JP2020501905A - 鋳造部品を製造するための印刷された管を有する一体式鋳造コア−シェル構造 - Google Patents

鋳造部品を製造するための印刷された管を有する一体式鋳造コア−シェル構造 Download PDF

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Abstract

本開示は、概して、金属鋳造後のコア部のための浸出経路を提供する、タービンブレード又はステータベーンの表面上の冷却穴パターンに対応するフィラメント構造を提供する一体式コアシェルインベストメント鋳型に関する。本発明はまた、例えば鋳型のコア先端部において、浸出経路を補うために使用することができるコアフィラメントに関する。

Description

本開示は一般にインベストメント鋳造コア−シェル型部品及びこれらの部品を利用するプロセスに関する。本発明に従って製造されたコア−シェル型は、鋳造品の内部領域の少なくとも一部を画定するために使用される一体式中空セラミックコア管を含む。タービンブレードの場合、管は内側コア領域を画定してもよく、及び／又はタービンブレードに冷却穴を生成するためのセラミックコアフィラメントの一部を画定してもよい。コアとシェルとの間に十分なセラミックフィラメントを使用して、コアの蛇行のための浸出経路を探し出しかつ提供することはまた、ボールろう付けシュートを排除することを可能にする。先端プレナムコアとシェルとの間にセラミックフィラメントを設けて、浮動する先端プレナムを支持し、従来式の先端ピンの必要性、及びその後のろう付けによる閉鎖をなくし得る。一体式コア−シェル型は、ジェット航空機のエンジン又は発電用タービンの部品用のタービンブレード及びステータベーンを製造するために使用される超合金の鋳造などの鋳造作業において有用な特性を提供する。
現代の多くのエンジン及び次世代のタービンエンジンは、入り組んだ複雑な形状を有する部品及び部分を必要とし、それらは新しいタイプの材料及び製造技術を必要とする。エンジンの部分及び部品を製造するための従来の技術は、面倒なインベストメントプロセス又はロストワックス鋳造を含む。インベストメント鋳造の一例は、ガスタービンエンジンに使用される典型的なロータブレードの製造を含む。タービンブレードは通常、エンジン内での作動中に加圧冷却空気を受けるための少なくとも１つ又は複数の入口を有しブレードのスパンに沿って延びる、半径方向のチャネルを有する中空エアロフォイルを含む。ブレード内の様々な冷却通路は通常、前縁と後縁との間のエアロフォイルの中央に配置された蛇行チャネルを含む。エアロフォイルは通常、加圧冷却空気を受けるためにブレードを通って延びる入口を含み、これはエアロフォイルの加熱された側壁と内部冷却空気との間の熱伝達を増大させるための短いタービュレータリブ又はピンなどの局所的特徴を含む。
典型的には高強度超合金金属材料からのこれらのタービンブレードの製造は、図１に示される多数の工程を含む。第１に、タービンブレードの内側に望まれる複雑な冷却通路に適合するように精密なセラミックコアが製造される。そのエアロフォイル、プラットフォーム、及び一体式ダブテールを含むタービンブレードの正確な３次元外面を画定する精密なダイ又は型も作成される。このような型の構造の概略図を図２に示す。セラミックコア２００は、ブレードの生じる金属部分を画定する、間に空間又は空隙を形成する２つのダイの半分の内側に組み立てられる。ワックスが、組み立てられたダイに注入されて空隙を充填し、その中に封入されたセラミックコアを取り囲む。２つのダイの半分は分割され、成形されたワックスから除去される。成形ワックスは、所望のブレードの正確な構成を有し、次いでセラミック材料で被覆されて周囲のセラミックシェル２０２を形成する。その後、ワックスが溶融されてシェル２０２から除去され、セラミックシェル２０２と内部セラミックコア２００及び先端プレナム２０４との間に対応する空隙又は空間２０１が残る。次いで、溶融した超合金金属をシェル内に注ぎ込み、その中の空隙を充填し、シェル２０２内に収容されているセラミックコア２００及び先端プレナム２０４を再び封入する。溶融した金属を冷却して凝固させ、次いで外部シェル２０２並びに内部コア２００及び先端プレナム２０４を適切に取り外して、内部冷却通路が見られる所望の金属タービンブレードを残す。浸出プロセスを介してセラミックコアの材料を除去するための経路を提供するために、ボールシュート２０３及び先端ピン２０５が設けられ、これらは浸出するとタービンブレード内にボールシュート及び先端穴を形成し、これは後にろう付けして閉鎖しなければならない。
鋳造タービンブレードは、次いでガスタービンエンジンでの運転中にエアロフォイルの外面に保護用冷却空気膜又はブランケットを形成する、内部に導かれた冷却空気のための出口を設けるため、所望するような、エアロフォイルの側壁を通るフィルム冷却穴の適切な列の穿ｒなど、ただしそれらに限定されない追加の鋳造後の修正を受け得る。タービンブレードがセラミックの型から取り外された後、セラミックコア２００のボールシュート２０３は、鋳造タービンブレードの内部空隙を通る所望の空気の通路を設けるために後でろう付け閉鎖される通路を形成する。しかし、これらの鋳造後の修正は制限され、タービンエンジンの複雑さが増すこと、及びタービンブレード内の特定の冷却回路の認識される効率性を考慮すると、より入り組んだ複雑な内部形状が必要とされる。インベストメント鋳造ではこれらの部品を製造することができるが、これらの従来の製造プロセスを使用して製造するには、位置の精度及び入り組んだ内部形状はより複雑なものになる。したがって、入り組んだ内部空隙を有する三次元部品のための改良された鋳造方法を提供することが望まれる。
セラミックコア−シェル型を製造するために３Ｄ印刷を使用する方法は、Ｒｏｌｌｓ−Ｒｏｙｃｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第８，８５１，１５１号明細書に記載されている。型を製造する方法は、マサチューセッツ工科大学に譲渡された米国特許第５，３８７，３８０号明細書に開示されているものなどの粉体層セラミック法、及び３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃに譲渡された米国特許第５，２５６，３４０号明細書に開示されているものなどの選択的レーザ活性化（ＳＬＡ）を含む。特許‘１５１号によるセラミックコア−シェル型は、これらのプロセスの印刷分解能によって制限されている。図３に示すように、一体式コア−シェル型のコア部３０１とシェル部３０２とは、型の下縁に設けられた一連の結合構造体３０３を介して一緒に保持されている。特許‘１５１号では、短いシリンダによって接合された千鳥状の垂直キャビティを含む冷却通路が提案されている。その長さはその直径とほぼ同じである。次いで、超合金タービンブレードが、特許‘１５１号に開示されている既知の技術を使用してコア−シェル型内に形成される。また、それは参照により本明細書に組み込まれる。タービンブレードがこれらのコア−シェル型のうちの１つの中に鋳造された後、型は取り去られて、鋳造超合金タービンブレードが現れる。
鋳造プロセスの最終的な製造物において細部のキャスティング特徴を提供することができる、より高分解能の方法を利用して製造されたセラミックコア−シェル型を製造する必要性が依然としてある。
一実施形態では、本発明は、コアとシェルとを有するセラミックの型の製造方法に関する。（ａ）加工物の硬化部分を液状セラミックフォトポリマーと接触させる工程、（ｂ）液状セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して硬化部分に隣接する液状セラミックフォトポリマーの一部を照射する工程、（ｃ）未硬化の液状セラミックフォトポリマーから加工物を取り出す工程、及び（ｄ）セラミックの型が形成されるまで工程、（ａ）〜（ｃ）を繰り返す工程を含み、セラミックの型が、（１）コア部とシェル部であって、コア部とシェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティが、鋳造及びセラミックの型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、型の取り外しによって鋳造部品における穴を画定し、フィラメントの少なくとも一部及び／又はコア部は、中空管の形状をしている複数のフィラメントを含む、方法である。工程（ｄ）の後、本プロセスは、液状金属を鋳造用の型に注ぎ込み、液状金属を凝固させて鋳造部品を形成することを含む工程（ｅ）をさらに含み得る。工程（ｅ）の後、本プロセスは、鋳造部品から型を取り外すことを含む工程（ｆ）をさらに含むことができ、この工程は、好ましくは、機械的な力と化学的な浸出の組み合わせを含む。
