CN107042280A - 用于使用格子结构形成具有内部通路的构件的方法和组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使用格子结构形成具有内部通路的构件的方法和组件，具体而言，提供了用于形成具有限定于其中的内部通路(82)的构件(80)的模具组件(301)。构件由构件材料(78)形成。模具组件包括在其中限定模腔(304)的模具(300)。模具组件也包括选择性地至少部分地定位在模具模腔内的格子结构(340)。格子结构由在格子结构的至少一个区域(380)中具有选择性地变换的成分的第一材料(322)形成。通道(344)穿过格子结构限定，并且核心(324)定位在通道中，使得当构件形成于模具组件中时，核心的至少一部分(315)在模具模腔内延伸并且限定内部通路。

Description

用于使用格子结构形成具有内部通路的构件的方法和组件
技术领域
本公开的领域总体涉及具有限定于其中的内部通路的构件，并且更具体地涉及用于形成这样的构件的模具组件和方法，其使用格子结构来定位限定内部通路的核心。
背景技术
一些构件要求在其中限定内部通路，例如，为了执行预期的功能。例如，但不具有限制性的是，一些构件，比如燃气涡轮的热气体路径构件会经受高温。至少一些这样的构件具有限定于其中的内部通路，用以接受冷却流体流，使得构件能够更好地耐受高温。出于另一示例，但不具有限制性的是，一些构件是在与另一构件的接口处经受摩擦。至少一些这样的构件具有限定于其中的内部通路，用以接受润滑剂流，用以有助于减少摩擦。
具有限定于其中的内部通路的至少一些已知的构件被形成于模具中，其中陶瓷材料的核心在对于内部通路选择的位置处在模腔内延伸。在熔融的金属合金被引入模腔内围绕陶瓷核心并且冷却以形成构件之后，陶瓷核心被移除，比如通过化学淋滤，以形成内部通路。然而，至少一些已知的核心难以关于模腔精确地定位，导致对于形成的构件降低的收获率。例如，被用于形成这样的构件的一些模具是通过熔模铸造形成的，其中材料，比如，但不限于，蜡，被用于形成用于熔模铸造工艺的构件的图案，并且至少一些已知的核心难以关于被用于形成图案的母模子的模腔而精确地定位。而且，至少一些已知的陶瓷核心是脆性的，导致核心的生产和无损坏的处理是困难并且昂贵的。例如，至少一些已知的陶瓷核心缺乏足够的强度以可靠地耐受用以形成图案的图案材料的注入，用以形成模具的图案的重复的浸渍，和/或熔融的金属合金的引入。
而且，至少一些已知的构件对铸造和/或操作使用具有在整个构件上局部地变化的材料特性要求，并且被用于形成构件的金属合金的化学性质基于这样的局部材料特性要求的平衡而选择。然而，被选择为满足构件的第一区域中的第一局部材料性能要求的所选的合金化学性质潜在地减少了构件的第二区域中的第二局部材料特性要求。
备选地或另外地，具有限定于其中的内部通路的至少一些已知的构件初始地形成为没有内部通路，并且内部通路是在后来的工艺中形成的。例如，至少一些已知的内部通路是通过在构件中钻出通路形成的，比如，但不限于，使用电化学钻出工艺。然而，至少一些这样的钻出工艺是相对耗费时间的和昂贵的。而且，至少一些这样的钻出工艺不能产生对某些构件设计所要求的内部通路弯曲。
发明内容
在一个方面，提供了模具组件，用于形成具有限定于其中的内部通路的构件。构件是由构件材料形成的。模具组件包括在其中限定模腔的模具。模具组件也包括至少部分地在模腔内选择性地定位的格子结构。格子结构是由第一材料形成的，所述第一材料在格子结构的至少一个区域中具有选择性地变换的成分。通道由格子结构限定，并且核心定位在通道中，使得核心的至少一部分在模腔内延伸，并且当构件在模具组件中形成时限定内部通路。
在另一方面，提供了形成具有限定于其中的内部通路的构件的方法。该方法包括，至少部分地在模具的模腔内选择性地定位格子结构。格子结构是由第一材料形成的，所述第一材料在格子结构的至少一个区域中具有选择性地变换的成分。核心定位在穿过格子结构限定的通道中，使得核心的至少一部分在模腔内延伸。该方法也包括，将处于熔融状态的构件材料引入模腔，并且在模腔中冷却构件材料，以形成构件。至少核心的部分在构件中限定内部通路。
技术方案1. 一种用于形成具有限定于其中的内部通路的构件的模具组件，所述构件由构件材料形成，所述模具组件包括：
在其中限定模具模腔的模具；和
选择性地至少部分地定位在所述模具模腔内的格子结构，所述格子结构由第一材料形成，所述第一材料在所述格子结构的至少一个区域中具有选择性地变换的成分，其中穿过所述格子结构限定通道，核心定位在所述通道中，使得所述核心的至少一部分在所述模具模腔内延伸，并且当所述构件在所述模具模腔中形成时限定所述内部通路。
技术方案2. 如技术方案1所述的模具组件，其中，所述格子结构的所述至少一个区域的每一个区域在所述构件材料处于熔融状态时都能够被所述构件材料局部地吸收，使得当所述构件在所述模具组件中形成时，所述格子结构的所述至少一个区域的每一个区域中所述第一材料的所述选择性地变换的成分在所述构件中限定所述构件材料的选择性地变换的材料的对应的区域。
技术方案3. 如技术方案1所述的模具组件，其中，所述构件材料是合金，并且所述第一材料包括所述合金的基本元素，所述格子结构的所述至少一个区域包括第一区域，所述第一区域由所述第一材料选择性地变换以包括相对降低比例的所述基本元素。
技术方案4. 如技术方案3所述的模具组件，其中，所述第一区域邻近所述通道限定。
技术方案5. 如技术方案1所述的模具组件，其中，所述构件材料是合金，而所述第一材料包括所述合金的基本元素，所述格子结构的所述至少一个区域包括第一区域，所述第一区域由所述第一材料选择性地变换一包括相对增加比例的所述基本元素。
技术方案6. 如技术方案1所述的模具组件，其中，所述模具由模具材料形成，所述构件材料是包括与所述模具材料反应性的至少一种组分，并且所述第一材料包括该至少一种反应性组分，所述格子结构的所述至少一个区域包括第二区域，所述第二区域由所述第一材料选择性地变换以包括所述至少一种反应性组分的减少的含量而形成。
技术方案7. 如技术方案6所述的模具组件，其中，所述第二区域邻近所述格子结构的周边限定。
技术方案8. 如技术方案1所述的模具组件，其中，所述格子结构构造成在图案形成、所述模具的去壳和/或构件形成的至少其中一个期间至少部分地支撑所述核心的重量。
技术方案9. 如技术方案1所述的模具组件，还包括沿所述核心的长度包封所述核心的中空结构，其中所述中空结构限定所述通道。
技术方案10. 如技术方案9所述的模具组件，其中，所述中空结构与所述格子结构形成一体。
技术方案11. 如技术方案10所述的模具组件，其中，所述格子结构限定成形为用于穿过所述模具的开口端插入所述模具模腔的周边，使得所述格子结构和所述中空结构限定可插入的插盒。
技术方案12. 一种形成具有限定于其中的内部通路的构件的方法，所述方法包括：
将格子结构至少部分地选择性地定位在模具的模腔内，其中：
所述格子结构由第一材料形成，所述第一材料具有在所述格子结构的至少一个区域中选择性地变换的成分，以及
定位在穿过所述格子结构限定的通道中的核心，使得所述核心的至少一部分在所述模腔内延伸；
以熔融状态将构件材料引入所述模腔；以及
在所述模腔中冷却所述构件材料，以形成所述构件，其中所述核心的至少所述部分限定所述构件内的所述内部通路。
技术方案13. 如技术方案12所述的方法，其中，所述以熔融状态将构件材料引入所述模具模腔包括这样引入所述构件材料，使得所述第一材料在所述格子结构的至少一个区域的每一个区域中的选择性地变换的成分限定所述构件中所述构件材料的选择性地变换的成分的对应的区域。
技术方案14. 如技术方案12所述的方法，其中，所述构件材料是合金而所述第一材料包括所述合金的基本元素，所述格子结构的所述选择性定位包括选择性地定位这样的格子结构，其包括所述至少一个区域的第一区域，所述第一区域由所述第一材料选择性地变换以包括相对减少比例的所述基本元素而形成。
技术方案15. 如技术方案14所述的方法，其中，所述格子结构的所述选择性地定位包括选择性地定位这样的格子构件，其包括邻近所述通道限定的所述第一区域。
技术方案16. 如技术方案12所述的方法，其中，所述构件材料是合金而所述第一材料包括所述合金的基本元素，所述格子结构的所述选择性定位包括选择性地定位这样的格子结构，其包括所述至少一个区域的第一区域，所述第一区域由所述第一材料选择性地变换以包括相对增加比例的所述基本元素而形成。
技术方案17. 如技术方案12所述的方法，其中，所述模具由模具材料形成，所述构件材料是包括与所述模具材料反应性的至少一种组分的合金，并且所述第一材料包括该至少一种反应性组分，所述格子结构的所述选择性地定位包括选择性地定位这样的格子结构，其包括至少一个区域的第二区域，所述至少一个区域由所述第一材料选择性地变换以包括减少含量的所述至少一种反应性组分而形成。
技术方案18. 如技术方案17所述的方法，其中，所述格子结构的所述选择性地定位包括选择性地定位这样的格子构件，其包括邻近所述格子构件的周边限定的所述第二区域。
技术方案19. 如技术方案12所述的方法，其中，所述格子构件的所述选择性地定位包括选择性地定位这样的格子构件，其构造成在图案形成、所述模具的去壳和/或构件形成的至少其中一个期间至少部分地支撑所述核心的重量。
技术方案20. 如技术方案12所述的方法，其中，所述格子结构的所述选择性地定位包括选择性地定位这样的格子结构，其包括由包封所述核心的中空结构限定的通道。
