这就是日本制造力--尼康的光加工机目标的未来制造风格
发布时间：
2019-06-10 13:38
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世界先进金属3D打印机的活用
作为想制作什么的时候，能马上体现想法的装置，3D打印机的活用正在进行中。近年来，在产业领域，不仅适用于以往的试制品开发，也可以看到适用于实际量产的动向。
在这样的制造产业中被活用的3D打印机，其中对应金属材料的模型的关注度在国内外显示着高涨。例如，通用电气（GE）用于喷气发动机的燃料喷嘴的量产，得到了通过一体成型的部件数的降低、韧性的提高、成本降低等各种各样的效果。
虽然只有这样的优点的金属3D打印机，但课题是成本高。量产用的3D金属打印机大多价格高达1亿日元以上，绝对不能抱着试着导入的心情使用。
如果价格高而无法普及，能否利用尖端技术廉价提供3D金属打印机。这样想的是日本光学机器制造商的雄性尼康。按照摩尔定律不断进化的半导体，现在已经进入了要求形成数nm的原子数个布线的世界。长期以来，尼康一直致力于制造利用这种尖端且微细的电路的量产产品的装置（曝光装置）。通过横向展开这样的技术，是否能降低对金属3D打印机的导入门槛呢？从这样的想法出发，以从事曝光装置的工程师们为中心，开始了研究开发。2019年4月成功发售光加工机“Lasermeister100A”。
讲究细节的光加工机
Lasermeister100A的开发理念是“谁都可以轻松、轻松使用的金属层叠/加工机”。不单纯地说是3D打印机的地方，可以看出Lasermeister100A的特征，以及该公司的自信程度。
金属3D打印机层叠方式设计有粉末床方式、金属沉积方式、粘合剂喷射方式、材质喷射方式、材质延伸方式等各种方式该公司采用的是金属沉积方式之一的LMD（Laser Metal Deposition）方式。简单地说，在对对象照射金属粉末的同时，用激光照射，一边溶解金属粉末一边进行造型的方式，通过凝聚在该光学系统和激光系统中用曝光装置培养的技术，加工尺寸297mm×210mm×200mm宽0.85m×深度0.75米×作为高1.7m的紧凑且310kg的金属打印机，成功实现了小型轻量的框体。
其实这个尺寸和重量有很大的意义。宽度0.85m、重量310kg都是意识到可以装载在一般电梯上的尺寸、重量而决定的值。现有的很多金属3D打印机由于其重量而在工厂的1楼根据情况进行地板的加固工程而设置，该工程也会产生以数千万日元为单位的费用，但如果是实现了如此小型轻量的Lasermeister100A，则将其带入办公楼的楼上使其运转这样的事情也变得简单了（当然，需要注意的是，为了排气的管道等的设置工程是另外需要的，所以并不是单纯地放入就可以了）。
比较竞争对手的金属3D打印机和Lasermeister100A的尺寸图像。可以看出非常紧凑（资料提供：尼康）
而且价格也以标准价格便宜地设定为3000万日元。在该公司的调查中，高成本的理由是光学部件（透镜）和激光，对于透镜，通过独自的光学设计维持性能的同时，成功地实现了到极限的小型化。因为是小型轻量的镜头，所以驱动系等也能成为简单的机构，这是小型轻量化的关键。一方的激光也拘泥于空冷式，并且作为无限简化了冷却机构的半导体激光的直接照射方式，实现了低价格化和高质量化的两立。
正因为有长年开发制造被要求在量产的世界实现纳米级加工的半导体曝光装置的经验技术而形成的小型·轻量化的核心技术（资料提供：尼康）
这样形成的Lasermeister100A不仅可以单纯地层叠，还可以用于与现有部件的接合、没有支撑材料的弯曲的配管的形成、标记、研磨等各种用途，因此，赋予了不是单纯的金属3D打印机，而是光加工机的名称。
不仅可以层叠，还可以应对各种加工需求。没有支撑材料就能完成弯曲的配管等（包括中空部分），这一点可以说是LMD方式特有的优点（资料提供：尼康）
另外，其讲究不停留在加工部分。例如金属粉末供给机也进行独自设计，通过与加工机一体化，抑制以往以LMD方式发生的粉体的供给量的紊乱，抑制下垂和缺口的发生，能够高精度形成，此外，根据造型物的形状，产生激光的热容易积存的地方、难以积存的地方针对金属粉末的供给平衡紊乱导致造型精度下降的课题，独自开发了可以在3D模型上使用的热分析模拟。通过预先计算使热分布在造型前恒定，实现均匀化，能够进行高精度的造型。顺便说一下，这里的模拟是有偿选项提供的。
进而，在与现有部件接合的情况下，如果位置对准错误，则在不希望的地方执行接合。这里也是光学机器制造商特有的技术诀窍，通过活用使用相机的三维位置测定技术，提高了接合定位精度。
在Lasermeister100A的实机中进行定位时的校准的情况。利用设置在加工室内深处的照相机，高精度地把握坐标。以此为基础由操作员进行设定，可以进行高精度的造型
这样的定位精度、透镜、激光等技术正是在曝光装置中活用的技术的应用。例如，光加工机的定位精度为数百微米的等级，但现在先进的曝光机所要求的对位精度为数纳米等级，正因为有这样培育的技术，所以可以说是实现的精度。
看起来很强的光加工机的弱点
话虽如此，认为什么都能做的Lasermeister100A，现在只有一个弱点。这是考虑到安全的结果，只有不会发生粉尘爆炸的不锈钢材料（SUS316L）正式对应这一点。因为金属粉末本身是复合材料，所以不锈钢以外的海斯钢和碳钢也可以使用，但一方面可以在各种地方使用，另一方面也考虑到了安全方面。
安全性也显得很讲究。因为在工作时氮被净化，所以也采用了防止窒息的功能等。从这附近也能看到对曝光装置培育的安全关怀的意识（资料提供：尼康）
但是，这是目前的问题，今后该公司也将作为光加工机系列谋求阵容的扩充，因此期待着对应各种尺寸的产品和各种金属粉末的对应。特别是在尺寸方面，该公司不仅是半导体，作为以液晶显示器为中心的面向FPD的曝光装置×具有加工数米的玻璃基板的技术，如果应用这样的技术，相似的尺寸的造型也可能成为可能。另外，如果对由半导体曝光装置培育的技术进行研磨，则也可能产生桌面上的光加工机。
也许是对这样广阔的市场的期待吧，尼康在2019~2021年度的中期经营计划中，除了以光加工机为中心的材料加工事业（数字制造）之外，还以视觉系统/机器人、保健等长期成长领域的合计，到2021年度为止200亿日元的营业利润为目标2023年度以后提出了以200亿日元以上为目标，对研究开发、设备投资也表现出了积极的姿态。
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