JP2016117276A - ハイブリッド部品用のハイブリッド積層造形された特徴を用いたハイブリッド積層造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド部品用のハイブリッド積層造形された特徴を用いたハイブリッド積層造形方法を提供する。【解決手段】ハイブリッド積層造形方法は、予備焼結プリフォームベース上に積層造形構造を構築するステップを含み、積層造形構造を構築するステップは、予備焼結プリフォームベースに接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を反復的に互いに溶融させるステップを含み、予備焼結プリフォームベースは初期形状を含む。ハイブリッド積層造形方法は、積層造形構造を含む予備焼結プリフォームベースの初期形状を、積層造形構造を含む変形形状に変形するステップと、変形形状の予備焼結プリフォームベースを部品に接合するステップとをさらに含む。【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は、積層造形に関し、より具体的には、ハイブリッド部品用のハイブリッド積層造形された特徴を用いたハイブリッド積層造形方法に関する。

積層造形工程は、サブトラクティブ製造方法とは対照的に、一般にネット又はニアネット形状を作成するために、１以上の材料の堆積を含む。「ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（積層造形）」は業界標準用語（ＡＳＴＭ Ｆ２７９２）であるが、積層造形は、自由造形、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング／ツーリング等を含む、様々な名称で知られている様々な製造及びプロトタイピング技術を包含する。積層造形技術は、多種多様な材料から複雑な部品を作製することができる。一般に、自立する対象物は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから作製することができる。１つの例示的な積層造形工程は、エネルギービーム、たとえば電子ビーム又はレーザビーム等の電磁放射を用いて粉末材料を焼結又は溶融して、粉末材料の粒子が互いに結合した中実の３次元物体を作成する。種々の材料系、たとえば、エンジニアリングプラスチック、熱可塑性エラストマ、金属、セラミックス等を用いることができる。レーザ焼結又は溶融は、機能プロトタイプ及び工具の迅速な製造のための１つの例示的な積層造形工程である。用途としては、インベストメント鋳造用のパターン、射出成形及びダイカスト用の金型、砂型鋳造用の鋳型及び中子、並びに比較的複雑な部品自体を挙げることができる。設計サイクル中のコンセプトのやり取り及び試験を容易にするためのプロトタイプオブジェクトの製造は、積層造形工程の他の潜在的な用途である。同様に、鋳造又は鍛造を含む他の製造技術の影響を受けにくい内部流路を有するような、より複雑な設計を含む部品を、積層造形方法を用いて製作することができる。

レーザ焼結は、レーザ光を用いて微細な粉末を焼結又は溶融させることにより、３次元（３Ｄ）対象物の製造を参照することができる。特に、焼結は、粉末材料の融点以下の温度で粉末の溶融（凝集）粒子を含むことができ、また溶融は、中実で均質な塊を形成するための粉末の完全に溶融した微粒子を含むことができる。レーザ焼結又はレーザ溶融に関連する物理的プロセスは、粉末材料への熱伝達、及び粉末材料を焼結又は溶融させることを含む。レーザ焼結及び溶融プロセスは、広範な粉末材料に適用することができるが、製造ルートの科学的及び技術的態様、たとえば焼結もしくは溶融速度、及び層の製造プロセス中の微細構造進化に及ぼす処理パラメータの影響は、様々な製造上の問題をもたらす可能性がある。たとえば、この製造方法は、熱、質量及び運動量の移動と、化学反応と、の複数のモードを伴っていてもよい。

レーザ焼結／溶融技術は、具体的には基板（たとえば、造形プレート）上の制御された量の粉末材料（たとえば、粉末金属材料）の上にレーザビームを照射して、その上に溶融した粒子又は融解した材料の層を形成することを含む。しばしば走査パターンと呼ばれる所定の経路に沿って、レーザビームを基板に対して移動させることにより、基板上で２次元（たとえば、「ｘ」及び「ｙ」方向）に層を形成することができ、層の高さ又は厚さ（たとえば、「ｚ」方向）はレーザビーム及び粉末材料パラメータによって部分的に判定される。走査パターンは、スキャンベクトル又はハッチラインとも呼ばれる平行な走査線を含むことができ、隣接する２本の走査線の間の距離は、ハッチ間隔と呼ぶことができ、粉末材料の完全な焼結又は溶融を確実にするのに十分なオーバーラップを達成するために、レーザビームの径よりも小さくすることができる。走査パターンの全部又は一部に沿ってレーザの移動を繰り返すことにより、材料のさらなる層を堆積させ、次いで焼結又は溶融させることを容易にして、３次元対象物を製作することができる。