技术方案21. 如技术方案20所述的方法，其中，所述格子结构的所述选择性地定位包括选择性地定位这样的格子结构，其包括与所述格子结构形成一体的中空结构。
技术方案22. 如技术方案21所述的方法，其中，所述格子结构的所述选择性地定位包括选择性地定位这样的格子结构，其限定成形为用于穿过所述模具的开口端插入所述模具模腔的周边，使得所述格子结构和所述中空结构限定可插入的插盒。
附图描述
图1是示例性的回转式机械的示意图；
图2是用于与图1所示中的回转式机械一起使用的示例性的构件的示意性透视图；
图3是用于制作图2所示构件的示例性的模具组件的示意性透视图；
图4是用于与图3所示模具组件以及与图5所示图案模子组件一起使用的示例性的格子结构的示意性透视图；
图5是用于制作图2所示构件的图案的示例性的图案模子组件的示意性透视图，该图案被用于制作图3所示模具组件；
图6是可与图5所示图案模子组件和图3所示模具组件一起使用的示例性的装护套的核心的示意性透视图；
图7是沿着图6所示线7-7剖取的图6所示装护套的核心的示意性的截面图；
图8是用于与图3所示模具组件和图5所示图案模子组件一起使用的另一示例性的格子结构的示意性透视图；
图9是用于与图1所示回转式机械一起使用的另一示例性的构件的示意性透视图；
图10是用于制作图9所示构件的示例性的模具组件的示意性切去的透视图；
图11是示例性的方法的流程图，该方法形成具有限定于其中的内部通路的构件，比如图2所示构件；和
图12是图11的流程图的继续。
具体实施方式
在下列说明书和权利要求中，将参考大量术语，这些术语被限定为具有下列意义。
单数形式“一”，“一个”，和“该”包括对复数的引用，除非上下文明确地以其它方式规定。
“选择性”或“选择性地”意味着，随后描述的事件或环境可出现或不可出现，并且说明书包括事件发生的情形以及事件不发生的情形。
在整个说明书和权利要求中使用的近似语言可适用于修改任何量化的表述，其可以可允许地变动而不会导致与之相关的基本功能的变化。因此，由术语比如“约”，“近似地”，和“基本上”修饰的值不限于所指的精确值。在至少一些例子中，近似语言可对应用于测量值的仪器的精度。在这里和在整个说明书和权利要求中，可确定范围限制。这样的范围可被组合和/或互换，并且包括包含于其中的全部子范围，除非上下文或语言以其它方式表明。
本文描述的示例性的构件和方法克服了与用于形成具有限定于其中的内部通路构件的已知组件和方法相关的至少一些缺点。本文描述的实施例提供被选择性地定位在模腔内的格子结构。通道穿过格子结构限定，并且核心定位在通道中，使得当构件在模具中形成时，核心的至少一部分在构件内限定内部通路的位置。格子结构是由第一材料形成的，，所述第一材料在格子结构的至少一个区域中具有选择性地变换的成分。当熔融的构件材料被添加到模具时，格子至少部分地被吸收，使得第一材料的选择性变换的成分在格子结构的至少一个区域的每一个区域中限定具有构件的选择性变换的材料的对应的区域。因此，用来定位和/或支撑核心的格子构件也用来局部地变换构件材料的成分，以在构件内实现材料性能的局部变化。
图1是示例性的回转式机械10的示意图，其具有可对其使用当前公开的实施例的构件。在该示例性的实施例中，回转式机械10是燃气涡轮，其包括进气段12，联接于进气段12下游的压缩机段14，联接于压缩机段14下游的燃烧器段16，联接于燃烧器段16下游的涡轮段18，和联接于涡轮段18下游的排气段20。总体管状的罩壳36至少部分地包封进气段12，压缩机段14，燃烧器段16，涡轮段18，和排气段20的一个或更多个。在备选的实施例中，回转式机械10是如本文所描述的形成为带有内部通路的构件可适用的任何回转式机械。而且，尽管本公开的实施例结合回转式机械的上下文进行描述以用于说明目的，但是应当理解，本文描述的实施例适用于涉及适当地形成为带有限定于其中的内部通路的任何构件的情形。
在示例性的实施例中，涡轮段18借助于转子轴22联接至压缩机段14。应当注意，这里所使用的术语“联接”不限于在构件之间的直接的机械连接，电气连接，和/或通信连接，而是也可包括在多个构件之间的间接的机械连接，电气连接，和/或通信连接。
在回转式机械10的操作期间，进气段12引导空气朝向压缩机段14。压缩机段14将空气压缩至更高的压力和温度。更具体而言，转子轴22将旋转能量赋予在压缩机段14内联接至转子轴22的压缩机叶片40的至少一个周向排。在示例性的实施例中，各排压缩机叶片40之前是压缩机定子导叶42的周向排，压缩机定子导叶42的周向排从引导空气流进入压缩机叶片40的罩壳36径向地向内延伸。压缩机叶片40的旋转能量增加了空气的压力和温度。压缩机段14朝向燃烧器段16排放压缩空气。
在燃烧器段16中，压缩空气与燃料混合并且被点燃，以产生被导向涡轮段18的燃气。更具体而言，燃烧器段16包括至少一个燃烧器24，其中燃料，例如，天然气和/或燃油，被注入空气流中，并且燃料-空气混合物被点燃，以产生被导向涡轮段18的高温燃气。
涡轮段18将来自燃气流的热能转化为机械的旋转能量。更具体而言，燃气将旋转能量赋予给联接至涡轮段18内的转子轴22的转子叶片70的至少一个周向排。在示例性的实施例中，转子叶片70的各排之前是涡轮定子导叶72的周向排，所述涡轮定子导叶72的周向排从将燃气引入转子叶片70中的罩壳36径向地向内延伸。转子轴22可联接至负载(未示出)比如，但不限于，发电机和/或机械驱动应用。排放的燃气从涡轮段18向下游流入排气段20。回转式机械10的构件设计成构件80。邻近燃气路径的构件80在回转式机械10的操作期间经受高温。另外地或备选地，构件80包括适当地形成为带有限定于其中的内部通路的任何构件。
图2是示例性的构件80的示意性透视图，其图示为用于与回转式机械10(图1所示)一起使用。构件80包括限定于其中的至少一个内部通路82。例如，冷却流体在回转式机械10的操作期间被提供至内部通路82，用以有助于保持构件80处于热燃气的温度以下。尽管图示了仅仅一个内部通路82，但是应当理解，构件80包括如本文所描述形成的任何合适数量的内部通路82。
构件80是由构件材料78形成的。在示例性的实施例中，构件材料78是合适的镍基超级合金。在备选的实施例中，构件材料78是钴基超级合金、铁基合金和钛基合金中的至少一者。在其它备选的实施例中，构件材料78是使构件80能够如本文所描述形成的任何合适的材料。
在示例性的实施例中，构件80是转子叶片70或定子导叶72的其中之一。在备选的实施例中，构件80是回转式机械10的另一合适的构件，其能够形成为带有如本文所描述的内部通路。在又一其它实施例中，构件80是适当地形成为带有限定于其中的内部通路的用于任何合适应用场合的任何构件。
在示例性的实施例中，转子叶片70，或者备选地定子导叶72，包括压力侧74和相反的吸力侧76。其中各压力侧74和吸力侧76从前缘84延伸至相反的后缘86。另外，转子叶片70，或者备选地定子导叶72，从叶根端88延伸至相反的叶尖端90，限定了叶片长度96。在备选的实施例中，转子叶片70，或者备选地定子导叶72，具有能够形成为带有如本文所描述的内部通路的任何合适的构造。
在某些实施例中，叶片长度96为至少大约25.4厘米(cm)(10英寸)。而且，在一些实施例中，叶片长度96为至少大约50.8cm(20英寸)。在特定的实施例中，叶片长度96在从大约61cm(24英寸)至大约101.6cm(40英寸)的范围内。在备选的实施例中，叶片长度96小于大约25.4cm(10英寸)。例如，在一些实施例中，叶片长度96在从大约2.54cm(1英寸)至大约25.4cm(10英寸)的范围内。在其它备选的实施例中，叶片长度96大于大约101.6cm(40英寸)。
在示例性的实施例中，内部通路82从叶根端88延伸至叶尖端90。在备选的实施例中，内部通路82以任何合适的方式在构件80中延伸，并且延伸至任何合适的程度，使得能够如本文所描述形成内部通路82。在某些实施例中，内部通路82是非线性的。例如，构件80形成为沿着限定在叶根端88和叶尖端90之间的轴线89带有预先限定的扭曲，并且内部通路82具有与轴向扭曲互补的弯曲形状。在一些实施例中，内部通路82定位在沿着内部通路82的长度离压力侧74为大致恒定的距离94处。备选地或另外地，构件80的弦在叶根端88和叶尖端90之间渐缩，并且内部通路82与该渐缩互补地非线性地延伸，使得内部通路82定位在沿着内部通路82的长度离后缘86为大致恒定的距离92处。在备选的实施例中，内部通路82具有非线性的形状，其与构件80的任何合适的轮廓是互补的。在其它备选的实施例中，内部通路82是非线性的并且不同于与构件80的轮廓互补的形状。在一些实施例中，内部通路82具有非线性的形状，其有助于满足用于构件80的预先选定的冷却标准。在备选的实施例中，内部通路82线性地延伸。
在一些实施例中，内部通路82具有基本上圆形的横截面。在备选的实施例中，内部通路82具有基本上卵形的横截面。在其它备选的实施例中，内部通路82具有任何适当形状的横截面，其使得内部通路82能够如本文所描述的那样形成。而且，在某些实施例中，内部通路82的横截面的形状沿着内部通路82的长度是大致恒定的。在备选的实施例中，内部通路82的横截面的形状沿着内部通路82的长度以任何合适的方式变化，所述方式使得内部通路82能够如本文所描述的那样形成。