別の態様では、本発明は鋳造部品の製造方法に関する。この方法は、セラミック鋳型に液状金属を注入し、液状金属を凝固させて鋳造部品を形成する工程であって、セラミック鋳型が、（１）コア部とシェル部であって、コア部とシェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティが、セラミックの型の鋳造及び取り外しの際に鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、型を取り外すと、鋳造部品における穴を画定し、フィラメントの少なくとも一部及び／又はコア部は、中空管の形状をしている複数のフィラメントと、を含む、工程及びフィラメントにより設けられる鋳造部品の穴を通してセラミックコアの少なくとも一部を浸出させることによって、鋳造部品からセラミック鋳型を取り外す工程を含む。
一態様では、鋳造部品はタービンブレード又はステータベーンである。好ましくは、タービンブレード又はステータベーンは、例えば航空機エンジン又は発電におけるガスタービンエンジンに使用される。タービンブレード又はステータベーンは、好ましくは、上述のセラミックフィラメントによって画定された冷却穴のパターンを有する単結晶鋳造タービンブレード又はステータベーンである。好ましくは、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、フィラメントがコア部とシェル部とを接合し、フィラメントは０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有する。
冷却穴のパターンを形成するために使用される多数のフィラメントは、先端コアを支持するのに十分な強度を付与し得る。先端フィラメントが先端プレナムコアを支持するように作られている場合、それらはより大きく、すなわち２ｍｍ２より大きい断面積で作られてもよく、はるかに少ない数のフィラメント、又は単一のフィラメントが使用されてもよい。ただし、２〜４本のこれらよりも大きなフィラメントが、望ましい数である。鋳造後、フィラメントの結果として先端プレナム側壁に残っているいずれかの穴又はノッチをろう付けして閉じるか、タービンブレード又はステータベーン設計に組み込むか、フィラメントを部品の仕上げ加工された形状の外側に配置して、このことに対する必要性を防止することができる。
別の態様において、本発明は、（１）コア部とシェル部であって、コア部とシェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティが、鋳造及びセラミックの型の取り外しの際に鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、型の取り外しによって鋳造部品における穴を画定し、フィラメントの少なくとも一部及び／又はコア部は、中空管の形状をしている複数のフィラメントとを有するセラミック鋳型に関する。好ましくは、鋳造部品はタービンブレード又はステータベーンであり、コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントは、型の取り外しによってタービンブレードに複数の冷却穴を画定する。好ましくは、コア部とシェル部を接合する複数のフィラメントは、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有する。セラミックは、光重合セラミック又は硬化光重合セラミックであり得る。
従来のインベストメント鋳造の工程を示す流れ図である。 従来のプロセスで製造されたボールシュート付きコア−シェル型の従来の方式の例を示す概略図である。 コア部とシェル部とを結ぶ結合部を伴う、先行技術の一体式コア−シェル型の斜視図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 図７のＡ−Ａ線に沿った概略断面図を示す。 コア部とシェル部とを接続する中空フィラメントを有する一体式コア−シェル型の側面図を示す。 鋳造金属で充填された図９の一体式コア−シェル型を示す。 本発明の実施形態による、一体式コア−シェル型の側面図を示す。 本発明の実施形態による、超合金充填一体式コア−シェル型の側面図を示す。 本発明に従って製造された鋳造タービンブレードを示す。
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、本明細書で説明される概念が実施され得る唯一の構成を表すことは、意図されていない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解をもたらす目的のための特定の詳細を含む。しかし、これらの概念がこれらの具体的な詳細なしに実施されてもよいことは当業者に明らかである。例えば、本発明は鋳造金属部品、好ましくはジェット航空機エンジンの製造に使用される鋳造金属部品を製造するための好ましい方法を提供する。具体的には、タービンブレード、ベーン、及びシュラウド部品などの単結晶ニッケルベースの超合金鋳造部品の製造は、本発明に従って有利に製造することができる。しかし、他の鋳造金属部品は本発明の技術及び一体式セラミックの型を用いて製造することができる。
一体式コア−シェル型を製造するための公知の従来のプロセスは、完成したタービンブレードに噴散冷却穴を生じるのに十分小さいサイズ及び量の、型のコア部とシェル部との間に延びるフィラメントを印刷するのに必要な微細な分解能を欠いているということを、本発明者らは認識した。マサチューセッツ工科大学に譲渡された米国特許第５，３８７，３８０号明細書に開示されているものなどの初期の粉体層法の場合、粉体層リコータアームの作用が、鋳造部分の噴散冷却穴のパターンをもたらす、コアとシェルの間に延びる十分に細かいフィラメントの形成を妨げる。トップダウン照射技術を使用する３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許第５，２５６，３４０号明細書に開示されているものなどの選択的レーザ活性化（ＳＬＡ）などの他の既知の技術は、本発明による一体式コア−シェル型の製造に利用することができる。しかし、これらのシステムの利用可能な印刷の分解能は、鋳造の最終的な製造物において有効な冷却穴として役立てるのに十分に小さいサイズのフィラメントを製造する能力を著しく制限する。
本発明者らは、本発明の一体式コア−シェル型を、直接光処理（ＤＬＰ）を用いて製造できることを見出した。ＤＬＰは、ポリマーの光硬化が樹脂のタンクの底部の窓を通して行われるという点で上記の粉体層法及びＳＬＡ法と異なり、それはプロセスが行われるにつれて持ち上げられる構築プラットフォーム上に光を投影する。ＤＬＰで、硬化したポリマーの全層が同時に製造され、レーザを用いてパターンを走査する必要性が排除される。さらに、下にある窓と造られる物体の最後の硬化層との間で、重合が起こる。下にある窓は、別個の支持構造を必要とせずに材料の細いフィラメントを製造することを可能にする支持を提供する。言い換えれば、造形物の２つの部分を橋渡しする材料の細いフィラメントを製造することは困難であり、従来技術において典型的に回避されていた。例えば、本願の背景技術の項で上述した特許‘１５１は、短いシリンダに接続された垂直プレート構造を使用し、その長さはそれらの直径のオーダーであった。特許‘１５１に開示された粉体層及びＳＬＡの技術は、垂直に支持されたセラミック構造を必要とし、この技術はフィラメントを確実に製造することが不可能であるという事実により、互い違いの垂直キャビティが必要とされる。さらに、粉体層内にある利用可能な分解能は１／８インチ程度であり、従来式の冷却穴の製造は実用的ではない。例えば、円形の冷却穴は一般に、３．２ｍｍ２未満の冷却穴の面積に対応する２ｍｍ未満の直径を有する。いくつかのボクセルから穴を製造する必要性を考えると、そのような寸法の穴の製造により、実際の穴のサイズをはるかに下回る分解能が必要となる。この分解能は、粉体層法では単純に利用できない。同様に、ステレオリソグラフィーは、支持の欠如及びレーザの散乱に伴う分解能の問題のために、そのようなフィラメントを製造するその能力において、制限されている。しかし、ＤＬＰがフィラメントの全長を露出させ、それを窓と構築板の間にて支持するという事実により、コアとシェルとの間の全長に亘って十分に細いフィラメントを製造して、所望の冷却穴部分を有するセラミックの物体を形成することが可能になる。粉体層及びＳＬＡを使用してフィラメントを製造することができるが、上述のように十分に細いフィラメントを製造するそれらの能力は限られている。