たとえば、レーザ焼結及び溶融技術は、約１０６４ｎｍ又はその近くで動作するＮｄ：ＹＡＧレーザなどの連続波（ＣＷ）レーザを用いることを含むことができる。このような実施形態は、補修用途に特に適した、或いは完成した対象物を達成するために後続の機械加工作業が可能な、比較的高い材料堆積速度を容易にすることができる。１以上の３次元対象物の製作を容易にするために、その他のレーザ焼結及び溶融技術を代替的又は追加的に利用することができ、たとえば、パルスレーザ、種々のタイプのレーザ、種々の出力／波長パラメータ、種々の粉末材料、又は様々な操作パターンを利用することができる。しかし、３次元対象物のベース形状は、比較的平面的な（たとえば、平坦な）構造に限定される場合がある。そのような形状は、３次元対象物が最終的に接合することができる平坦でない（たとえば湾曲した）部品と整合しない場合がある。

したがって、ハイブリッド部品用のハイブリッド積層造形された特徴を用いた代わりのハイブリッド積層造形方法は、当技術分野で歓迎されるであろう。

米国特許第８５１１９８２号明細書

一実施形態では、ハイブリッド積層造形方法が開示される。ハイブリッド積層造形方法は、予備焼結プリフォームベース上に積層造形構造を構築するステップを含み、積層造形構造を構築するステップは、予備焼結プリフォームベースに接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を反復的に互いに溶融させるステップを含み、予備焼結プリフォームベースは初期形状を含む。ハイブリッド積層造形方法は、積層造形構造を含む予備焼結プリフォームベースの初期形状を、積層造形構造を含む変形形状に変形するステップと、変形形状の予備焼結プリフォームベースを部品に接合するステップとをさらに含む。

別の実施形態では、ハイブリッド積層造形された特徴が開示される。ハイブリッド積層造形された特徴は、初期形状とは異なる変形形状を含む予備焼結プリフォームベースと、予備焼結プリフォームベースに接合された積層造形構造とを含み、積層造形構造は、初期形状にある予備焼結プリフォームベースに接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を互いに溶融させることによって、初期形状にある予備焼結プリフォーム上に構築された。

さらに別の実施形態では、ハイブリッド部品が開示される。ハイブリッド部品は、部品に接合された予備焼結プリフォームベースを含む。予備焼結プリフォームベースは、初期形状とは異なる変形形状を含む。ハイブリッド部品は、予備焼結プリフォームベースに接合された積層造形構造をさらに含み、積層造形構造は、初期形状にある予備焼結プリフォームベースに接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を互いに溶融させることによって、初期形状にある予備焼結プリフォームベース上に構築された。

本明細書に述べる実施形態によって提供されるこれらの特徴及びさらなる特徴は、図面と併せて、以下の詳細な説明からより完全に理解されよう。

図面に示された実施形態は、本質的に例証的且つ例示的なものであって、特許請求の範囲に規定される発明を限定するものではない。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読めば、理解することができる。図面では、類似の構成は類似の符号で示している。

本明細書で図示又は説明する１以上の実施形態によるハイブリッド積層造形方法を示す図である。 本明細書で図示又は説明する１以上の実施形態による、初期形状を含む予備焼結プリフォームベース上の積層造形構造を示す図である。 本明細書で図示又は説明する１以上の実施形態による、形状を変形した後の予備焼結プリフォームベース上の積層造形構造を示す図である。 本明細書で図示又は説明する１以上の実施形態による、部品に接合されたハイブリッド積層造形された特徴の分解図である。 本明細書で図示又は説明する１以上の実施形態によるハイブリッド部品の概略図である。 本明細書で図示又は説明する１以上の実施形態によるハイブリッド部品の斜視図である。

以下で、本発明の１以上の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリング又は設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、たとえばシステム関連及び事業関連の制約条件への対応等実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施毎に異なる可能性があることが理解されるべきである。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。

本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、単数の表現及び「前記」は１以上の要素があることを意味するものである。「備える」、「含む」、及び「有する」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。