构件80也包括构件材料78的选择性地变换成分的至少一个区域110。例如，在示例性的实施例中，选择性地变换成分的至少一个区域110包括第一区域112，其中构件材料78的成分被变换，以增强构件材料78的结构强度。例如，在一些实施例中，构件材料78是超级合金，而第一区域112包括构件材料78，其具有超级合金的减小的基本金属含量和至少一种其它组分的含量的成比例的增加。在备选的实施例中，构件材料78是任何合适的合金，并且第一区域112包括构件材料78的任何合适的选择性的成分变换，其增强构件材料78的结构强度。
在示例性的实施例中，第一区域112被限定为邻近内部通路82。例如，内部通路82的非线性的形状和/或非圆形的横截面在构件80中在第一区域112内产生应力集中，并且构件材料78在第一区域112内增强的结构强度有助于构件80满足规定的结构强度标准。在备选的实施例中，第一区域112是构件80的任何合适的区域。
作为另一示例，在示例性的实施例中，选择性地变换成分的至少一个区域110包括第二区域114，其中构件材料78的成分被变换，以降低在构件材料78与其中形成构件80的模具300的模具材料306(图3所示)之间的反应性。例如，在一些实施例中，构件材料78是镍基超级合金，其包括铪作为组分，并且第二区域114包括构件材料78，其具有超级合金的减小的铪含量和至少一种其它组分的含量的成比例的增加。在备选的实施例中，构件材料78是任何合适的合金，并且第二区域114包括构件材料78的任何合适的选择性的成分变换，其降低了在构件材料78与模具材料306之间的反应性。
在示例性的实施例中，第二区域114被限定为邻近构件80的外表面。例如，当构件80形成于模具300中时，构件80的外表面与模具材料306处于接触，在第二区域114中暴露构件材料78以潜在地与模具材料306发生反应。在备选的实施例中，第二区域114是构件80的任何合适的区域。
图3是用于制作构件80(图2所示)的模具组件301的示意性透视图。模具组件301包括关于模具300选择性地定位的格子结构340，和由格子结构340接收的核心324。图4是格子结构340的示意性透视图。图5是用于制作构件80(图2所示)的图案(未示出)的图案模子组件501的示意性透视图。图案模子组件501包括关于图案模子500选择性地定位的格子结构340，和由格子结构340接收的核心324。
参考图2和5，图案模子500的内壁502限定模子模腔504。格子结构340的至少一部分定位在模子模腔504内。内壁502限定对应于构件80外部形状的形状，使得处于可流动的状态的图案材料(未示出)能够被引入模子模腔504中并且固化，以形成构件80的图案(未示出)。核心324由格子结构340关于图案模子500定位，使得核心324的一部分315在模子模腔504内延伸。因此，当图案形成于图案模子500中时，格子结构340和核心324的至少一部分被图案包封。
在某些实施例中，核心324是由核心材料326形成的。在示例性的实施例中，核心材料326是难熔的陶瓷材料，其被选择为耐受与被用于形成构件80的构件材料78的熔融状态相关的高温环境。例如，但没有限制性的是，内核心材料326包括二氧化硅，氧化铝，和富铝红柱石的至少一者。而且，在示例性的实施例中，核心材料326可从构件80被选择性地移除，以形成内部通路82。例如，但不具有限制性的是，核心材料326可通过基本上不降级构件材料78的合适工艺被从构件80移除，比如，但不限于，合适的化学淋滤工艺。在某些实施例中，核心材料326基于与构件材料78的相容性，和/或从构件材料78上的可移除性而选择。在备选的实施例中，核心材料326是使构件80能够如本文所描述的那样形成的任何合适的材料。
格子结构340在模子模腔504内以预先选定的定向被选择性地定位。另外，通道344通过格子结构340限定并且构造成接收核心324，使得当构件80形成于模具300(图3所示)中时，被定位在通道344中的核心324的部分315随后在构件80内限定内部通路82。例如，但不具有限制性的是，通道344通过格子结构340限定为格子结构340中的一系列的开口，它们被对准以接收核心324。
格子结构限定周边342。在某些实施例中，周边342成形为联接抵靠在内壁502上，使得格子结构340被选择性地定位在模子模腔504内。更具体而言，周边342顺应于内壁502的形状，以便关于模子模腔504以预先选定的定向定位和/或保持格子结构340。另外地或备选地，格子结构340在模子模腔504内以任何合适的方式以预先选定的定向被选择性地定位和/或保持，所述方式使得图案模子组件501能够如本文所描述起作用。例如，但不具有限制性的是，格子结构340通过合适的外部固定装置(未示出)关于模子模腔504可靠地定位。
在某些实施例中，格子结构340包括多个互连的伸长的部件346，所述多个互连的伸长的部件346在它们之间限定多个开放空间348。伸长的部件346被设置成提供具有结构强度和刚度的格子结构340，使得当格子结构340在模子模腔504内以预先选定的定向定位时，穿过格子结构340限定的通道344也将核心324以选择的定向定位，以便随后在构件80内限定内部通路82的位置。在一些实施例中，图案模子组件501包括合适的附加的结构，其配置为将核心324以选择的定向保持，比如，但不限于，在图案材料(未示出)被添加至模子模腔504围绕格子结构340和核心324的时候。
在示例性的实施例中，伸长的部件346包括分段的伸长的部件347。分段的伸长的部件347设置成组350，每个组都成形为定位在模子模腔504的相应横截面内。例如，但不具有限制性的是，在一些实施例中，各组350限定周边342的各自的横截面部分，其成形为符合模子模腔504的相应横截面，以保持各组350处于预先选定的定向中。另外，通道344被限定为通过分段的伸长的部件347的各组350，作为被对准以接受核心324的格子结构340中的一系列的开口之一。另外地或备选地，伸长的部件346包括纵梁伸长的部件352。各纵梁伸长的部件352在分段的伸长的部件347的至少两个组350之间延伸，以有助于定位和/或保持各组350处于预先选定的定向中。在一些实施例中，纵梁伸长的部件352进一步限定顺应于内壁502的周边342。另外地或备选地，至少一个组350联接至合适的附加的结构，比如但不限于外部固定装置，其配置为保持组350处于预先选定的定向中，比如，但不限于，在图案材料(未示出)被添加至模子模腔504围绕核心324的时候。
在备选的实施例中，伸长的部件346以使格子结构340能够如本文所描述起作用的任何合适的方式设置。例如，伸长的部件346设置成不均匀的和/或不重复的布置。在其它备选的实施例中，格子结构340是使核心324能够如本文所描述选择性定位的任何合适的结构。
在一些实施例中，多个开放空间348被设置成使得格子结构340的各区域基本上与格子结构340的每个其它区域都处于流连通。因此，当可流动的图案材料被添加至模子模腔504时，格子结构340使图案材料能够流动通过并且围绕格子结构340，以便填充模子模腔504。在备选的实施例中，格子结构340被设置成使得格子结构340的至少一个区域基本上不与格子结构340的至少一个其它区域处于流连通。例如，但不具有限制性的是，图案材料在多个位置被注入模子模腔504中，以有助于围绕格子结构340填充模子模腔504。
参考图2-5，模具300由模具材料306形成。在示例性的实施例中，模具材料306是难熔的陶瓷材料，其被选择为耐受与被用于形成构件80的构件材料78的熔融状态相关的高温环境。在备选的实施例中，模具材料306是使构件80能够如本文所描述的那样形成的任何合适的材料。而且，在示例性的实施例中，模具300是由通过合适的熔模铸造工艺在图案模子500中制作的图案而形成的。例如，但不具有限制性的是，合适的图案材料，比如蜡，被注入围绕格子结构340和核心324图案模子500中，以形成构件80的图案(未示出)，该图案被重复地浸渍进入模具材料306的浆料中，浆料被允许硬化，以产生模具材料306的壳，并且该壳被脱蜡和烧制以形成模具300。在脱蜡之后，因为格子结构340和核心324被至少部分地包封在被用于形成模具300的图案中，所以格子结构340和核心324仍然关于模具300定位，以形成模具组件301，如上所述。在备选的实施例中，模具300是通过使模具300能够如本文所描述起作用的任何合适的方法，由在图案模子500中制作的图案形成的。
模具300的内壁302限定了模腔304。因为模具300是由在图案模子组件501中制作的图案形成的，内壁302限定了对应于构件80的外部形状的形状，使得处于熔融状态的构件材料78能够被引入模腔304中，并且被冷却以形成构件80。应当记得的是，尽管构件80在示例性的实施例中是转子叶片70，或者备选地为定子导叶72，但是，在备选的实施例中，构件80是适当地能够形成为带有限定于其中的内部通路的任何构件，如本文所描述。
另外，格子结构340的至少一部分被选择性地定位在模腔304内。更具体而言，格子结构340关于模腔304定位在预先选定的定向中，其基本上与格子结构340的关于模子模腔504的预先选定的定向相同。另外，核心324仍然定位在穿过格子结构340限定的通道344中，使得当构件80形成于模具300(图3所示)中时，核心324的部分315随后在构件80中限定内部通路82。
在各种实施例中，格子结构340的实施例的其中至少一些前述元件关于模腔304定位，其定位方式对应于在关于图案模子500的模子模腔504的相应实施例中如上所述的那些元件的定位。例如，应当理解，在形成于图案模子500中的图案的去壳(shelling)之后，移除图案材料，并且进行烧制以形成模具组件301，格子结构340的实施例的其中各前述元件关于模腔304定位，就如同它们关于图案模子500的模子模腔504定位一样。