１つの適切なＤＬＰプロセスは、Ｉｖｏｃｌａｒ Ｖｉｖａｄｅｎｔ ＡＧ及びＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ Ｗｉｅｎに譲渡された米国特許第９，０７９，３５７号明細書、並びに国際公開第２０１０／０４５９５０号パンフレット及び米国特許出願公開第２０１１３１０３７０号明細書に開示されている。その各々は参照により本明細書に組み込まれ、図４〜図８を参照しながら後述される。装置は、露光ユニット４１０の少なくとも一部を覆う少なくとも１つの半透明底部４０６を有するタンク４０４を含む。露光ユニット４１０は光源及び変調器を含み、それによって制御ユニットの制御下で強度を位置選択的に調整することができ、現在底部に形成されている層にとって望ましい幾何学的形状の露光フィールドをタンク底部４０６に生成する。代替として、レーザを露光ユニットに使用することができ、その光ビームは、制御ユニットによって制御される可動ミラーによって、所望の明度のパターンで露光フィールドを連続的に走査する。
露光ユニット４１０の反対側には、製造プラットフォーム４１２がタンク４０４の上方に設けられている。露光ユニット４１０の上方の領域でタンク底部４０６の上に高さ調整可能な方法で保持されるように、それは持ち上げ機構（図示せず）によって支持される。製造プラットフォーム４１２は、同様に透明又は半透明にして、光を製造プラットフォームの上方でさらなる露光ユニットで照らすことができ、その結果少なくとも製造プラットフォーム４１２の下側に第１の層を形成するときに、製造プラットフォームにおいて最初に硬化させた層が、はるかに高い信頼性でそれに接着するように、それを上方から露出することもできるようにする。
タンク４０４は、高粘性光重合性材料４２０の充填物を収容する。充填物の材料の高さは、位置選択的な露光のために規定することを意図している層の厚み部よりはるかに高い。光重合性材料の層を画定するために、以下の手順が採用される。製造プラットフォーム４１２は、制御下で持ち上げ機構により下げて、（第１の露光工程の前に）その下側が光重合性材料４２０の充填物に浸漬され、正確に所望の層の厚み部Δ（図５参照）が製造プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間に残ることができる程度に、タンク底部４０６に近づくようにする。この浸漬プロセスの間、光重合性材料は製造プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間の間隙から排除される。層の厚み部Δが設定された後、それを所望の形状に硬化させるために、所望の位置選択層の露光がこの層に対して行われる。特に第１の層を形成するとき、上からの露光も透明又は半透明の製造プラットフォーム４１２を介して行われ得るので、特に製造プラットフォーム４１２の下側と光重合性材料との間の接触領域において確実で完全な硬化が起こる。それ故、第１の層が製造プラットフォーム４１２に良好に接着することが確実になる。層が形成された後、製造プラットフォームは持ち上げ機構によって再び持ち上げられる。
続いてこれらの工程が数回繰り返され、最後に形成された層４２２の下側からタンク底部４０６までの距離が、それぞれ所望の層の厚み部Δに設定され、次の層が所望の方法で位置選択的に硬化される。
露光工程に続いて製造プラットフォーム４１２が持ち上げられた後、図６に示されるように、露光領域は材料が不足している。これは、厚み部Δで定めた層を硬化させた後、この層の材料が、製造プラットフォーム及びその上に既に形成されている成形体の一部と共に、硬化されて持ち上がるからである。したがって、既に形成されている成形体部の下側とタンク底部４０６との間に欠けている光重合性材料を、露光領域を囲む領域由来の光重合性材料４２０の充填物から、充填しなければならない。しかし、材料の粘度が高いために、それ自体が、成形体部の下側とタンク底部との間の露出領域に逆流することはなく、材料の窪み又は「穴」がその場所に残る可能性がある。
露光領域に光重合性材料を補充するために、細長い混合要素４３２を、タンク内の光重合性材料４２０の充填物を通して移動させる。図４〜図８に示す例示的実施形態では、混合要素４３２は、タンク４０４の側壁に移動可能に取り付けられた２つの支持アーム４３０の間に引っ張られる細長いワイヤを含む。支持アーム４３０は、タンク４０４の側壁のガイドスロット４３４に移動可能に取り付けることができ、その結果、支持アーム４３０間に引っ張られたワイヤ４３２は、支持アーム４３０をガイドスロット４３４にて動かすことによって、タンク底部４０６と平行に、タンク４０４に対して移動できる。細長い混合要素４３２には寸法があり、細長い混合要素４３２の上端が露光領域外側にあるタンク内の光重合性材料４２０の充填物の材料の高さより下に留まるように、その動きはタンク底部に対して誘導される。図８の断面図に見られるように、混合要素４３２はワイヤの全長に亘ってタンク内の材料の高さより下にあり、支持アーム４３０のみがタンクの材料の高さを超えて突き出ている。細長い混合要素をタンク４０４の材料の高さより下に配置する効果は、細長い混合要素４３２が、露出領域を経てタンクに対して移動している間にその前の材料を実質的に移動させることではなく、むしろわずかな上方への移動を実行しながらこの材料が混合要素４３２を流れることである。図６に示される位置から、例えば矢印Ａで示される方向での新しい位置への混合要素４３２の移動が、図７に示される。タンクの光重合性材料に対するこの種の作用によって、材料が製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間の材料が枯渇した露光領域に逆流するように効果的に刺激されることが分かった。
タンクに対する細長い混合要素４３２の移動は、最初に、固定タンク４０４を用いて、製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間の露光領域を通る細長い混合要素４３２の所望の動きを達成するために、支持アーム４３０をガイドスロット４３４に沿って移動させる線形駆動装置によって実行することができる。図８に示すように、タンク底部４０６は両側に凹部４０６’を有する。支持アーム４３０はそれらの下端でこれらの凹部４０６’内に突出する。これにより、タンク底部４０６を通る支持アーム４３０の下端部の動きを妨げることなく、細長い混合要素４３２をタンク底部４０６の高さに保持することが可能になる。
本発明の一体式コア−シェル型を製造するために、ＤＬＰの他の代替的な方法を使用してもよい。例えば、タンクは回転可能なプラットフォームに配置してもよい。ワークピースが連続する構築工程の間に粘性ポリマーから引き出されると、タンクはプラットフォーム及び光源に対して回転されて、粘性ポリマーの新しい層を提供し、その中に構築プラットフォームを浸して連続層を構築する。
図９は、コア部９００とシェル部９０１とを接続する中空フィラメント９０２を有する一体式コア−シェル型の概略側面図を示す。中空フィラメントは概して内径９０６及び外径９０７を有する。上記のＤＬＰ印刷プロセスを使用してセラミック型を印刷することによって、コアとシェルとの間の接続点が、中空フィラメント９０２を通して設けられることを可能にするように、型を作製することができる。コア−シェル型が印刷されると、印刷されたセラミックポリマー材料を硬化させるために後熱処理工程に供することが可能である。次いで、超硬タービンブレードの製造に使用される従来式の鋳造工程と同様に、硬化セラミック鋳型を使用することができる。特に、中空フィラメント９０２は、タービンブレードの表面に噴散冷却穴のパターンを形成することと一致して大量に設けられるので、図２に示すようなボールシュート構造の必要性を、排除することができる。この実施形態では、中空先端プレナムコア９０４を中空コア９００に接続する中空先端ピン９０５が保持される。セラミックの型を取り外した後、中空コア９００と中空先端プレナムコア９０４との間に先端の穴が存在し、これは続いてろう付けで閉じることができる。しかし、追加の中空フィラメントを使用して先端プレナムコア９０４をシェル９０１に接続することによって中空先端ピン９０５を排除することができ、鋳造完了後にコアキャビティを先端プレナムに接続する先端の穴をろう付けで閉じる必要性を避ける。