ここで図１を参照して、ハイブリッド積層造形方法１００を示す。図２〜図６を参照して、ハイブリッド積層造形方法１００は、一般に、予備焼結プリフォームベース１０上に構築された積層造形構造２０を含むハイブリッド積層造形された特徴５を作製するステップを含むことができ、次に予備焼結プリフォームベース１０は変形形状１２に変形することができる。変形形状１２を有するハイブリッド積層造形された特徴５は、続いて部品３０（たとえば、タービン部品）に接合されて、ハイブリッド部品１を形成することができる。予備焼結プリフォームベース１０を、その上に構築された積層造形構造２０と共に、変形形状１２（たとえば、湾曲した形状）に変形することにより、ハイブリッド積層造形された特徴５を、部品３０の湾曲した又は平坦でない表面３１に接合することができる。ハイブリッド積層造形方法１００は、このように、積層造形された構造２０（たとえば、冷却特徴）を湾曲した又は複雑な部品３０（たとえば、タービン部品）に接合することを容易にすることができる。

具体的には、ハイブリッド積層造形方法１００は、まずステップ１１０において、予備焼結プリフォームベース１０上に積層造形構造２０を構築するステップを含むことができ、積層造形構造２０を構築するステップは、予備焼結プリフォームベース１０に接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を反復的に互いに溶融させるステップを含み、予備焼結プリフォームベース１０は初期形状１１を含む。

予備焼結プリフォームベース１０は、一般に、凝集して、いくらか多孔質の塊を形成するように融点未満の温度で共に焼結されたベース合金及び第２の合金を含む粒子の混合物を含むことができる。粉末粒子の好適な粒径の範囲は、急速な焼結を促進し、予備焼結プリフォーム１２０の多孔性を約１０体積％以下に最小化するために、１５０メッシュ、又は３２５メッシュ以下を含む。いくつかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０の密度は、９０％以上の密度である。さらにいくつかの実施形態では、予備焼結プリフォーム１２０は、９５％以上の密度である。

予備焼結プリフォームベース１０のベース合金は、予備焼結プリフォーム１２０と基板との間の共通の物理的性質を促進するために、基板（たとえば、タービン・バケット・シュラウド１０８）と同様な任意の組成物を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、ベース合金（予備焼結プリフォーム１２０の）及び基板（たとえば、タービン・バケット・シュラウド１０８）は、共通の組成物を共有している（すなわち、それらは同じ種類の材料である）。たとえば、所望の用途及び／又は構築形状に応じて、いくつかの実施形態では、ベース合金は、上述したように、ＭＡＲ−Ｍ−２４７、Ｒｅｎｅ Ｎ４、Ｒｅｎｅ Ｎ５、Ｒｅｎｅ １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、及びＩＮ−７３８などのニッケル系超合金、或いはＭＡＲ−Ｍ−５０９、ＦＳＸ−４１４などのコバルト系超合金を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベース合金の特性は、疲労強度が高いこと、亀裂が起こりにくいこと、耐酸化性、及び／又は機械加工性などの、基板（たとえば、タービン・バケット・シュラウド１０８）との化学的及び冶金的適合性を含む。

いくつかの実施形態では、ベース合金は、部品３０及び／又はそれが接合される積層造形構造２０の溶融温度から約２５°Ｃ以内の融点を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベース合金は、重量％で、約２．５〜１１％のコバルト、７〜９％のクロム、３．５〜１１％のタングステン、４．５〜８％のアルミニウム、２．５〜６％のタンタル、０．０２〜１．２％のチタン、０．１〜１．８％のハフニウム、０．１〜０．８％のモリブデン、０．０１〜０．１７％の炭素、０．０８％までのジルコニウム、０．６０％までのシリコン、２．０％までのレニウム、残りの部分のニッケル、及び付随的な不純物からなる組成範囲を含むことができる。さらにいくつかの実施形態では、ベース合金は、重量％で、約９〜１１％のコバルト、８〜８．８％のクロム、９．５〜１０．５％のタングステン、５．３〜５．７％のアルミニウム、２．８〜２．３％のタンタル、０．９〜１．２％のチタン、１．２〜１．６％のハフニウム、０．５〜０．８％のモリブデン、０．１３〜０．１７％の炭素、０．０３〜０．０８％のジルコニウム、残りの部分のニッケル、及び付随的な不純物からなる組成範囲を含むことができる。

さらにいくつかの実施形態では、ベース合金は、ＭＡＲ−Ｍ−２４７を含むことができる。このようなベース合金は、重量％で、約５９％のニッケル、約１０％のタングステン、約８．２５％のクロム、約５．５％のアルミニウム、約３％のタンタル、約１％のチタン、約０．７％のモリブデン、約０．５％の鉄、及び約０．０１５％のホウ素からなる組成範囲を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベース合金はＭＡＲ−Ｍ−５０９を含むことができる。ベース合金は、重量％で、約５９％のコバルト、約２３．５％のクロム、約１０％のニッケル、約７％のタングステン、約３．５％のタンタル、約０．６％の炭素、約０．５％のジルコニウム、及び約０．２％のチタンからなる組成範囲を含むことができる。