备选地，格子结构340和核心324不嵌入被用于形成模具300的图案中，而是随后关于模具300定位以形成模具组件301，使得，在各种实施例中，周边342，通道344，伸长的部件346，分段的伸长的部件347，多个开放空间348，分段的伸长的部件347的组350，和/或纵梁伸长的部件352，以关于内壁302和模具300的模腔304的关系定位，该关系对应于关于内壁502和模子模腔504的上述关系。
因此，在某些实施例中，周边342被成形为联接抵靠内壁302，使得格子结构340被选择性地定位在模腔304内，并且更具体而言，周边342顺应于用来将格子结构340关于模腔304定位在预先选定的定向中的内壁302的形状。另外地或备选地，伸长的部件346被设置成为格子结构340提供结构强度和刚度，使得，当格子结构340在模腔304内定位在预先选定的定向中时，核心324被保持在选择的定向中，以便随后在构件80内限定内部通路82的位置。另外地或备选地，多个开放空间348被设置成使得格子结构340的各区域与格子结构340的基本上每个其它区域处于流连通。另外地或备选地，分段的伸长的部件347的至少一个组350被成形为定位在模腔304的相应横截面内。例如，但不具有限制性的是，在一些实施例中，各组350限定周边342的相应的横截面部分，该横截面部分成形为符合模腔304的相应横截面。在一些实施例中，纵梁伸长的部件352各自在分段的伸长的部件347的至少两个组350之间延伸，并且，在一些这样的实施例中，有助于定位和/或保持各组350处于预先选定的定向中。而且，在一些这样的实施例中，至少一个纵梁伸长的部件352进一步限定顺应于内壁302的周边342。另外地或备选地，在一些实施例中，至少一个组350联接至合适的附加的结构，比如但不限于外部固定装置，其配置为保持组350处于预先选定的定向中，比如，但不限于，在处于熔融状态的构件材料78被添加至模腔304中围绕内核心324的时候。
在某些实施例中，格子结构340和核心324的至少一者相对于模具300被进一步固定，使得在形成构件80的工艺期间，核心324相对于模具300保持固定。例如，格子结构340和核心324的至少一者被进一步固定，以便在将熔融的构件材料78引入模腔304中围绕核心324的期间，禁止格子结构340和核心324的移动。在一些实施例中，核心324直接地联接至模具300。例如，在示例性的实施例中，核心324的叶尖部分312被刚性地包封于模具300的叶尖部分314中。另外地或备选地，核心324的叶根部分316被刚性地包封于模具300的与叶尖部分314相反的叶根部分318中。例如，但不具有限制性的是，叶尖部分312和/或叶根部分316延伸出图案模子500的模子模腔504之外，并且因此延伸出形成于图案模子500中的图案之外，并且熔模工艺导致模具300包封叶尖部分312和/或叶根部分316。另外地或备选地，邻近周边342的格子结构340以类似的方式直接地联接至模具300。另外地或备选地，格子结构340和核心324的至少一者被相对于模具300以任何其它合适的方式进一步固定，所述方式使得核心324相对于模具300的位置能够在形成构件80的工艺期间保持固定。
在某些实施例中，格子结构340被配置为将核心324支撑于图案模子组件501和/或模具组件301中。例如，但不具有限制性的是，核心材料326是相对脆的陶瓷材料，和/或核心324具有非线性的形状，其对应于内部通路82的选择的非线性的形状。更具体而言，核心324的非线性的形状倾向于使悬置于模子模腔504和/或模腔304内的陶瓷核心324的至少一部分经受张力，从而在图案模子500内形成图案，形成模具组件301(图3所示)，和/或在模具300内形成构件80之前或期间，增加陶瓷核心产生裂纹或破裂的风险。格子结构340配置为在图案形成、熔模铸造和/或构件形成期间至少部分地支撑核心324的重量，从而降低核心324产生裂纹或破裂的风险。在备选的实施例中，格子结构340基本上不支撑核心324。
格子结构340是由第一材料322形成的，所述第一材料322被选择为可被熔融的构件材料78至少部分地吸收。在某些实施例中，第一材料322被选择为使得，在熔融的构件材料78被添加至模腔304并且第一材料322被熔融的构件材料78至少部分地吸收之后，构件材料78的性能在后来的固态状态中是不降级的。列举一个示例而言，构件80是转子叶片70，并且第一材料322由格子结构340的吸收基本上不降低构件材料78的熔点和/或高温强度，使得转子叶片70的性能在回转式机械10的操作期间(图1所示)是不降级的。
因为第一材料322可被处于熔融状态的构件材料78至少部分地吸收，使得在固态状态下的构件材料78的性能基本上不降级，所以，在熔融的构件材料78被引入模腔304中之前，格子结构340不需要被从模具组件301移除。因此，相比于要求用于核心324的定位结构被机械地或化学地移除的方法，在图案模子组件501中使用格子结构340以用来将核心324关于模子模腔504定位，这减少了工艺步骤的数目，并且因此减少了形成具有内部通路82的构件80所要求的时间和成本。
在示例性的实施例中，构件材料78在被引入模腔304之前具有基本上均匀的成分。通过在构件80形成于模具300中时从格子结构340至少部分地吸收第一材料322，在构件80中产生构件材料78的选择性地变换的成分的至少一个区域110，将如本文所述。
在一些实施例中，构件材料78是合金，并且第一材料322是合金的至少一个组分材料。例如，构件材料78是镍基超级合金，并且第一材料322基本上是镍，使得当处于熔融状态的构件材料78被引入模腔304时，第一材料322可被构件材料78基本上吸收。列举另一示例而言，第一材料322包括超级合金的多个组分，它们通常以与超级合金中所发现比例相同的比例而存在，使得减少了在至少一个区域110之外的区域中通过对相对大量的第一材料322的吸收而产生的构件材料78成分的局部变换，该至少一个区域110具有构件材料的选择性变换的成分。
在备选的实施例中，构件材料78是任何合适的合金，并且第一材料322是可被熔融的合金至少部分地吸收的至少一种材料。例如，构件材料78是钴基超级合金，并且第一材料322是钴基超级合金的至少一个组分，比如，但不限于，钴。列举另一示例而言，构件材料78是铁基合金，并且第一材料322是铁基超级合金的至少一个组分，比如，但不限于，铁。列举另一示例而言，构件材料78是钛基合金，并且第一材料322是钛基超级合金的至少一个组分，比如，但不限于，钛。对于另一示例，构件材料78是任何合适的合金，而第一材料322是至少一种材料，该至少一种材料并不是合金的成分，但是能够至少部分地被熔融合金吸收。
在某些实施例中，格子结构340被配置为当处于熔融状态的构件材料78被引入模腔304时被构件材料78基本上吸收。例如，伸长的部件346的厚度被选择为足够小，使得当处于熔融状态的构件材料78被引入模腔304时，在模腔304内的格子结构340的第一材料322基本上被构件材料78吸收。在一些这样的实施例中，第一材料322基本上被构件材料78吸收，使得在构件材料78被冷却之后，没有离散的边界从构件材料78界定格子结构340。而且，在一些这样的实施例中，第一材料322被基本上吸收成使得，在构件材料78被冷却之后，第一材料322基本上均匀地分布在构件材料78中。例如，邻近格子结构340的初始位置的第一材料322的浓度并不可检测地高于构件80中其它位置的第一材料322的浓度。例如，并且没有限制性的是，第一材料322是镍并且构件材料78是镍基超级合金，并且在构件材料78被冷却之后，没有可检测的更高的镍浓度保持邻近于格子结构340的初始位置，导致在形成的构件80的整个镍基超级合金中，镍的分布基本上是均匀的。
在备选的实施例中，伸长的部件346的厚度被选择为使得第一材料322并不是基本上被构件材料78吸收。例如，在一些实施例中，在构件材料78被冷却之后，第一材料322并不是基本上均匀地分布在构件材料78中。例如，每个伸长的部件346中的第一材料322都局部地扩散到邻近相应的伸长的部件346的构件材料78中。作为另一个示例，邻近格子结构340的初始位置的第一材料322的浓度可检测地高于在构件80的其它位置中的第一材料322的浓度。在一些这样的实施例中，第一材料322被构件材料78部分地吸收，使得在构件材料78被冷却之后，离散的边界从构件材料78界定格子结构340。而且，在一些这样的实施例中，第一材料322被构件材料78部分地吸收，使得在构件材料78被冷却之后，格子结构340的至少一部分保持完整。
在一些实施例中，格子结构340包括第一材料322的选择性地变换成分的至少一个区域380，其对应于构件80中的构件材料78的选择性地变换成分的至少一个区域110。更具体而言，当构件80形成于模具300中时，格子结构340的选择性地变换成分的各区域380被熔融的构件材料78局部地吸收，使得区域380中的第一材料322的变换的成分限定了构件80中的构件材料78的选择性地变换的成分的相应区域110。