型コア９００はまた、本発明の特定の態様による中空型コアとすることができる。中空コアは内径９０８及び外径９０９を有する。一般に、内径によって定義される断面積は、外径の断面積の８０％より大きく、好ましくは９０％より大きい。型コアが円筒形状を備えていない場合、中空コアの壁厚は、内径が外径の断面積の８０％を超える円筒の壁厚に等しい。
フィラメント９０２は、好ましくは円筒形又は楕円形であるが、湾曲していても非線形でもよい。それらの正確な寸法は、特定の鋳造金属部品のための所望のフィルム冷却方式に従って変えてもよい。例えば、冷却穴は、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有し得る。タービンブレード又はステータベーンでは、断面積は、０．０１〜０．１５ｍｍ２、より好ましくは０．０５〜０．１ｍｍ２、最も好ましくは約０．０７ｍｍ２の範囲であり得る。ベーンの場合、冷却穴は、０．０５〜０．２ｍｍ２、より好ましくは０．１〜０．１８ｍｍ２、最も好ましくは約０．１６ｍｍ２の範囲の断面積を有することができる。冷却穴の間隔は、典型的には、冷却穴の直径の２倍〜１０倍の範囲、最も好ましくは穴の直径の約４〜７倍の範囲の冷却穴の直径の倍数である。
フィラメント９０２の長さは、鋳造部品の厚さ、例えばタービンブレード又はステータベーンの壁の厚さ、及び冷却穴が鋳造部品の表面に対して配置される角度によって決まる。典型的な長さは、０．５〜５ｍｍ、より好ましくは０．７〜１ｍｍ、最も好ましくは約０．９ｍｍの範囲である。冷却穴が配置される角度は、表面に対して約５〜３５°、より好ましくは１０〜２０°、最も好ましくは約１２°である。本発明による鋳造方法は、鋳造部品の表面に対して、従来の機械加工技術を用いて現在利用可能なものよりも小さい角度を有する冷却穴の形成を可能にすることを理解されたい。
中空フィラメントの内径９０６によって画定される断面積は、フィラメントの外径９０７の少なくとも５０％であるべきである。より細い管では、この断面積は、例えば、フィラメントの外径の６０％、７０％、又は７５％まで増大させることができる。場合によっては、タービンブレードのコア９００とシェル９０１とを接続する１つ又は複数のフィラメントは中実であり得る。
図１０は、ニッケルベースの合金、すなわちインコネルなどの鋳造金属１０００で充填された図９の一体式コア−シェル型を示す。中空コアキャビティ９１０を充填しないまま、金属をキャビティ９１１内に充填する。鋳造後、セラミックコア９００、シェル９０１及びフィラメント９０２は化学的及び機械的プロセスの組み合わせを用いて除去される。コア９００及びフィラメント９０２の中空の性質は、必要とされる化学的な浸出の量を最小にしながらセラミックの型の除去を可能にする。これは時間を省き、製造プロセスにおけるエラーの可能性を減少させる。
セラミックコア−シェルが浸出すると、得られる鋳造物は、ブレードの表面に冷却穴部分を有するタービンブレードである。図９〜図１０は、タービンブレードの前縁及び後縁における冷却穴を示す断面図を提供するが、タービンブレードの側面又は他の任意の所望の位置を含め、所望の場所に追加の冷却穴を設けることができることを理解されたい。特に、本発明を使用して、任意の特定の設計で鋳造プロセス内に冷却穴を形成することができる。言い換えれば、冷却穴を形成するために以前に穿穴が使用されていた任意の部分に、従来の冷却穴は生成することができる。しかし、本発明は、鋳造部品内に冷却穴を形成する、すなわち穿穴のための従来技術の限界に起因してこれまで達成できなかった冷却穴のパターンを可能にする。
図１１は、本発明の一実施形態による一体式コア−シェル型の側面図を示す。この実施形態では、型は中空セラミックコア１１００とセラミックシェル１１０１を有する。コア１１００とシェル１１０１はフィラメント１１０２によって接続されている。フィラメント１１０２は、最終的なケースの物体に穴が開くに至った中実のフィラメントとして示されている。フィラメント１１０２は上述のように中空にすることができる。コア１１００に対してフィラメント１１０２のサイズが比較的小さいため、図１１に示すように、フィラメントを中実にし、コアを中空にすることができる。中空コアは、後で金属を充填することができるキャビティ９１０を備える。中空コアの壁厚は（中実コアとは対照的に）制御されているので、その後のセラミックコアの浸出を促進することができる。上記のように、フィラメント１１０２は、図１１及び図１２に示すように中実フィラメントでも、図９〜図１０に示すように中空フィラメントでもよい。
浸出後、コア印刷フィラメントからタービンブレードにおいて生じる穴は、必要ならばろう付けして閉じることができる。そうでなければ、コア印刷フィラメントによって残された穴は、内部冷却通路の設計に組み込まれ得る。或いは、金属鋳造工程中にチッププレナムコアを定位置に保持するのに十分な量でチッププレナムコアをシェルに接続するために、冷却穴フィラメントを設けてもよい。
本発明に従ってコア−シェル型構造を印刷した後、セラミックコアフォトポリマー材料の要件に応じて、コア−シェル型を硬化及び／又は焼成することができる。溶融金属を鋳型に流し込んで、一体のコア−シェル型によって実現される形状であり特徴を有する鋳造物を形成することができる。タービンブレード又はステータベーンの場合、溶融金属は、従来のインベストメント鋳造の型で使用されることが知られている技術を使用して単結晶超合金タービンブレード又はステータベーンに形成される超合金金属であることが好ましい。図１２は、ニッケルベースの合金、すなわちインコネルなどの鋳造金属１２００で充填された図１１のセラミック一体式の型１１００／１１０１を示す。金属が型に充填された後、セラミックの型は機械的プロセスと化学的プロセス（すなわち浸出）の組み合わせを用いて取り除かれる。浸出後、タービンブレードに生じた穴は、噴散冷却穴として作用する。図１３は、ブレード表面をブレードの中空コア１３０３に接続する冷却穴１３０１、１３０２を有する鋳造タービンブレード１３００を示す。
一態様では、本発明は、同様の方法で製造された他のコア−シェル型の特徴を組み込んだ、又は組み合わせた本発明のコア−シェル型構造に関する。以下の特許出願は、これらの様々な態様及びそれらの使用の開示を含む。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３６／２８４９７６号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３７／２８４９９７号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＦＬＯＡＴＩＮＧ ＴＩＰ ＰＬＥＮＵＭ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３３／２８４９０９号の「ＭＵＬＴＩ−ＰＩＥＣＥ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００４２／２８４９０９Ａ号の「ＭＵＬＴＩ−ＰＩＥＣＥ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＳＴＡＮＤＯＦＦ ＡＮＤ／ＯＲ ＢＵＭＰＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３９／２８５０２１号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＦＩＬＴＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００４１／２８５０６４号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＮＯＮ−ＬＩＮＥＡＲ ＨＯＬＥＳ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００５５／２８５０６４号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＣＯＯＬＩＮＧ ＨＯＬＥＳ ＩＮ ＩＮＡＣＣＥＳＳＩＢＬＥ ＬＯＣＡＴＩＯＮＳ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００５３／２８５０６４号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＴＨＩＮ ＲＯＯＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