予備焼結プリフォームベース１０のベース合金の組成に関して、具体的な材料及び組成物を本明細書で列挙したが、これらの列挙した材料及び組成物は、例示的なものにすぎず、非限定的なものであって、他の合金を代替的又は追加的に使用できることを理解すべきである。さらに、予備焼結プリフォームベース１０用のベース合金の特定の組成は、部品３０（たとえば、タービンノズル）及び／又は積層造形構造２０に使用される積層造形材料の組成に依存する場合があることを理解すべきである。

上述したように、予備焼結プリフォームベース１０は、第２の合金をさらに含む。第２の合金はまた、基板（たとえば、タービン・バケット・シュラウド１０８）と同様の組成物を有しているが、ベース合金及び第２の合金の粒子の焼結を促進し、部品の融点未満の温度で部品３０への予備焼結プリフォームベース１０の接合を可能にするために、融点降下剤をさらに含有することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、融点降下剤は、ホウ素及び／又はシリコンを含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の合金は、部品３０の結晶粒成長温度又は溶融開始温度より約２５°Ｃ〜約５０°Ｃ低い融点を含むことができる。このような実施形態は、加熱処理中に部品３０の所望の微細構造をより良好に保持することができる。いくつかの実施形態では、第２の合金は、重量％で、約９〜１０％のコバルト、１１〜１６％のクロム、３〜４％のアルミニウム、２．２５〜２．７５％のタンタル、１．５〜３．０％のホウ素、５％までのシリコン、１．０％までのイットリウム、残りの部分のニッケル、及び付随的な不純物からなる組成範囲を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、第２の合金は、市販されているＡｍｄｒｙ ＤＦ４Ｂニッケルろう付け合金を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の合金は、ＷＥＳＧＯセラミックスから市販されているＭＡＲ Ｍ−５０９Ｂを含むことができる。このような第２の合金は、重量％で、約２２．９〜２４．７５％のクロム、９．０〜１１．０％のニッケル、６．５〜７．６％のタングステン、３．０〜４．０％のタンタル、２．６〜３．１６％のホウ素、０．５５〜０．６５％の炭素、０．３〜０．６％のジルコニウム、０．１５〜０．３％のチタン、１．３％までの鉄、０．４％までのシリコン、０．１％までのマンガン、０．０２％までのイオウ、及び残りの部分のコバルトからなる組成範囲を含むことができる。

予備焼結プリフォームベース１０の第２の合金の組成に関して、具体的な材料及び組成物を本明細書で列挙したが、これらの列挙した材料及び組成物は、例示的なものにすぎず、非限定的なものであって、他の合金を代替的又は追加的に使用できることを理解すべきである。さらに、予備焼結プリフォームベース１０用の第２の合金の特定の組成は、部品３０及び／又は積層造形構造２０の積層造形材料の組成に依存する場合があることを理解すべきである。

予備焼結プリフォームベース１０は、ベース合金及び第２の合金の粒子を互いに、及び部品３０の表面３１にウェッティングして接合（たとえば拡散／ろう付け接合）することを確実にするために、十分な融点降下剤を提供するのに十分な任意の相対量のベース合金及び第２の合金を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、第２の合金は、予備焼結プリフォームベース１０の少なくとも約１０重量％を占めることができる。いくつかの実施形態では、第２の合金は、予備焼結プリフォームベース１０の７０重量％を超えることができない。

さらにいくつかの実施形態では、ベース合金は、市販されているＭＡＲ−Ｍ−２４７を含んでもよいし、第２の合金は、市販されているＤＦ４Ｂを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ベース合金は、市販されているＭＡＲ−Ｍ−２４７を含んでもよいし、第２の合金は、市販されているＡＭＳ４７８２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ベース合金は、市販されているＭＡＲ−Ｍ−５０９を含んでもよいし、第２の合金は、ＭＡＲ−５０９Ｂを含んでもよい。このような実施形態では、第２の合金に対するベース合金の比は、約２０％〜１５％の第２の合金に対して約８０％〜８５％のベース合金を含むことができる。或いは、約１０％〜４０％の第２の合金に対して約９０％〜６０％のベース合金となる比を用いることができる。