例如，在示例性的实施例中，第一材料322的选择性地变换成分的至少一个区域380包括第一区域382。当格子结构340至少部分地在模具模腔304内定位在预先选定的定向中时，第一区域382对应于在构件80形成于模具300中之后的第一区域112的位置。更具体而言，在示例性的实施例中，第一区域382被限定为邻近通道344，对应于邻近构件80中的内部通路82的第一区域112的位置。例如，构件材料78是超级合金，并且第一材料322包括超级合金的基本元素。第一材料322在格子结构340的第一区域382中被变换，以包括基本元素的相对减少的比例，和构件材料78的超级合金的至少一种其它组分的增加的比例。因此，在第一区域382被构件材料78至少部分地吸收之后，第一区域112也具有相对减小的基本金属含量和至少一种其它组分的含量的成比例的增加。
在备选的实施例中，第一材料322的选择性地变换的成分的至少一个区域380包括第一材料322，其被变换以包括基本元素的相对增加的比例和至少一种其它组分的含量的成比例的减少。
作为另一示例，在示例性的实施例中，第一材料322的选择性地变换的成分的至少一个区域380包括第二区域384。当格子结构340至少部分地在模具模腔304内定位在预先选定的定向中时，第二区域384对应于在构件80形成于模具300中之后第二区域114的位置。更具体而言，在示例性的实施例中，第二区域384被限定为邻近周边342，对应于邻近构件80的外表面的第二区域114的位置。例如，构件材料78是包括铪作为组分的镍基超级合金，并且第一材料322是镍基超级合金，其具有与构件材料78近似相同比例的铪。第一材料322在格子结构340的第二区域384中被改变，以便相对于构件材料78的成分具有减小的铪含量和至少一种其它组分的含量的成比例的增加。因此，在第二区域384被构件材料78至少部分地吸收之后，第二区域114也具有相对减小的铪含量和至少一种其它组分的含量的成比例的增加。在备选的实施例中，构件材料78是任何合适的合金，其包括可与模具材料306发生反应的任何组分，并且第一材料322在第二区域384中被变换，以便相对于构件材料78的成分而具有至少一种反应性组分的减小的含量和至少一种其它组分的含量的成比例的增加。
在某些实施例中，格子结构340是使用合适的附加制造工艺形成的。例如，格子结构340从第一端362延伸至相反的第二端364，并且格子结构340的计算机设计模型在第一端362和第二端364之间被切片成一系列薄的、平行的平面，使得每个平面内未变换的和变换的第一材料322的分布被限定。计算机数控(CNC)机械根据模型切片将第一材料322的连续层从第一端362至第二端364沉积以形成格子结构340。例如，附加制造工艺被合适地配置以交替沉积多种材料的每一种，并且该交替沉积根据计算机设计模型被合适地控制以产生变换的和未变换的第一材料322在每个层中限定的分布。三个这样的代表性层被表示为层366，368，和370。在一些实施例中，第一材料322的连续层是使用直接的金属激光熔化(DMLM)工艺，直接的金属激光烧结(DMLS)工艺，和选择性的激光烧结(SLS)工艺的至少一者沉积的。另外地或备选地，格子结构340是使用另一合适的附加制造工艺形成的。
在一些实施例中，格子结构340通过附加制造工艺的形成使得格子结构340能够形成为带有变换的第一材料322在选择性地变换成分的至少一个区域380中的分布，以及未变换的第一材料322在格子结构340的其它区域中的分布，这是通过形成格子结构340的其它方法难于产生和/或相对更昂贵地产生的。对应地，格子结构340通过附加制造工艺的形成使得构件80能够形成为具有至少一个区域110,该至少一个区域110具有构件材料78的选择性地变换的成分，该至少一个区域110通过形成构件80的其他方法将是难以产生和/或相对更昂贵地产生的。
备选地，格子结构340是通过组装单独形成的伸长的部件346而形成的。例如，第一多个伸长的部件346是由变换的第一材料322单独地形成的，并且第二多个伸长的部件346是由未变换的第一材料322单独地形成的。第一多个伸长的部件被用于组装选择性地变换成分的至少一个区域380，而第二多个伸长的部件被用于组装格子结构340的其余部分。
在备选的实施例中，格子结构340以任何合适的方式形成，这使得第一材料322的选择性地变换成分的至少一个区域380能够如本文所描述地形成。
在某些实施例中，格子结构340被初始地形成为没有核心324，并且随后和核心324被插入通道344中。然而，在一些实施例中，核心324是相对脆的陶瓷材料，其面临相对较高的发生断裂，产生裂纹，和/或其它损坏的风险。图6是示例性的装护套的核心310的示意性透视图，所述装护套的核心310可被用于代替带有图案模子组件501(图5所示)和模具组件301(图3所示)的核心324，以形成具有限定于其中的内部通路82(图2所示)的构件80。图7是装护套的核心310的沿着图6所示线7-7剖取的示意性的截面图。装护套的核心310包括中空的结构320，和由核心材料326形成并且设置在中空的结构320内的核心324。在这样的实施例中，中空的结构320延伸通过格子结构340，所述格子结构340限定格子结构340的通道344。
在一些实施例中，装护套的核心310是通过用核心材料326填充中空的结构320形成的。例如，但不具有限制性的是，核心材料326作为浆料被注入中空的结构320中，并且核心材料326在中空的结构320中被干燥以形成装护套的核心310。而且，在某些实施例中，中空的结构320实质上结构性地增强核心324，因此减少在一些实施例中与生产，处理，和使用未增强的核心324来形成构件80相关的潜在问题。因此，在一些这样的实施例中，相比于使用未装护套的核心324，形成和运输装护套的核心310比核心324呈现低得多的损坏的风险。类似地，在一些这样的实施例中，相比于使用未装护套的核心324，在图案模子组件501(图5所示)中围绕装护套的核心310形成合适的图案，对包封在中空的结构320中的核心324呈现要低得多的损坏的风险。因此，在某些实施例中，与如果使用未装护套的核心324而非装护套的核心310执行相同的步骤相比，使用装护套的核心310要呈现低得多的故障风险，来产生具有限定于其中的内部通路82的可接受的构件80。因此，装护套的核心310有助于获得与关于模具300定位核心324以限定内部通路82相关的优势，同时减少或消除与核心324相关的脆性问题。
中空的结构320被成形为沿着核心324的长度基本上包封核心324。在某些实施例中，中空的结构320限定总体管状的形状。例如，但不具有限制性的是，中空的结构320由基本上笔直的金属管初始地形成，基本上笔直的金属管被适当地操纵成非线性的形状，比如弯曲的或成角度的形状，如限定内核心324且因此内部通路82的选择的非线性形状所需的那样。在备选的实施例中，中空的结构320限定任何合适的形状，其使内核心324能够如本文所描述限定内部通路82的形状。
在示例性的实施例中，中空的结构320是由第一材料322和也被选择为可被熔融的构件材料78至少部分地吸收的第二材料(未示出)的至少一者形成的。因此，与格子结构340一样，在熔融的构件材料78被添加至模腔304并且第一材料322和/或第二材料被熔融的构件材料78至少部分地吸收之后，构件材料78的性能在后来的固态状态下基本上不降级。因为第一材料322和/或第二材料可被处于熔融状态的构件材料78至少部分地吸收，使得在固态状态下的构件材料78的性能是基本上不降级的，所以，在将熔融的构件材料78引入模腔304之前，不需要从模具组件301移除中空的结构320。在备选的实施例中，中空的结构320是由使装护套的核心310能够如本文所描述起作用的任何合适的材料形成的。
在示例性的实施例中，中空结构320具有壁厚度328，其小于核心324的特征宽度330。特征宽度330在这里被定义为具有与核心324相同的横截面积的圆的直径。在备选的实施例中，中空结构320具有壁厚度328，其并不小于特征宽度330。核心324的横截面的形状在图6和7所示的示例性的实施例中是圆形的。备选地，核心324的横截面的形状对应于内部通路82的横截面的任何合适的形状(图2所示)，其使内部通路82能够如本文所描述起作用。
例如，在某些实施例中，比如，但不限于，在其中构件80是转子叶片70的实施例中，核心324的特征宽度330在从大约0.050cm(0.020英寸)至大约1.016cm(0.400英寸)的范围内，并且中空的结构320的壁厚度328被选择为在从大约0.013cm(0.005英寸)至大约0.254cm(0.100英寸)的范围内。更具体而言，在一些这样的实施例中，特征宽度330在从大约0.102cm(0.040英寸)至大约0.508cm(0.200英寸)的范围内，并且壁厚度328被选择为处于从大约0.013cm(0.005英寸)至大约0.038cm(0.015英寸)的范围内。列举另一示例而言，在一些实施例中，比如，但不限于，其中构件80是固定不动式构件、比如但不限于定子导叶72的实施例中，核心324的特征宽度330大于大约1.016cm(0.400英寸)，和/或壁厚度328被选择为大于大约0.254cm(0.100英寸)。在备选的实施例中，特征宽度330是能够导致内部通路82执行其预期功能的任何合适的值，并且壁厚度328被选择为是使装护套的核心310能够如本文所描述起作用的任何合适的值。