これらの出願の各々の開示は、それらが本明細書に開示されているコア−シェル型と併せて使用することができるコア−シェル型及びその製造方法のさらなる態様を開示する限りにおいて、その全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書は、いかなる当業者も、好ましい実施形態を含む本発明を開示するために、また任意の装置又はシステムを製造及び使用すること、並びに任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、本発明を実施できるようにすべく、例を利用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文字通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが請求項の文字通りの文言と実質的に異なる同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図される。
記載された様々な実施形態から得る態様、並びにそのような各態様に対する他の既知の均等物は、本願の原理に従って追加の実施形態及び技術を構築するために、当業者によって混合及び適合され得る。
本開示は一般にインベストメント鋳造コア−シェル型部品及びこれらの部品を利用するプロセスに関する。本発明に従って製造されたコア−シェル型は、鋳造品の内部領域の少なくとも一部を画定するために使用される一体式中空セラミックコア管を含む。タービンブレードの場合、管は内側コア領域を画定してもよく、及び／又はタービンブレードに冷却穴を生成するためのセラミックコアフィラメントの一部を画定してもよい。コアとシェルとの間に十分なセラミックフィラメントを使用して、コアの蛇行のための浸出経路を探し出しかつ提供することはまた、ボールろう付けシュートを排除することを可能にする。先端プレナムコアとシェルとの間にセラミックフィラメントを設けて、浮動する先端プレナムを支持し、従来式の先端ピンの必要性、及びその後のろう付けによる閉鎖をなくし得る。一体式コア−シェル型は、ジェット航空機のエンジン又は発電用タービンの部品用のタービンブレード及びステータベーンを製造するために使用される超合金の鋳造などの鋳造作業において有用な特性を提供する。
現代の多くのエンジン及び次世代のタービンエンジンは、入り組んだ複雑な形状を有する部品及び部分を必要とし、それらは新しいタイプの材料及び製造技術を必要とする。エンジンの部分及び部品を製造するための従来の技術は、面倒なインベストメントプロセス又はロストワックス鋳造を含む。インベストメント鋳造の一例は、ガスタービンエンジンに使用される典型的なロータブレードの製造を含む。タービンブレードは通常、エンジン内での作動中に加圧冷却空気を受けるための少なくとも１つ又は複数の入口を有しブレードのスパンに沿って延びる、半径方向のチャネルを有する中空エアロフォイルを含む。ブレード内の様々な冷却通路は通常、前縁と後縁との間のエアロフォイルの中央に配置された蛇行チャネルを含む。エアロフォイルは通常、加圧冷却空気を受けるためにブレードを通って延びる入口を含み、これはエアロフォイルの加熱された側壁と内部冷却空気との間の熱伝達を増大させるための短いタービュレータリブ又はピンなどの局所的特徴を含む。
典型的には高強度超合金金属材料からのこれらのタービンブレードの製造は、図１に示される多数の工程を含む。第１に、タービンブレードの内側に望まれる複雑な冷却通路に適合するように精密なセラミックコアが製造される。そのエアロフォイル、プラットフォーム、及び一体式ダブテールを含むタービンブレードの正確な３次元外面を画定する精密なダイ又は型も作成される。このような型の構造の概略図を図２に示す。セラミックコア２００は、ブレードの生じる金属部分を画定する、間に空間又は空隙を形成する２つのダイの半分の内側に組み立てられる。ワックスが、組み立てられたダイに注入されて空隙を充填し、その中に封入されたセラミックコアを取り囲む。２つのダイの半分は分割され、成形されたワックスから除去される。成形ワックスは、所望のブレードの正確な構成を有し、次いでセラミック材料で被覆されて周囲のセラミックシェル２０２を形成する。その後、ワックスが溶融されてシェル２０２から除去され、セラミックシェル２０２と内部セラミックコア２００及び先端プレナム２０４との間に対応する空隙又は空間２０１が残る。次いで、溶融した超合金金属をシェル内に注ぎ込み、その中の空隙を充填し、シェル２０２内に収容されているセラミックコア２００及び先端プレナム２０４を再び封入する。溶融した金属を冷却して凝固させ、次いで外部シェル２０２並びに内部コア２００及び先端プレナム２０４を適切に取り外して、内部冷却通路が見られる所望の金属タービンブレードを残す。浸出プロセスを介してセラミックコアの材料を除去するための経路を提供するために、ボールシュート２０３及び先端ピン２０５が設けられ、これらは浸出するとタービンブレード内にボールシュート及び先端穴を形成し、これは後にろう付けして閉鎖しなければならない。
鋳造タービンブレードは、次いでガスタービンエンジンでの運転中にエアロフォイルの外面に保護用冷却空気膜又はブランケットを形成する、内部に導かれた冷却空気のための出口を設けるため、所望するような、エアロフォイルの側壁を通るフィルム冷却穴の適切な列の穿ｒなど、ただしそれらに限定されない追加の鋳造後の修正を受け得る。タービンブレードがセラミックの型から取り外された後、セラミックコア２００のボールシュート２０３は、鋳造タービンブレードの内部空隙を通る所望の空気の通路を設けるために後でろう付け閉鎖される通路を形成する。しかし、これらの鋳造後の修正は制限され、タービンエンジンの複雑さが増すこと、及びタービンブレード内の特定の冷却回路の認識される効率性を考慮すると、より入り組んだ複雑な内部形状が必要とされる。インベストメント鋳造ではこれらの部品を製造することができるが、これらの従来の製造プロセスを使用して製造するには、位置の精度及び入り組んだ内部形状はより複雑なものになる。したがって、入り組んだ内部空隙を有する三次元部品のための改良された鋳造方法を提供することが望まれる。
セラミックコア−シェル型を製造するために３Ｄ印刷を使用する方法は、Ｒｏｌｌｓ−Ｒｏｙｃｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第８，８５１，１５１号明細書に記載されている。型を製造する方法は、マサチューセッツ工科大学に譲渡された米国特許第５，３８７，３８０号明細書に開示されているものなどの粉体層セラミック法、及び３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃに譲渡された米国特許第５，２５６，３４０号明細書に開示されているものなどの選択的レーザ活性化（ＳＬＡ）を含む。特許‘１５１号によるセラミックコア−シェル型は、これらのプロセスの印刷分解能によって制限されている。図３に示すように、一体式コア−シェル型のコア部３０１とシェル部３０２とは、型の下縁に設けられた一連の結合構造体３０３を介して一緒に保持されている。特許‘１５１号では、短いシリンダによって接合された千鳥状の垂直キャビティを含む冷却通路が提案されている。その長さはその直径とほぼ同じである。次いで、超合金タービンブレードが、特許‘１５１号に開示されている既知の技術を使用してコア−シェル型内に形成される。また、それは参照により本明細書に組み込まれる。タービンブレードがこれらのコア−シェル型のうちの１つの中に鋳造された後、型は取り去られて、鋳造超合金タービンブレードが現れる。
鋳造プロセスの最終的な製造物において細部のキャスティング特徴を提供することができる、より高分解能の方法を利用して製造されたセラミックコア−シェル型を製造する必要性が依然としてある。