このような実施形態は、その後の加熱の機械的及び環境特性の起こり得る低下を制限しつつ、十分な量の融点降下剤を提供することができる。さらに、これらの実施形態では、ベース合金は、予備焼結プリフォームベース１０の残りの部分（たとえば、予備焼結プリフォームの約３０重量％〜約７０重量％）を含むことができる。さらにいくつかの実施形態では、ベース合金の粒子が予備焼結プリフォームベース１０の約４０重量％〜約７０重量％を占めて、組成の残りの部分を第２の合金の粒子が占めることができる。ベース合金及び第２の合金の特定の相対的範囲について本明細書で説明したが、これらの範囲は例示的なものにすぎず、非限定的なものであって、上述したように十分な量の融点降下剤が提供されるように、他の任意の相対的な組成を実現することができることを理解すべきである。

本明細書で理解されるように、予備焼結プリフォームベース１０は、積層造形工程を用いて積層造形構造２０構築するための任意の適切な形状を含む任意の初期形状１１を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、初期形状１１は、図２に示すような平面的な（平坦な）表面を含むことができる。

上述したように、ステップ１１０で、積層造形構造２０が予備焼結プリフォームベース上に構築される。積層造形構造２０は、積層造形とも呼ばれる工程において、積層造形材料の複数の層を反復的に互いに溶融することによって構築することができ、少なくとも材料の第１層は予備焼結プリフォームベース１０に接合されている。

本明細書では、「積層造形材料の複数の層を反復的に互いに溶融する」及び「積層造形」は、３次元対象物を生じる任意の工程を指し、一度に一層ずつ対象物の形状を順次形成する工程を含む。積層造形プロセスは、これに限定されないが、粉末材料を反復的に互いに溶融するためにレーザ又は電子ビームなどを用いることによる、粉体層積層造形及び粉体供給積層造形工程を含む。積層造形プロセスとしては、たとえば、３次元印刷、レーザネット形状製造技術、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、選択的レーザ焼結、プラズマ移行型アーク、自由造形などを挙げることができる。積層造形工程の１つの典型的な種類は、レーザビームを用いて粉末材料（たとえば、粉体層プロセスを使用して）を溶融（たとえば、焼結又は融着）させる。積層造形プロセスは、原料として粉末材料又はワイヤを使用することができる。積層造形プロセスは、一般に、複数の薄い単位層を順次積層して物体を製造する、対象物（物品、部品、パーツ、製品等）を製造する迅速な方法に関係することができる。たとえば、粉末材料の層を設けて（たとえば、載置して）、エネルギービーム（たとえば、レーザビーム）を照射することができ、そのようにして各層内の粉末材料の粒子を順次溶融（たとえば焼結又は融着）させて層を固化させることができる。

予備焼結プリフォームベース１０上に構築された積層造形構造２０は、様々な異なる積層造形材料を含むことができる。たとえば、積層造形材料は、レーザビーム又は他のエネルギー源によって溶融（たとえば焼結）することができる任意の材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、積層造形材料は、粉末金属を含むことができる。このような粉末金属は、非限定的な例として、コバルトクロム合金、アルミニウム及びその合金、チタン及びその合金、ニッケル及びその合金、ステンレス鋼、タンタル、ニオブ、或いはこれらの組合せを含むことができる。他の実施形態では、積層造形材料は、粉末セラミック又は粉末プラスチックを含むことができる。いくつかの実施形態では、積層造形材料は、それらの材料のすべて又は一部を整合又は実質的に整合することなどによって、部品３０及び／又は予備焼結プリフォームベース１０に少なくとも部分的に基づいて選択することができる。

ステップ１１０で予備焼結プリフォームベース１０上に構築された積層造形構造２０は、多様な形状及び構成を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、積層造形構造２０は、複数のピン、プレートなどを含むことができる。このような実施形態は、タービン部品のために外部表面から熱を奪うような冷却特徴を提供することができる。いくつかの実施形態では、積層造形構造は、流体流路の１以上の部品などの他の冷却特徴を含むことができる。いくつかの実施形態では、積層造形構造２０は、隣接する他の積層造形構造２０と組み合わされてより大きな特徴を形成することができる、より大きな構造の一部を含むことができる。積層造形構造２０の特定の実施形態について本明細書で説明し図示してきたが、これらは、単に非限定的な例であることを意図しており、追加的な又は代替的な実施形態を実現することもできることを理解すべきである。

引き続き図１及び図２〜図６の例示的な実施形態を参照すると、ハイブリッド積層造形方法１００は、ステップ１２０において、積層造形構造２０を含む予備焼結プリフォームベース１０の初期形状を変形して（力５０を加えるなどにより）、変形形状１２に変形するステップをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、予備焼結プリフォームベース１０は、単に重力によって変形された形状を有することができる。いくつかの実施形態では、ステップ１２０において、形状を変形するために高温と組合せて重力を用いることができる。いくつかの実施形態では、他の任意の追加的又は代替的な力５０を、たとえば、１以上の万力、クランプ、プレス、プレートなどの任意の好適な手段により加えることができる。