而且，在某些实施例中，在将核心材料326引入中空结构320内以形成装护套的核心310之前，中空结构320被预先形成为对应于内部通路82的选择的非线性的形状。例如，第一材料322是在用核心材料326填充之前相对易于成形的金属材料，因此减少或消除了将核心324单独地形成和/或机加工成非线性形状的需要。而且，在一些这样的实施例中，由中空结构320提供的结构增强使得核心324能够随后以非线性的形状形成和处理，其将难于如同未装护套的核心324一样进行形成和处理。因此，装护套的核心310有助于具有增加了复杂性的弯曲的和/或另外非线性形状的内部通路82的形成，和/或伴随有减少的时间和成本。在某些实施例中，中空结构320被预先形成为对应于内部通路82的非线性的形状，其与构件80的轮廓互补。例如，但不具有限制性的是，构件80是转子叶片70，并且中空结构320被预先形成为与转子叶片70的轴向扭曲和渐缩的至少一者互补的形状，如上所述。
在某些实施例中，中空结构320是使用合适的附加制造工艺形成的。例如，中空结构320从第一端321延伸至相反的第二端323，并且中空的结构320的计算机设计模型在第一端321和第二端323之间被切片成一系列薄的、平行的平面。计算机数控(CNC)机械根据模型切片从第一端321至第二端323沉积第一材料322的连续层，以形成中空结构320。在一些实施例中，第一材料322的连续层是使用直接的金属激光熔化(DMLM)工艺，直接的金属激光烧结(DMLS)工艺，和选择性的激光烧结(SLS)工艺中的至少一者沉积的。另外地或备选地，中空结构320是使用另一合适的附加制造工艺形成的。
在一些实施例中，中空的结构320通过附加制造工艺的形成使中空结构320能够形成为带有通过其它方法不能实现的结构复杂度，精度，和/或可重复性。因此，中空的结构320通过附加制造工艺的形成使沉积在其中的核心324能够以相应地增加的结构复杂度，精度，和/或可重复性相应成形，以及由此而限定的内部通路82的成形。另外，中空的结构320通过附加制造工艺的形成使中空结构320能够使用为材料组合的第一材料322而形成，比如，但不限于，如上所述构件材料78的多个组分。例如，附加制造工艺包括多个材料每一者的交替沉积，并且交替沉积是适当地受控的，以产生具有多个材料每一者的选择比例的中空结构320。在备选的实施例中，中空结构320是以使装护套的核心310能够如本文所描述起作用的任何合适的方式而形成的。
在某些实施例中，核心324的特性，比如，但不限于，核心324的高的非线性度，导致在没有损坏核心324或格子结构340的不可接受的风险的情形下，将单独地形成的核心324，或者单独地形成的装护套的核心310插入预先形成的格子结构340的通道344中将变得困难或不可能。图8是格子结构340的另一示例性的实施例的示意性透视图，格子结构340包括与格子结构340一体地形成，即以同一工艺形成为单个单元的中空结构320。在一些实施例中，与格子结构340一体地形成中空结构320，使核心324能够具有将在其中形成的高的非线性度，因此提供了如上所述的格子结构340和装护套的核心310二者的优势，同时消除了核心324或装护套的核心310后来插入单独地形成的格子结构340中的需要。
更具体而言，在中空结构320和格子结构340一体地形成在一起之后，核心324是通过用核心材料326填充中空结构320形成的。例如，但不具有限制性的是，核心材料326作为浆料被注入中空结构320中，并且核心材料326在中空结构320内被干燥以形成核心324。再一次在某些实施例中，延伸通过格子结构340的中空结构320限定了穿过格子结构340的通道344，并且中空结构320实质上结构上增强核心324，因此减少了在一些实施例中与生产、处理和使用未增强的核心324以形成构件80相关的潜在问题。
在各种实施例中，与中空结构320一体地形成的格子结构340包括与如上所述单独地形成的格子结构340的相应实施例基本上等同的特征。例如，格子结构340可选择性地定位在模子模腔504内的预先选定的定向中。在一些实施例中，格子结构340限定周边342，周边342成形为联接抵靠在图案模子500的内壁502(图5所示)上，使得格子结构340被选择性地定位在模子模腔504内的预先选定的定向中。在一些这样的实施例中，周边342顺应于内壁502的形状，以便将格子结构340关于模子模腔504定位在预先选定的定向中。
在示例性的实施例中，格子结构340和中空结构320每一者都是由第一材料322形成的，第一材料322被选择为可被熔融的构件材料78至少部分地吸收，如上所述。而且，在某些实施例中，格子结构340包括第一材料322的选择性变换成分的至少一个区域380，如上所述。因此，在熔融的构件材料78被添加至模具模腔304(图3所示)并且第一材料322被熔融的构件材料78至少部分地吸收之后，核心324的部分315在构件80内限定内部通路82，并且构件80中的构件材料78的选择性变换成分的至少一个区域110(图2所示)被限定为对应于选择性变换成分的至少一个区域380。例如，在示例性的实施例中，选择性变换成分的至少一个区域380包括如上所述的第一区域382和第二区域384，使得构件80再一次形成为带有如上所述的第一区域112和第二区域114。
因为第一材料322可被处于熔融状态的构件材料78至少部分地吸收使得在固态状态中的构件材料78的性能是不基本上降级的，如上所述，所以，在熔融的构件材料78被引入模腔304中之前，格子结构340和中空结构320不需要被从模具组件301移除。
在一些实施例中，格子结构340和中空结构320的一体形成，使得能够为核心324使用关于图案模子500和/或模具300的一体化定位和支撑结构。而且，在一些实施例中，格子结构340的周边342联接抵靠图案模子500的内壁502和/或模具300的内壁302，以便将格子结构340选择性地定位在正确的定向中，以便有助于核心324分别相对于图案模子500和/或模腔304的相对快速和精确的定位。另外地或备选地，一体地形成的格子结构340和中空结构320，以使图案模子组件501和模具组件301能够如本文所描述起作用的任何合适的方式，而关于图案模子500和/或模具300选择性地定位。
在某些实施例中，格子结构340和中空结构320是使用合适的附加制造工艺一体地形成的。例如，格子结构340和中空结构320的组合从第一端371延伸至相反的第二端373，并且格子结构340和中空结构320的组合的计算机设计模型在第一端371和第二端373之间被切片成一系列薄的、平行的平面，使得每个平面内未变换的和变换的第一材料322的分布被限定。计算机数控(CNC)机械根据模型切片将第一材料322的连续层从第一端371沉积至第二端373，以便同时地形成中空结构320和格子结构340。例如，附加制造工艺被合适地配置以交替沉积多种材料的每一种，并且该交替沉积根据计算机设计模型被合适地控制以产生变换的和未变换的第一材料322在每个层中限定的分布。三个这样的代表性层被表示为层376，378，和379。在一些实施例中，第一材料322的连续层是使用直接的金属激光熔化(DMLM)工艺，直接的金属激光烧结(DMLS)工艺，和选择性的激光烧结(SLS)工艺的至少一者沉积的。另外地或备选地，格子结构340和中空结构320是使用另一合适的附加制造工艺一体地形成的。
在一些实施例中，格子结构340和中空结构320通过附加制造工艺的一体形成，使格子结构340和中空结构320的组合能够以通过其它方法不能实现的结构复杂度，精度，和/或可重复性而形成。而且，格子结构340和中空结构320通过附加制造工艺的一体形成，使中空结构320能够以高的非线性度形成，如果有必要，用以限定相应地非线性的内部通路82，并且同时地由格子结构340来支撑，而没有因需要在随后的单独的步骤中将非线性的核心324插入格子结构340中而强加的设计局限性。在一些实施例中，格子结构340和中空结构320通过附加制造工艺的一体形成，使得能够以相应地增加的结构复杂度，精度，和/或可重复性，来实现周边342和中空结构320的成形，以及因此核心324和内部通路82的定位。另外地或备选地，格子结构340和中空结构320通过附加制造工艺的一体形成，再一次使得格子结构340能够形成为带有变换的第一材料322在选择性变换成分的至少一个区域380中的分布，以及未变换的第一材料322在格子结构340的其它区域中的分布，这是通过其它形成格子结构340的方法所难于产生和/或相对更昂贵地产生的。
在备选的实施例中，格子结构340和中空结构320是以使格子结构340和中空结构320能够如本文所描述起作用的任何合适的方式一体地形成的。
图9是另一示例性的构件80的示意性透视图，其图示为用于与回转式机械10(图1所示)一起使用。构件80再一次由构件材料78形成，并且包括由内壁100限定于其中的至少一个内部通路82。再一次，尽管图示了仅仅一个内部通路82，但是应当理解，构件80包括如本文所描述形成的任何合适数量的内部通路82。
在示例性的实施例中，构件80再一次是转子叶片70或定子导叶72之一，并且包括压力侧74，吸力侧76，前缘84，后缘86，叶根端88，和叶尖端90。在备选的实施例中，构件80是回转式机械10的另一合适的构件，其能够形成为带有如本文所描述的内部通路。在又一其它实施例中，构件80是用于任何合适应用场合的任何构件，其被适当地形成为带有限定于其中的内部通路。
在示例性的实施例中，内部通路82从叶根端88延伸，通过回转近侧叶尖端90，并且回到叶根端88。在备选的实施例中，内部通路82以任何合适的方式在构件80中延伸，并且延伸至任何合适的程度，其使内部通路82能够如本文所描述的那样形成。在一些实施例中，内部通路82具有基本上圆形的横截面。在备选的实施例中，内部通路82具有任何适当形状的横截面，其使得内部通路82能够如本文所描述的那样形成。而且，在某些实施例中，内部通路82的横截面的形状沿着内部通路82的长度是大致恒定的。在备选的实施例中，内部通路82的横截面的形状以使内部通路82能够如本文所描述的那样形成的任何合适的方式，沿着内部通路82的长度而变化。