一実施形態では、本発明は、コアとシェルとを有するセラミックの型の製造方法に関する。（ａ）加工物の硬化部分を液状セラミックフォトポリマーと接触させる工程、（ｂ）液状セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して硬化部分に隣接する液状セラミックフォトポリマーの一部を照射する工程、（ｃ）未硬化の液状セラミックフォトポリマーから加工物を取り出す工程、及び（ｄ）セラミックの型が形成されるまで工程、（ａ）〜（ｃ）を繰り返す工程を含み、セラミックの型が、（１）コア部とシェル部であって、コア部とシェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティが、鋳造及びセラミックの型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、型の取り外しによって鋳造部品における穴を画定し、フィラメントの少なくとも一部及び／又はコア部は、中空管の形状をしている複数のフィラメントを含む、方法である。工程（ｄ）の後、本プロセスは、液状金属を鋳造用の型に注ぎ込み、液状金属を凝固させて鋳造部品を形成することを含む工程（ｅ）をさらに含み得る。工程（ｅ）の後、本プロセスは、鋳造部品から型を取り外すことを含む工程（ｆ）をさらに含むことができ、この工程は、好ましくは、機械的な力と化学的な浸出の組み合わせを含む。
別の態様では、本発明は鋳造部品の製造方法に関する。この方法は、セラミック鋳型に液状金属を注入し、液状金属を凝固させて鋳造部品を形成する工程であって、セラミック鋳型が、（１）コア部とシェル部であって、コア部とシェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティが、セラミックの型の鋳造及び取り外しの際に鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、型を取り外すと、鋳造部品における穴を画定し、フィラメントの少なくとも一部及び／又はコア部は、中空管の形状をしている複数のフィラメントと、を含む、工程及びフィラメントにより設けられる鋳造部品の穴を通してセラミックコアの少なくとも一部を浸出させることによって、鋳造部品からセラミック鋳型を取り外す工程を含む。
一態様では、鋳造部品はタービンブレード又はステータベーンである。好ましくは、タービンブレード又はステータベーンは、例えば航空機エンジン又は発電におけるガスタービンエンジンに使用される。タービンブレード又はステータベーンは、好ましくは、上述のセラミックフィラメントによって画定された冷却穴のパターンを有する単結晶鋳造タービンブレード又はステータベーンである。好ましくは、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、フィラメントがコア部とシェル部とを接合し、フィラメントは０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有する。
冷却穴のパターンを形成するために使用される多数のフィラメントは、先端コアを支持するのに十分な強度を付与し得る。先端フィラメントが先端プレナムコアを支持するように作られている場合、それらはより大きく、すなわち２ｍｍ２より大きい断面積で作られてもよく、はるかに少ない数のフィラメント、又は単一のフィラメントが使用されてもよい。ただし、２〜４本のこれらよりも大きなフィラメントが、望ましい数である。鋳造後、フィラメントの結果として先端プレナム側壁に残っているいずれかの穴又はノッチをろう付けして閉じるか、タービンブレード又はステータベーン設計に組み込むか、フィラメントを部品の仕上げ加工された形状の外側に配置して、このことに対する必要性を防止することができる。
別の態様において、本発明は、（１）コア部とシェル部であって、コア部とシェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティが、鋳造及びセラミックの型の取り外しの際に鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、型の取り外しによって鋳造部品における穴を画定し、フィラメントの少なくとも一部及び／又はコア部は、中空管の形状をしている複数のフィラメントとを有するセラミック鋳型に関する。好ましくは、鋳造部品はタービンブレード又はステータベーンであり、コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントは、型の取り外しによってタービンブレードに複数の冷却穴を画定する。好ましくは、コア部とシェル部を接合する複数のフィラメントは、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有する。セラミックは、光重合セラミック又は硬化光重合セラミックであり得る。
従来のインベストメント鋳造の工程を示す流れ図である。 従来のプロセスで製造されたボールシュート付きコア−シェル型の従来の方式の例を示す概略図である。 コア部とシェル部とを結ぶ結合部を伴う、先行技術の一体式コア−シェル型の斜視図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法のシーケンスの連続した段階を実行するための装置の概略的な横断面図を示す。 図７のＡ−Ａ線に沿った概略断面図を示す。 コア部とシェル部とを接続する中空フィラメントを有する一体式コア−シェル型の側面図を示す。 鋳造金属で充填された図９の一体式コア−シェル型を示す。 本発明の実施形態による、一体式コア−シェル型の側面図を示す。 本発明の実施形態による、超合金充填一体式コア−シェル型の側面図を示す。 本発明に従って製造された鋳造タービンブレードを示す。
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、本明細書で説明される概念が実施され得る唯一の構成を表すことは、意図されていない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解をもたらす目的のための特定の詳細を含む。しかし、これらの概念がこれらの具体的な詳細なしに実施されてもよいことは当業者に明らかである。例えば、本発明は鋳造金属部品、好ましくはジェット航空機エンジンの製造に使用される鋳造金属部品を製造するための好ましい方法を提供する。具体的には、タービンブレード、ベーン、及びシュラウド部品などの単結晶ニッケルベースの超合金鋳造部品の製造は、本発明に従って有利に製造することができる。しかし、他の鋳造金属部品は本発明の技術及び一体式セラミックの型を用いて製造することができる。
一体式コア−シェル型を製造するための公知の従来のプロセスは、完成したタービンブレードに噴散冷却穴を生じるのに十分小さいサイズ及び量の、型のコア部とシェル部との間に延びるフィラメントを印刷するのに必要な微細な分解能を欠いているということを、本発明者らは認識した。マサチューセッツ工科大学に譲渡された米国特許第５，３８７，３８０号明細書に開示されているものなどの初期の粉体層法の場合、粉体層リコータアームの作用が、鋳造部分の噴散冷却穴のパターンをもたらす、コアとシェルの間に延びる十分に細かいフィラメントの形成を妨げる。トップダウン照射技術を使用する３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許第５，２５６，３４０号明細書に開示されているものなどの選択的レーザ活性化（ＳＬＡ）などの他の既知の技術は、本発明による一体式コア−シェル型の製造に利用することができる。しかし、これらのシステムの利用可能な印刷の分解能は、鋳造の最終的な製造物において有効な冷却穴として役立てるのに十分に小さいサイズのフィラメントを製造する能力を著しく制限する。
本発明者らは、本発明の一体式コア−シェル型を、直接光処理（ＤＬＰ）を用いて製造できることを見出した。ＤＬＰは、ポリマーの光硬化が樹脂のタンクの底部の窓を通して行われるという点で上記の粉体層法及びＳＬＡ法と異なり、それはプロセスが行われるにつれて持ち上げられる構築プラットフォーム上に光を投影する。ＤＬＰで、硬化したポリマーの全層が同時に製造され、レーザを用いてパターンを走査する必要性が排除される。さらに、下にある窓と造られる物体の最後の硬化層との間で、重合が起こる。下にある窓は、別個の支持構造を必要とせずに材料の細いフィラメントを製造することを可能にする支持を提供する。言い換えれば、造形物の２つの部分を橋渡しする材料の細いフィラメントを製造することは困難であり、従来技術において典型的に回避されていた。例えば、本願の背景技術の項で上述した特許‘１５１は、短いシリンダに接続された垂直プレート構造を使用し、その長さはそれらの直径のオーダーであった。特許‘１５１に開示された粉体層及びＳＬＡの技術は、垂直に支持されたセラミック構造を必要とし、この技術はフィラメントを確実に製造することが不可能であるという事実により、互い違いの垂直キャビティが必要とされる。さらに、粉体層内にある利用可能な分解能は１／８インチ程度であり、従来式の冷却穴の製造は実用的ではない。例えば、円形の冷却穴は一般に、３．２ｍｍ２未満の冷却穴の面積に対応する２ｍｍ未満の直径を有する。いくつかのボクセルから穴を製造する必要性を考えると、そのような寸法の穴の製造により、実際の穴のサイズをはるかに下回る分解能が必要となる。この分解能は、粉体層法では単純に利用できない。同様に、ステレオリソグラフィーは、支持の欠如及びレーザの散乱に伴う分解能の問題のために、そのようなフィラメントを製造するその能力において、制限されている。しかし、ＤＬＰがフィラメントの全長を露出させ、それを窓と構築板の間にて支持するという事実により、コアとシェルとの間の全長に亘って十分に細いフィラメントを製造して、所望の冷却穴部分を有するセラミックの物体を形成することが可能になる。粉体層及びＳＬＡを使用してフィラメントを製造することができるが、上述のように十分に細いフィラメントを製造するそれらの能力は限られている。