さらに、ステップ１２０で初期形状を変形するステップは、予備焼結プリフォームベース１０を初期形状１１とは異なる任意の変形形状１２に変形するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、変形形状１２は、平坦でない表面を含むことができる。たとえば、平坦でない表面は、図３に示すような湾曲した形状を含むことができる。いくつかの実施形態では、変形形状１２は、１つもしくは複数の屈曲、反り、振動、又は実質的に平坦な初期形状１１と比較した場合に他の平坦でないずれを含むことができる。予備焼結プリフォームベース１０は、部品３０の表面３１に実質的に整合する任意の変形形状１２に変形することができ、そのようにして接合前に表面３１に配置することができる。変形形状１２を有する予備焼結プリフォームベース１０及び積層造形構造２０を含む、得られたハイブリッド積層造形された特徴５は、積層造形構造２０が単に平坦な表面を含み、直接接合させた場合よりも、平坦でない表面を有する部品３０との接合をより受けやすくなり得る。

ハイブリッド積層造形方法１００は、ステップ１３０において、変形形状１２の予備焼結プリフォームベース１０を部品３０に接合するステップをさらに含むことができる。

部品３０は、表面３１が湾曲した又は平坦でない形状を含む場合も含めて、予備焼結プリフォームベース１０が接合することができる表面３１を有する任意の種類の部品を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、部品３０は、図６に示すようなノズルなどのタービン部品を含んでもよい。このような部品３０は、ろう付け用途に適した任意の金属又は合金基板を含むことができる。具体的には、本開示は、一般に、ろう付けすることができる任意の金属又は合金部品３０、特に、比較的高い応力及び／又は温度で特徴付けられる環境内で動作する部品に適用することができる。このような部品３０の典型的な例としては、工業用ガスもしくは蒸気タービン又は航空機ガスタービンエンジンなどのタービンの、タービンバケット（ブレード）、ノズル（静翼）、シュラウド、並びにその他の高温ガス経路及び燃焼器部品などのタービン部品が挙げられる。

たとえば、いくつかの実施形態では、部品３０はニッケル系、コバルト系、又は鉄系の超合金を含むことができる。たとえば、部品３０は、Ｒｅｎｅ Ｎ４、Ｒｅｎｅ Ｎ５、Ｒｅｎｅ １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８、及びＭａｒＭ ２４７などのニッケル系超合金、又はＦＳＸ−４１４などのコバルト系超合金を含むことができる。部品３０は、ガス又は蒸気タービン内に存在し得るような比較的高い温度及び応力に耐えるように、等軸の、一方向に凝固した（ＤＳ）、又は単結晶（ＳＸ）の鋳造品として形成することができる。

予備焼結プリフォームベース１０が（大きいハイブリッド積層造形された特徴５の一部として）接合される部品３０の表面３１は、積層造形構造２０が隣接する任意の表面３１を含むことができる。表面３１は、湾曲した表面などの任意の形状の表面を含むことができる。湾曲した表面は、１以上の曲面、ねじれ、振動、又は他の任意の平坦なもしくは平坦でない表面、或いはこれらの組合せを含むことができる。たとえば、湾曲した表面は、３次元形状の翼形部の表面を含むことができる。いくつかの特定の実施形態では、単一の予備焼結プリフォームベース１０を表面３１に適合する形状に変形（たとえば、強制）できるように、表面３１は緩やかに平坦でない表面を含むことができる。

いくつかの特定の実施形態では、積層造形構造２０が１以上の冷却特徴延長部（すなわち、予備焼結プリフォームベース１０から離れるように延在し、熱を奪うことができるピン、壁など）を含む場合を含めて、予備焼結プリフォームベース１０と接合する部品３０の表面３１は、タービン部品３０の内側表面を含むことができる。いくつかのこのような実施形態では、表面３１は、ノズル又は他の翼形部の内側表面を含むことができる。特定の表面３１、表面３１の位置、表面３１の形状、及び表面３１を含む部品３０について本明細書で提示してきたが、これらは単に非限定的な例であることを意図していると理解すべきであって、それに加えて、又はその代わりに、複数の他の表面３１及び部品３０を本開示の範囲で実現することができる。