在某些实施例中，构件80再一次包括构件材料78的选择性变换成分的至少一个区域110。例如，在示例性的实施例中，选择性变换成分的至少一个区域110再一次包括第一区域112和第二区域114，在第一区域112中，构件材料78的成分被变换以增强邻近内部通路82的构件材料78的结构强度，并且在第二区域114中，构件材料78的成分被变换，以降低在构件材料78和邻近构件80外表面的模具300的模具材料306(图3所示)之间的反应性。在备选的实施例中，至少一个区域110包括构件80的任何合适的区域，其具有使构件80能够如其预期目的起作用的构件材料78的任何合适的选择性的成分变换。
图10是用于制作图9所示构件80的另一示例性的模具组件301的示意性切去的透视图。更具体而言，模具300的部分在图10中被切去，使得能够直接地看到模腔304中。模具组件301再一次包括被至少部分地选择性地定位在模腔304内的格子结构340，以及由格子结构340接收的核心324。在某些实施例中，模具300再一次由在例如类似于图案模子组件501(图2所示)的合适图案模子组件中制成的图案(未示出)形成。在备选的实施例中，模具300以使模具组件301能够如本文所描述起作用任何合适的方式而形成。
在某些实施例中，格子结构340再一次包括多个互连的伸长的部件346，在它们之间限定多个开放空间348，并且所述多个开放空间348被设置成使得格子结构340的各区域与格子结构340的基本上每个其它区域处于流连通。而且，在示例性的实施例中，格子结构340再一次包括与格子结构340一体地形成，即以同一工艺形成为单个单元的中空结构320。延伸通过格子结构340的中空结构320再一次限定穿过格子结构340的通道344。在中空结构320和格子结构340一体地形成在一起之后，核心324是用如上所述的核心材料326通过填充中空结构320形成的。
在一些实施例中，格子结构限定周边342，周边342成形为用于通过模具300的开口端319而插入模腔304中，使得格子结构340和中空结构320限定可插入的插盒343，所述插盒343可至少部分地在模腔304内被选择性地定位于预先选定的定向中。例如，但不具有限制性的是，可插入的插盒343通过合适的外部固定装置(未示出)关于模腔304可靠地定位。备选地或另外地，格子结构340限定周边342，周边342进一步成形为联接抵靠在模具300的内壁302上，以便进一步有助于插盒343在模腔304内选择性地定位于预先选定的定向中。
在一些实施例中，格子结构340和中空结构320的一体形成，同可插入的插盒343一样，增加了模具组件301组装的可重复性和精度，并且降低了复杂性和所要求的时间。
在一些实施例中，格子结构340再一次包括第一材料322的选择性变换成分的至少一个区域380，其对应于构件80中的构件材料78的选择性变换成分的至少一个区域110，如上所述。例如，在示例性的实施例中，第一材料322的选择性变换成分的至少一个区域380包括被限定为邻近通道344的第一区域382，其对应于邻近构件80中的内部通路82的第一区域112的位置，以及第二区域384，所述第二区域384被限定为邻近周边342，对应于邻近构件80外表面的第二区域114的位置，如上所述。在备选的实施例中，格子结构340的选择性变换成分的各区域380包括第一材料322，所述第一材料322具有任何适当变换的成分，其在构件80形成于模具300中之后，在构件80的相应的区域110中产生构件材料78的相应的变换的成分。
在示例性的实施例中，格子结构340和中空结构320的每一者再一次由第一材料322形成，该第一材料322被选择为可被熔融的构件材料78至少部分地吸收，如上所述。因此，在熔融的构件材料78被添加至模腔304并且第一材料322和/或第二材料被熔融的构件材料78至少部分地吸收之后，核心324的部分315限定在构件80中的内部通路82，并且构件80中构件材料78的选择性变换成分的至少一个区域110(图2中所示)被限定为对应于选择性变换成分的至少一个区域380。因为第一材料322和/或第二材料可被处于熔融状态的构件材料78至少部分地吸收使得在固态状态中的构件材料78的性能是基本上不降级的，如上所述，所以，在熔融的构件材料78引入模腔304之前，格子结构340和中空结构320不需要被从模具组件301移除。
在某些实施例中，格子结构340和中空结构320再一次是使用合适的附加制造工艺一体地形成的，如上所述。例如，格子结构340和中空结构320的组合的计算机设计模型在第一端371和第二端373之间被切片成一系列薄的、平行的平面，使得每个平面内未变换的和变换的第一材料322的分布被限定，并且计算机数控(CNC)机械根据模型切片将第一材料322的连续层从第一端371沉积至第二端373，以便同时地形成中空结构320和格子结构340。例如，附加制造工艺被合适地配置以交替沉积多种材料的每一种，并且该交替沉积根据计算机设计模型被合适地控制以产生变换的和未变换的第一材料322在每个层中限定的分布。在一些实施例中，第一材料322的连续层是使用直接的金属激光熔化(DMLM)工艺，直接的金属激光烧结(DMLS)工艺，和选择性的激光烧结(SLS)工艺的至少一者沉积的。另外地或备选地，格子结构340和中空结构320是使用另一合适的附加制造工艺一体地形成的。
在一些实施例中，格子结构340和中空结构320通过附加制造工艺的一体形成，再一次使格子结构340和中空结构320的组合能够以通过其它方法不能实现的结构复杂度，精度，和/或可重复性形成，并且使中空结构320能够以高的非线性度形成，如果有必要，以便用以限定相应地非线性的内部通路82，并且使核心324能够被格子结构340同时地支撑。在一些实施例中，格子结构340和中空结构320通过附加制造工艺的一体形成，再一次使格子结构340能够形成为带有变换的第一材料322在选择性地变换成分的至少一个区域380中的分布，以及未变换的第一材料322在格子结构340的其他区域中的分布，这通过形成格子结构340的其他方法是难以产生和/或相对更昂贵地产生的。在备选的实施例中，格子结构340和中空结构320是以使格子结构340和中空结构320所限定的可插入的插盒343能够如本文所描述起作用的任何合适的方式而一体地形成的。
在图11和12的流程图中，图示了形成构件的示例性的方法1100，所述构件比如是构件80，其具有限定于其中的内部通路，比如内部通路82。也参考图1-10，示例性的方法1100包括选择性地定位902格子结构，比如格子结构340，将其至少部分地定位在模具的模腔内，比如模具300的模腔304内。格子结构是由第一材料比如第一材料322形成的。第一材料在格子结构的至少一个区域中具有选择性地变换的成分，诸如选择性变换成分的至少一个区域380。核心，比如核心324，被定位在穿过格子结构限定的通道中，比如通道344中，使得核心的至少一部分，比如部分315，在模腔内延伸。
方法1100也包括，引入1104处于熔融状态中的构件材料，比如构件材料78，进入模腔中，以及在模腔中冷却1106构件材料，以形成构件。至少核心的部分在构件中限定内部通路。
在一些实施例中，引入1104构件材料的步骤包括，引入1108构件材料，使得在格子结构的至少一个区域的每一者中的第一材料的选择性变换的成分限定构件中的构件材料的选择性变换的成分的相应区域，比如构件材料78的选择性变换成分的至少一个区域110。
在某些实施例中，构件材料是合金，并且第一材料包括合金的基本元素，并且选择性地定位1102格子结构的步骤包括，选择性地定位1110这样的格子结构，其包括至少一个区域的第一区域，比如第一区域112，该区域由选择性地变换以包含相对减少的比例的基本元素的第一材料形成。在一些这样的实施例中，选择性地定位1110格子结构的步骤包括，选择性地定位1112这样的格子结构，其包括限定为邻近通道的第一区域。
在一些实施例中，构件材料是合金，并且第一材料包括合金的基本元素，并且选择性地定位1102格子结构的步骤包括，选择性地定位1114这样的格子结构，其包括至少一个区域的第一区域，比如第一区域112，其由选择性地变换以包含相对增加的比例的基本元素的第一材料形成。
在某些实施例中，模具是由模具材料形成的，比如模具材料306，构件材料是包括可与模具材料发生反应的至少一个组分的合金，并且第一材料包括至少一个反应性组分，并且选择性地定位1102格子结构的步骤包括，选择性地定位1116这样的格子结构，其包括至少一个区域的第二区域，比如第二区域114，其由被选择性地变换以包括减小的含量的至少一个反应性组分的第一材料形成。在一些这样的实施例中，选择性地定位1116格子结构的步骤包括，选择性地定位1118这样的格子结构，其包括被限定为邻近格子结构的周边、比如周边342的第二区域。
在一些实施例中，选择性地定位1102格子结构的步骤包括，选择性地定位1120这样的格子结构，其配置为在图案形成、模具的去壳，和/或构件形成的至少一者期间至少部分地支撑核心的重量。