１つの適切なＤＬＰプロセスは、Ｉｖｏｃｌａｒ Ｖｉｖａｄｅｎｔ ＡＧ及びＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ Ｗｉｅｎに譲渡された米国特許第９，０７９，３５７号明細書、並びに国際公開第２０１０／０４５９５０号パンフレット及び米国特許出願公開第２０１１３１０３７０号明細書に開示されている。その各々は参照により本明細書に組み込まれ、図４〜図８を参照しながら後述される。装置は、露光ユニット４１０の少なくとも一部を覆う少なくとも１つの半透明底部４０６を有するタンク４０４を含む。露光ユニット４１０は光源及び変調器を含み、それによって制御ユニットの制御下で強度を位置選択的に調整することができ、現在底部に形成されている層にとって望ましい幾何学的形状の露光フィールドをタンク底部４０６に生成する。代替として、レーザを露光ユニットに使用することができ、その光ビームは、制御ユニットによって制御される可動ミラーによって、所望の明度のパターンで露光フィールドを連続的に走査する。
露光ユニット４１０の反対側には、製造プラットフォーム４１２がタンク４０４の上方に設けられている。露光ユニット４１０の上方の領域でタンク底部４０６の上に高さ調整可能な方法で保持されるように、それは持ち上げ機構（図示せず）によって支持される。製造プラットフォーム４１２は、同様に透明又は半透明にして、光を製造プラットフォームの上方でさらなる露光ユニットで照らすことができ、その結果少なくとも製造プラットフォーム４１２の下側に第１の層を形成するときに、製造プラットフォームにおいて最初に硬化させた層が、はるかに高い信頼性でそれに接着するように、それを上方から露出することもできるようにする。
タンク４０４は、高粘性光重合性材料４２０の充填物を収容する。充填物の材料の高さは、位置選択的な露光のために規定することを意図している層の厚み部よりはるかに高い。光重合性材料の層を画定するために、以下の手順が採用される。製造プラットフォーム４１２は、制御下で持ち上げ機構により下げて、（第１の露光工程の前に）その下側が光重合性材料４２０の充填物に浸漬され、正確に所望の層の厚み部Δ（図５参照）が製造プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間に残ることができる程度に、タンク底部４０６に近づくようにする。この浸漬プロセスの間、光重合性材料は製造プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間の間隙から排除される。層の厚み部Δが設定された後、それを所望の形状に硬化させるために、所望の位置選択層の露光がこの層に対して行われる。特に第１の層を形成するとき、上からの露光も透明又は半透明の製造プラットフォーム４１２を介して行われ得るので、特に製造プラットフォーム４１２の下側と光重合性材料との間の接触領域において確実で完全な硬化が起こる。それ故、第１の層が製造プラットフォーム４１２に良好に接着することが確実になる。層が形成された後、製造プラットフォームは持ち上げ機構によって再び持ち上げられる。
続いてこれらの工程が数回繰り返され、最後に形成された層４２２の下側からタンク底部４０６までの距離が、それぞれ所望の層の厚み部Δに設定され、次の層が所望の方法で位置選択的に硬化される。
露光工程に続いて製造プラットフォーム４１２が持ち上げられた後、図６に示されるように、露光領域は材料が不足している。これは、厚み部Δで定めた層を硬化させた後、この層の材料が、製造プラットフォーム及びその上に既に形成されている成形体の一部と共に、硬化されて持ち上がるからである。したがって、既に形成されている成形体部の下側とタンク底部４０６との間に欠けている光重合性材料を、露光領域を囲む領域由来の光重合性材料４２０の充填物から、充填しなければならない。しかし、材料の粘度が高いために、それ自体が、成形体部の下側とタンク底部との間の露出領域に逆流することはなく、材料の窪み又は「穴」がその場所に残る可能性がある。
露光領域に光重合性材料を補充するために、細長い混合要素４３２を、タンク内の光重合性材料４２０の充填物を通して移動させる。図４〜図８に示す例示的実施形態では、混合要素４３２は、タンク４０４の側壁に移動可能に取り付けられた２つの支持アーム４３０の間に引っ張られる細長いワイヤを含む。支持アーム４３０は、タンク４０４の側壁のガイドスロット４３４に移動可能に取り付けることができ、その結果、支持アーム４３０間に引っ張られたワイヤ４３２は、支持アーム４３０をガイドスロット４３４にて動かすことによって、タンク底部４０６と平行に、タンク４０４に対して移動できる。細長い混合要素４３２には寸法があり、細長い混合要素４３２の上端が露光領域外側にあるタンク内の光重合性材料４２０の充填物の材料の高さより下に留まるように、その動きはタンク底部に対して誘導される。図８の断面図に見られるように、混合要素４３２はワイヤの全長に亘ってタンク内の材料の高さより下にあり、支持アーム４３０のみがタンクの材料の高さを超えて突き出ている。細長い混合要素をタンク４０４の材料の高さより下に配置する効果は、細長い混合要素４３２が、露出領域を経てタンクに対して移動している間にその前の材料を実質的に移動させることではなく、むしろわずかな上方への移動を実行しながらこの材料が混合要素４３２を流れることである。図６に示される位置から、例えば矢印Ａで示される方向での新しい位置への混合要素４３２の移動が、図７に示される。タンクの光重合性材料に対するこの種の作用によって、材料が製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間の材料が枯渇した露光領域に逆流するように効果的に刺激されることが分かった。
タンクに対する細長い混合要素４３２の移動は、最初に、固定タンク４０４を用いて、製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間の露光領域を通る細長い混合要素４３２の所望の動きを達成するために、支持アーム４３０をガイドスロット４３４に沿って移動させる線形駆動装置によって実行することができる。図８に示すように、タンク底部４０６は両側に凹部４０６’を有する。支持アーム４３０はそれらの下端でこれらの凹部４０６’内に突出する。これにより、タンク底部４０６を通る支持アーム４３０の下端部の動きを妨げることなく、細長い混合要素４３２をタンク底部４０６の高さに保持することが可能になる。
本発明の一体式コア−シェル型を製造するために、ＤＬＰの他の代替的な方法を使用してもよい。例えば、タンクは回転可能なプラットフォームに配置してもよい。ワークピースが連続する構築工程の間に粘性ポリマーから引き出されると、タンクはプラットフォーム及び光源に対して回転されて、粘性ポリマーの新しい層を提供し、その中に構築プラットフォームを浸して連続層を構築する。