予備焼結プリフォームベース１０を部品３０の表面３１に接合するためにステップ１３０で加えられた熱は、続いて予備焼結プリフォームベース１０のベース合金を固化させて部品３０と接合させるように予備焼結プリフォームベース１０の第２の合金を少なくとも部分的に溶融することなどによって、材料を互いに接合（たとえば、ろう付け、ボンディングなど）するための、任意の好適な温度、熱源は、繰り返し、ランプ速度、保持時間、周期、及び任意の他の関連するパラメータを含むことができる。

たとえば、いくつかの実施形態では、接合工程を容易にするために、炉内の非酸化性雰囲気、並びに予備焼結プリフォームベース１０及び／又は部品３０への圧力を誘起する方法を提供することができる。非酸化性雰囲気を得るために、約０．０６７パスカル（Ｐａ）（０．５ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ）以下の圧力の真空を炉内で形成することができる。炉は、約１４°Ｃ／分（２５°Ｆ／分）の速度で、約６５０°Ｃ（１２００°Ｆ）に加熱することができる。約６５０°Ｃ（１２００°Ｆ）に達すると、この温度を約３０分間維持することができる。それから、炉の温度を約１４°Ｃ／分（２５°Ｆ／分）の速度で約９８０°Ｃ（１８００°Ｆ）に上昇させることができる。約９８０°Ｃ（１８００°Ｆ）に達すると、この温度を約３０分間維持することができる。それから、炉の温度を約１９°Ｃ／分（３５°Ｆ／分）の速度で約１２０４〜１２１８°Ｃ（２２００〜２２２５°Ｆ）に上昇させることができる。約１２０４〜１２１８°Ｃ（２２００〜２２２５°Ｆ）に達すると、この温度を約２０分間維持することができる。さらにいくつかの実施形態では、冷却サイクルのサブステップは、予備焼結プリフォーム１２０及び基板（たとえば、タービン・バケット・シュラウド１０８）を内部に有するろう付炉を約１１２０°Ｃ（２０５０°Ｆ）に制御冷却し、その温度を約６０分間維持するステップを含むことができる。それから、炉を約８１５°Ｃ（１５００°Ｆ）までさらに冷却することができる。最後に、炉を続けてほぼ室温まで冷却することができる。具体的な温度、時間、及びランプ速度を本明細書に開示しているが、これらは例示的であり、非限定的であることを意図していることを理解すべきである。

変形形状１２の予備焼結プリフォームベース１０を部品３０の表面３１に接合した結果として、図５及び図６に示すように、ハイブリッド積層造形された特徴５を部品３０に接合して、全体的なハイブリッド部品１を形成することができる。積層造形構造２０を直接表面上に構築することがアクセス空間などによって制限され得る場合、或いは、積層造形構造２０を平面プレートに接合しても、そのプレートを湾曲した部品３０に接合することができなかった場合であっても、ハイブリッド部品１は、部品３０の平坦でない表面３１に接合された積層造形構造２０を含むことができる。たとえば、他の積層造形方法が平坦な表面に特徴を構築することを容易にすることしかできず、その平坦な表面を平坦でない表面に適合させ接合することができなかった場合に、本明細書に開示されたハイブリッド積層造形方法は、延性のある予備焼結プリフォーム上に特徴を構築して、予備焼結プリフォームを平坦でない表面に適合させ接合することができる。

ハイブリッド部品１は、本明細書で説明したタービン部品の１以上などの様々なタイプの部品をさらに含むことができる。たとえば、ハイブリッド部品１は、タービン部品を含むことができ、予備焼結プリフォームベース１０上に構築された（その後、部品３０自体に接合される）積層造形構造２０が冷却ピン、壁などにより１以上の冷却特徴を提供する。このような冷却特徴は、部品３０の外側表面から熱を奪うことを助け、部品３０を指定された動作温度範囲に維持することを助けることができる。具体的な部品及び特徴について本明細書で開示したが、これらの実施形態は非限定的な例であることを意図しており、付加的又は代替的な構成も実現できることを理解すべきである。

本発明について限られた数の実施形態にのみ関連して詳述しているが、本発明がこのような開示された実施形態に限定されないことが直ちに理解されるべきである。むしろ、これまでに記載されていない任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を組み込むために、本発明を修正することができ、それらは本発明の趣旨と範囲に相応している。さらに、本発明の様々な実施形態について記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態の内のいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付した特許請求の範囲によって限定されるだけである。

