マイクロ加工で微細な女王肖像画を製作: 卓越した精度を実証

シェフィールド大学（英国）AMRCのエンジニア、Joe Thickett氏とEmma Parkin氏が、マイクロ加工で製作した女王の微細肖像画を披露しています。（写真提供: Starrag）

シェフィールド大学のAdvanced Manufacturing Research Center（AMRC）に所属するエンジニア、Emma Parkin氏とJoe Thickett氏は、Starrag Bumotec複合加工機を用いて、エリザベス女王の肖像画を直径わずか1.4mmまで縮小し、真鍮に再現しました。女王の頭部の精緻なディテールは、高性能顕微鏡でしか確認できません。

「コインに似たものを作りたかったので女王の肖像を選びました。コインの大きさは誰でも知っているため、それを縮小しても女王の顔が残っていれば『驚き』を与えられると考えたからです」とParkin氏は語ります。

この微細アートワークは、AMRC加工グループのマイクロ加工における業界知識を示し、英国企業の受注獲得を支援する目的で制作されました。「パートナーや業界に、何が達成可能かを示したかったのです。直径1.5mmのワークで0.001mmの精度で加工し、ディテールを維持できることを証明したかったのです。」

Bumotec s191により、直径11.2mm、7mm、2.8mm、1.4mmの4つの高精細な女王の頭部が、直径25mmの円形真鍮片上に一度のセットアップで製作されました。

AMRCに設置されている8台のStarrag機械のうちの1台、Bumotec s191H複合旋盤フライス盤を使用し、エンジニアたちは直径25mmの円形真鍮ワーク上に、4つの異なるサイズの女王肖像を加工しました。

Sandvikのマイクロエンドミルで基本形状を荒取りした後、微細なボールノーズカッターに切り替えて仕上げ加工を行いました。最小のカッターは直径0.2mmで、細部の輪郭加工に使用されました。

Bumotec複合加工機は、バー容量65mm、バー供給システム、高圧（3馬力）クーラントを備え、X、Y、Z軸それぞれ410mm、200mm、400mmのストロークで、リニアドライブと高度な熱安定性により±2.5ミクロンの高精度加工を実現します。

女王の顔の3Dデータを取得するため、AMRCエンジニアたちは通常表面粗さ検査に使用される3D顕微鏡で実物のコインをスキャンしました。複数の画像を重ね合わせて3D画像を作成しました。

メインスピンドルは、水平面と垂直面の両方で回転可能なサブスピンドルによって補完され、多工程加工が可能です。工具マガジンは最大90ポケットまで拡張可能で、早送り速度50m/min、主軸回転数30,000rpm（または40,000rpm）が短いサイクルタイムに貢献します。

機械性能を補完する形で、Parkin氏はAMRC内の専門知識を活用してマイクロ加工肖像画を制作しました。

「実物のコインを、通常表面粗さ検査用の3D顕微鏡でスキャンしました。複数の画像を重ね合わせて3D画像を作成し、それをSTLファイル形式に変換。Siemens NX 12 CADに取り込んで加工プログラムを生成しました。」

「最初は4mmの切り込みで荒取りし、徐々に工具を小さくしていき、仕上げ加工ではミクロン単位の『ステップオーバー』で加工しました。」とParkin氏は付け加えます。

Parkin氏は、このコインレプリカプロジェクトがAMRCの更なるマイクロ加工R&Dと商業プロジェクトにつながることを期待しています。AMRCはHigh Value Manufacturing Catapultの一員であり、Catapultは多くの英国企業にとって通常は手の届かないR&D施設と専門知識へのアクセスを提供しています。

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