| 研究概要 |
加熱・冷却曲げ加工は非接触成形が可能で,とくに平板の曲げのような単純な2次元曲げに非常に適しており,FMS化が実現すれば様々な形状がフレキシブルに成形できる.また,レーザーを熱源とする手法は近年注目されていマイクロマシンにおける微細部品の製造を実現するため有用な加工技術となる.本研究では,金属極細線などに対して顕微鏡下でレーザー3次元FMS曲げが実施できるマイクロフォーミングファクトリ開発の基礎研究を目的とした.
まず最初に,金属極細線のレーザー加熱曲げプロセスを熱弾塑性有限要素解析を用いて検討し,その加工原理を明確にするとともに装置設計の基礎資料を得た.加熱曲げでは素材上面と下面の十分な温度差が必要であるが,これは大きなレーザ出力と小さなスポット幅により達成される.平坦な強度分布をもつレーザスポットにより円形断面をもつ金属極細線を加熱すると,温度分布が放射状になるために適切な曲げ成形を実現するにはレーザスポットの形状や強度分布などに関する工夫が必要である.レーザ加熱曲げ過程の弾塑性解析の結果で確認できた残留曲げ角は小さく照射の繰り返しなどの工夫が必要である.加熱曲げはにおいては,レーザー照射部位の圧縮塑性ひずみおよび素材裏面の伸び塑性ひずみが生じているが,今回の解析結果においては曲げ変形に対しては前者の貢献度が大きい.
以上の検討に基づき,高出力半導体レーザを熱源とするマイクロフォーミングファクトリを設計した.本装置は,光学顕微鏡下でCCDカメラにより数μm〜数10程度のワークの姿勢を観察しながらxyzθの位置決めが実現できる.
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