１ ハイブリッド部品
５ ハイブリッド積層造形された特徴
１０ 予備焼結プリフォームベース
１１ 初期形状
１２ 変形形状
２０ 積層造形構造
３０ 部品
３１ 表面
５０ 力
１００ ハイブリッド積層造形方法
１０８ タービン・バケット・シュラウド
１１０ ステップ
１２０ ステップ
１３０ ステップ

Claims (20)

1. 予備焼結プリフォームベース（１０）上に積層造形構造（２０）を構築するステップ（１１０）であって、予備焼結プリフォームベース（１０）に接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を反復的に互いに溶融させるステップを含み、予備焼結プリフォームベース（１０）は初期形状（１１）を含む、積層造形構造（２０）を構築するステップ（１１０）と、
   積層造形構造（２０）を含む予備焼結プリフォームベース（１０）の初期形状（１１）を、積層造形構造（２０）を含む変形形状（１２）に変形するステップ（１２０）と、
   変形形状（１２）の予備焼結プリフォームベース（１０）を部品（３０）に接合するステップ（１３０）と
   を含むハイブリッド積層造形方法（１００）。
2. 初期形状（１１）は、平坦な表面（３１）を含む、請求項１に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
3. 変形形状（１２）は、平坦でない表面（３１）を含む、請求項１に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
4. 平坦でない表面（３１）は、湾曲した表面（３１）を含む、請求項３に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
5. 変形形状（１２）の予備焼結プリフォームベース（１０）を部品（３０）に接合するステップ（１３０）は、予備焼結プリフォームベース（１０）を部品（３０）の湾曲した表面（３１）に接合するステップを含む、請求項１に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
6. 部品（３０）は、タービン部品を含む、請求項１に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
7. タービン部品は、ノズルを含み、
   変形形状（１２）の予備焼結プリフォームベース（１０）をノズルに接合するステップは、予備焼結プリフォームベース（１０）をノズルの内部表面に接合するステップを含む、請求項６に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
8. 積層造形構造（２０）は、１以上の冷却特徴延長部を含む、請求項１に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
9. 複数の積層造形材料層を反復的に互いに溶融させるステップは、粉体層積層造形工程を用いるステップを含む、請求項１に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
10. 予備焼結プリフォームベース（１０）は混合物を含み、混合物は、混合物の約３０重量パーセント〜約９０重量パーセントを構成するベース合金と、ベース合金より低い溶融温度を有するのに十分な量の融点降下剤を含む第２の合金とを含む、請求項１に記載のハイブリッド積層造形方法（１００）。
11. 初期形状（１１）とは異なる変形形状（１２）を含む予備焼結プリフォームベース（１０）と、
    予備焼結プリフォームベース（１０）に接合された積層造形構造（２０）とを含み、
    積層造形構造（２０）は、初期形状（１１）にある予備焼結プリフォームベース（１０）に接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を互いに溶融させることによって、初期形状（１１）にある予備焼結プリフォームベース上に構築された、ハイブリッド積層造形された特徴（５）。
12. 変形形状（１２）は、平坦でない表面（３１）を含む、請求項１１に記載のハイブリッド積層造形された特徴（５）。
13. 初期形状（１１）は、平坦な表面（３１）を含む、請求項１２に記載のハイブリッド積層造形された特徴（５）。
14. 平坦でない表面（３１）は、湾曲した表面（３１）を含む、請求項１２に記載のハイブリッド積層造形された特徴（５）。
15. 積層造形構造（２０）は、１以上の冷却特徴延長部を含む、請求項１１に記載のハイブリッド積層造形された特徴（５）。
16. 部品（３０）に接合され、初期形状（１１）とは異なる変形形状（１２）を含む予備焼結プリフォームベース（１０）と、
    予備焼結プリフォームベース（１０）に接合された積層造形構造（２０）とを含み、
    積層造形構造（２０）は、初期形状（１１）にある予備焼結プリフォームベース（１０）に接合された積層造形材料の第１層を少なくとも有する複数の積層造形材料層を互いに溶融させることによって、初期形状（１１）にある予備焼結プリフォームベース（１０）上に構築された、ハイブリッド部品（１）。
17. 変形形状（１２）は、平坦でない表面（３１）を含む、請求項１６に記載のハイブリッド部品（１）。
18. 部品（３０）は、タービン部品を含む、請求項１６に記載のハイブリッド部品（１）。
19. タービン部品は、ノズルを含み、
    予備焼結プリフォームベース（１０）は、ノズルの内部表面に接合される、請求項１８に記載のハイブリッド部品（１）。
20. 積層造形構造（２０）は、１以上の冷却特徴延長部を含む、請求項１６に記載のハイブリッド部品（１）。