に記載された抜き型の製造方法において、
    　前記粉体材料を、前記刃体の造形予定位置の直上から前記基台の表面に対して面直方向に噴射するとともに、
    　前記粉体材料の噴流の周囲から斜め下向きに複数本の高エネルギービームを照射し、それらを刃体を造形しようとする位置に集光させて前記造形部を生成する
    　ことを特徴とする抜き型の製造方法。
  3. 　請求項１または２に記載された抜き型の製造方法において、
    　前記粉体材料に、焼入れ硬化性を有しないコバルト基合金またはニッケル基合金を使用する
    　ことを特徴とする抜き型の製造方法。
  4. 　請求項１または２に記載された抜き型の製造方法において、
    　前記粉体材料に、セラミック材を含有したコバルト基合金またはニッケル基合金を使用する
    　ことを特徴とする抜き型の製造方法。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載された抜き型の製造方法において、
    　前記基台の表面に、あらかじめ造形しようとする刃体の平面視形状に合致する溝部を形成しておく
    　ことを特徴とする抜き型の製造方法。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載された抜き型の製造方法によって製造された抜き型。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5855149A (en) * 1996-11-18 1999-01-05 National Research Council Of Canada Process for producing a cutting die
JP2006068819A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Winkler & Duennebier Ag 裁断ローラまたは型押しローラをレーザ肉盛溶接によって製作するための方法および装置
JP2008142737A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Nissan Motor Co Ltd レーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法
WO2014013481A1 (en) * 2012-07-18 2014-01-23 Hewlett-Packard Industrial Printing Ltd. Laser-sintered dies in package manufacture
JP2015085477A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 株式会社▲高▼橋型精 三次元抜き型の製造方法
JP2015085478A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 株式会社▲高▼橋型精 ３ｄ金属造形機を用いた三次元抜き型の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5855149A (en) * 1996-11-18 1999-01-05 National Research Council Of Canada Process for producing a cutting die
JP2006068819A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Winkler & Duennebier Ag 裁断ローラまたは型押しローラをレーザ肉盛溶接によって製作するための方法および装置
JP2008142737A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Nissan Motor Co Ltd レーザ肉盛装置およびレーザ肉盛方法
WO2014013481A1 (en) * 2012-07-18 2014-01-23 Hewlett-Packard Industrial Printing Ltd. Laser-sintered dies in package manufacture
JP2015085477A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 株式会社▲高▼橋型精 三次元抜き型の製造方法
JP2015085478A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 株式会社▲高▼橋型精 ３ｄ金属造形機を用いた三次元抜き型の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114454261A (zh) * 2022-01-20 2022-05-10 东莞高绮印刷有限公司 Uv模切机及采用该设备的模切方法

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