在某些实施例中，选择性地定位1102格子结构的步骤包括，选择性地定位1122这样的格子结构，其包括由中空结构限定的通道，所述中空结构比如是包封核心的中空结构320。在一些这样的实施例中，选择性地定位1122格子结构的步骤包括，选择性地定位1124这样的格子结构，其包括与格子结构一体的中空结构。而且，在一些这样的实施例中，选择性地定位1124格子结构的步骤包括，选择性地定位1126包括周边、比如周边342的格子结构，周边342成形为用于通过模具的开口端、比如开口端319插入模腔中，使得格子结构和中空结构限定可插入的插芯，比如可插入的插芯343。
上述格子结构的实施例提供了用于局部地变换用于铸造构件的构件材料的成分的方法，使得在构件中能够实现材料性能上所选择的局部变化。实施例也提供了用于定位和/或支撑核心的节省成本的方法，所述核心被用于图案模子组件和模具组件中以形成具有限定于其中的内部通路的构件。特别是，格子结构可至少部分地选择性地定位在被用于形成用于构件的图案的图案模子中。随后地或备选地，格子结构可至少部分地被选择性地定位在由图案的去壳形成的模具的模腔内。穿过格子结构限定的通道将核心定位在模具模腔内，以限定在构件中的内部通路的位置。格子结构是由这样的材料形成的，所述材料在格子结构的至少一个区域中具有选择性地变换的成分。当熔融的构件材料被添加至模具时，所述格子被至少部分地吸收，使得格子结构的至少一个区域的每一区域中的第一材料的选择性地变换的成分限定了构件的选择性变换成分的相应的区域。因此，格子结构被选择性地形成，以便局部地改变构件材料的成分，以在构件中实现材料性能的局部变化。格子结构的使用也消除了在铸造构件之前移除核心支撑结构和/或清理模腔的需要。
另外，上述格子结构的实施例提供了用于形成和支撑核心的节省成本的方法。特别是，某些实施例包括由中空结构限定的通道，所述中空结构也由可被熔融的构件材料至少部分地吸收的材料形成。核心设置在中空结构内，使得中空结构对核心提供了进一步结构增强，使得能够可靠地处理和使用核心，例如，但没有限制性的是，所述核心比用于形成具有限定于其中的内部通路的构件的常规核心更长，更重，更薄，和/或更复杂。同样，特别是，在一些实施例中，中空的核心与格子结构一体地形成，以形成单个集成的单元，用于将核心定位和支撑在图案模子中，并且，随后地或备选地，定位和支撑在用于形成构件的模具中。
本文所述的方法、系统和装置的示例性的技术效果包括下列的至少一者：(a)减少或消除与形成、处理、运输和/或储存被用于形成具有限定于其中的内部通路的构件的核心相关的脆性问题；(b)使得能够使用与用于形成用于构件的内部通路的常规核心相比而更长，更重，更薄，和/或更复杂的核心；(c)增加关于用于形成构件的图案模子和模具来定位核心的速度和精确性；和(d)局部地变换用来铸造构件的构件材料的成分，使得能够实现构件中材料性能的选择的局部变化。
如上所述详细地描述了用于图案模子组件和模具组件的格子结构的示例性的实施例。格子结构，和使用这样的格子结构的方法和系统不限于本文描述的特定实施例，而是，系统的构件和/或方法的步骤相对于本文描述的其它构件和/或步骤可独立地和单独地使用。例如，能够结合许多当前被配置为在图案模子组件和模具组件内使用核心的其它应用来执行和使用示例性的实施例。
尽管在一些附图中图示了本公开的各种实施例的特定特征而在另外一些附图中没有图示出，但是，这仅仅是出于方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征而被引用和/或被主张权利。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳实施方式，并且也使得本领域的任何技术人员能够实施这些实施例，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构要素，或者如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这些示例旨在落于权利要求的范围内。
零部件清单
10 回转式机械
12 进气段
14 压缩机段
16 燃烧器段
18 涡轮段
20 排气段
22 转子轴
24 燃烧器
36 罩壳
40 压缩机叶片
42 压缩机定子导叶
70 转子叶片
72 定子导叶
74 压力侧
76 吸力侧
78 构件材料
80 构件
82 内部通路
84 前缘
86 后缘
88 叶根端
89 轴线
90 叶尖端
92 大致恒定的距离
94 大致恒定的距离
96 叶片长度
100 内壁
110 区域
112 第一区域
114 第二区域
300 模具
301 模具组件
302 内壁
304 模腔
306 模具材料
310 装护套的核心
312 叶尖部分
314 叶尖部分
315 部分
316 叶根部分
318 叶根部分
319 开口端
320 中空结构
321 第一端
322 第一材料
323 第二端
324 核心
326 核心材料
328 壁厚度
330 特征宽度
340 格子结构
342 周边
343 插盒
344 通道
346 伸长的部件
347 分段的伸长的部件
348 开放空间
350 组
352 伸长的部件
362 第一端
364 第二端
366 层
368 层
370 层
371 第一端
373 第二端
376 层
378 层
379 层
380 区域
382 第一区域
384 第二区域
500 图案模子
501 图案模子组件
502 内壁
504 模子模腔

Claims (10)

1. 一种用于形成具有限定于其中的内部通路(82)的构件(80)的模具组件(301)，所述构件由构件材料(78)形成，所述模具组件包括：
在其中限定模具模腔(304)的模具(300)；和
选择性地至少部分地定位在所述模具模腔内的格子结构(340)，所述格子结构由第一材料(322)形成，所述第一材料在所述格子结构的至少一个区域(380)中具有选择性地变换的成分，其中穿过所述格子结构限定通道(344)，核心(324)定位在所述通道中，使得所述核心的至少一部分(315)在所述模具模腔内延伸并且当所述构件在所述模具组件中形成时限定所述内部通路。
2.如权利要求1所述的模具组件，其中，所述格子结构的所述至少一个区域的每一个区域在所述构件材料处于熔融状态时都能够被所述构件材料局部地吸收，使得当所述构件在所述模具组件中形成时，所述格子结构的所述至少一个区域的每一个区域中所述第一材料的所述选择性地变换的成分在所述构件中限定所述构件材料的选择性地变换的材料的对应的区域(110)。
3.如权利要求1所述的模具组件，其中，所述构件材料是合金，并且所述第一材料包括所述合金的基本元素，所述格子结构的所述至少一个区域包括第一区域(382)，所述第一区域(382)由所述第一材料选择性地变换以包括相对降低比例的所述基本元素。
4.如权利要求3所述的模具组件，其中，所述第一区域邻近所述通道限定。
5.如权利要求1所述的模具组件，其中，所述模具由模具材料(306)形成，所述构件材料是包括与所述模具材料反应性的至少一种组分，并且所述第一材料包括该至少一种反应性组分，所述格子结构的所述至少一个区域包括第二区域(384)，所述第二区域(384)由所述第一材料选择性地变换以包括所述至少一种反应性组分的减少的含量而形成。
6.如权利要求6所述的模具组件，其中，所述第二区域邻近所述格子结构的周边(342)限定。
7.一种形成具有限定于其中的内部通路(82)的构件(80)的方法(1100)，所述方法包括：
将格子结构(340)至少部分地选择性地定位(1102)在模具(300)的模腔(304)内，其中：
所述格子结构由第一材料(322)形成，所述第一材料具有在所述格子结构的至少一个区域(380)中选择性地变换的成分，以及
定位在穿过所述格子结构限定的通道(344)中的核心(324)，使得所述核心的至少一部分(315)在所述模腔内延伸；
以熔融状态将构件材料(78)引入(1104)所述模腔；以及
在所述模腔中冷却(1106)所述构件材料，以形成所述构件，其中所述核心的至少所述部分限定所述构件内的所述内部通路。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述以熔融状态将构件材料(78)引入(1104)所述模具模腔包括这样引入(1108)所述构件材料，使得所述第一材料在所述格子结构的至少一个区域的每一个区域中的选择性地变换的成分限定所述构件中所述构件材料的选择性地变换的成分的对应的区域(110)。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述构件材料是合金而所述第一材料包括所述合金的基本元素，所述格子结构的所述选择性定位(1102)包括选择性地定位(1110)这样的格子结构，其包括所述至少一个区域的第一区域(382)，所述第一区域(382)由所述第一材料选择性地变换以包括相对减少比例的所述基本元素而形成。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述模具由模具材料(306)形成，所述构件材料是包括与所述模具材料反应性的至少一种组分的合金，并且所述第一材料包括该至少一种反应性组分，所述格子结构的所述选择性地定位(1102)包括选择性地定位(1116)这样的格子结构，其包括至少一个区域的第二区域(384)，所述至少一个区域由所述第一材料选择性地变换以包括减少含量的所述至少一种反应性组分而形成。
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