図９は、コア部９００とシェル部９０１とを接続する中空フィラメント９０２を有する一体式コア−シェル型の概略側面図を示す。中空フィラメントは概して内径９０６及び外径９０７を有する。上記のＤＬＰ印刷プロセスを使用してセラミック型を印刷することによって、コアとシェルとの間の接続点が、中空フィラメント９０２を通して設けられることを可能にするように、型を作製することができる。コア−シェル型が印刷されると、印刷されたセラミックポリマー材料を硬化させるために後熱処理工程に供することが可能である。次いで、超硬タービンブレードの製造に使用される従来式の鋳造工程と同様に、硬化セラミック鋳型を使用することができる。特に、中空フィラメント９０２は、タービンブレードの表面に噴散冷却穴のパターンを形成することと一致して大量に設けられるので、図２に示すようなボールシュート構造の必要性を、排除することができる。この実施形態では、中空先端プレナムコア９０４を中空コア９００に接続する中空先端ピン９０５が保持される。セラミックの型を取り外した後、中空コア９００と中空先端プレナムコア９０４との間に先端の穴が存在し、これは続いてろう付けで閉じることができる。しかし、追加の中空フィラメントを使用して先端プレナムコア９０４をシェル９０１に接続することによって中空先端ピン９０５を排除することができ、鋳造完了後にコアキャビティを先端プレナムに接続する先端の穴をろう付けで閉じる必要性を避ける。
型コア９００はまた、本発明の特定の態様による中空型コアとすることができる。中空コアは内径９０８及び外径９０９を有する。一般に、内径によって定義される断面積は、外径の断面積の８０％より大きく、好ましくは９０％より大きい。型コアが円筒形状を備えていない場合、中空コアの壁厚は、内径が外径の断面積の８０％を超える円筒の壁厚に等しい。
フィラメント９０２は、好ましくは円筒形又は楕円形であるが、湾曲していても非線形でもよい。それらの正確な寸法は、特定の鋳造金属部品のための所望のフィルム冷却方式に従って変えてもよい。例えば、冷却穴は、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有し得る。タービンブレード又はステータベーンでは、断面積は、０．０１〜０．１５ｍｍ２、より好ましくは０．０５〜０．１ｍｍ２、最も好ましくは約０．０７ｍｍ２の範囲であり得る。ベーンの場合、冷却穴は、０．０５〜０．２ｍｍ２、より好ましくは０．１〜０．１８ｍｍ２、最も好ましくは約０．１６ｍｍ２の範囲の断面積を有することができる。冷却穴の間隔は、典型的には、冷却穴の直径の２倍〜１０倍の範囲、最も好ましくは穴の直径の約４〜７倍の範囲の冷却穴の直径の倍数である。
フィラメント９０２の長さは、鋳造部品の厚さ、例えばタービンブレード又はステータベーンの壁の厚さ、及び冷却穴が鋳造部品の表面に対して配置される角度によって決まる。典型的な長さは、０．５〜５ｍｍ、より好ましくは０．７〜１ｍｍ、最も好ましくは約０．９ｍｍの範囲である。冷却穴が配置される角度は、表面に対して約５〜３５°、より好ましくは１０〜２０°、最も好ましくは約１２°である。本発明による鋳造方法は、鋳造部品の表面に対して、従来の機械加工技術を用いて現在利用可能なものよりも小さい角度を有する冷却穴の形成を可能にすることを理解されたい。
中空フィラメントの内径９０６によって画定される断面積は、フィラメントの外径９０７の少なくとも５０％であるべきである。より細い管では、この断面積は、例えば、フィラメントの外径の６０％、７０％、又は７５％まで増大させることができる。場合によっては、タービンブレードのコア９００とシェル９０１とを接続する１つ又は複数のフィラメントは中実であり得る。
図１０は、ニッケルベースの合金、すなわちインコネルなどの鋳造金属１０００で充填された図９の一体式コア−シェル型を示す。中空コアキャビティ９１０を充填しないまま、金属をキャビティ９１１内に充填する。鋳造後、セラミックコア９００、シェル９０１及びフィラメント９０２は化学的及び機械的プロセスの組み合わせを用いて除去される。コア９００及びフィラメント９０２の中空の性質は、必要とされる化学的な浸出の量を最小にしながらセラミックの型の除去を可能にする。これは時間を省き、製造プロセスにおけるエラーの可能性を減少させる。
セラミックコア−シェルが浸出すると、得られる鋳造物は、ブレードの表面に冷却穴部分を有するタービンブレードである。図９〜図１０は、タービンブレードの前縁及び後縁における冷却穴を示す断面図を提供するが、タービンブレードの側面又は他の任意の所望の位置を含め、所望の場所に追加の冷却穴を設けることができることを理解されたい。特に、本発明を使用して、任意の特定の設計で鋳造プロセス内に冷却穴を形成することができる。言い換えれば、冷却穴を形成するために以前に穿穴が使用されていた任意の部分に、従来の冷却穴は生成することができる。しかし、本発明は、鋳造部品内に冷却穴を形成する、すなわち穿穴のための従来技術の限界に起因してこれまで達成できなかった冷却穴のパターンを可能にする。
図１１は、本発明の一実施形態による一体式コア−シェル型の側面図を示す。この実施形態では、型は中空セラミックコア１１００とセラミックシェル１１０１を有する。コア１１００とシェル１１０１はフィラメント１１０２によって接続されている。フィラメント１１０２は、最終的なケースの物体に穴が開くに至った中実のフィラメントとして示されている。フィラメント１１０２は上述のように中空にすることができる。コア１１００に対してフィラメント１１０２のサイズが比較的小さいため、図１１に示すように、フィラメントを中実にし、コアを中空にすることができる。中空コアは、後で金属を充填することができるキャビティ９１０を備える。中空コアの壁厚は（中実コアとは対照的に）制御されているので、その後のセラミックコアの浸出を促進することができる。上記のように、フィラメント１１０２は、図１１及び図１２に示すように中実フィラメントでも、図９〜図１０に示すように中空フィラメントでもよい。
浸出後、コア印刷フィラメントからタービンブレードにおいて生じる穴は、必要ならばろう付けして閉じることができる。そうでなければ、コア印刷フィラメントによって残された穴は、内部冷却通路の設計に組み込まれ得る。或いは、金属鋳造工程中にチッププレナムコアを定位置に保持するのに十分な量でチッププレナムコアをシェルに接続するために、冷却穴フィラメントを設けてもよい。
本発明に従ってコア−シェル型構造を印刷した後、セラミックコアフォトポリマー材料の要件に応じて、コア−シェル型を硬化及び／又は焼成することができる。溶融金属を鋳型に流し込んで、一体のコア−シェル型によって実現される形状であり特徴を有する鋳造物を形成することができる。タービンブレード又はステータベーンの場合、溶融金属は、従来のインベストメント鋳造の型で使用されることが知られている技術を使用して単結晶超合金タービンブレード又はステータベーンに形成される超合金金属であることが好ましい。図１２は、ニッケルベースの合金、すなわちインコネルなどの鋳造金属１２００で充填された図１１のセラミック一体式の型１１００／１１０１を示す。金属が型に充填された後、セラミックの型は機械的プロセスと化学的プロセス（すなわち浸出）の組み合わせを用いて取り除かれる。浸出後、タービンブレードに生じた穴は、噴散冷却穴として作用する。図１３は、ブレード表面をブレードの中空コア１３０３に接続する冷却穴１３０１、１３０２を有する鋳造タービンブレード１３００を示す。
一態様では、本発明は、同様の方法で製造された他のコア−シェル型の特徴を組み込んだ、又は組み合わせた本発明のコア−シェル型構造に関する。以下の特許出願は、これらの様々な態様及びそれらの使用の開示を含む。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３６／２８４９７６号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３７／２８４９９７号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＦＬＯＡＴＩＮＧ ＴＩＰ ＰＬＥＮＵＭ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３３／２８４９０９号の「ＭＵＬＴＩ−ＰＩＥＣＥ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００４２／２８４９０９Ａ号の「ＭＵＬＴＩ−ＰＩＥＣＥ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＳＴＡＮＤＯＦＦ ＡＮＤ／ＯＲ ＢＵＭＰＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００３９／２８５０２１号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＦＩＬＴＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００４１／２８５０６４号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＮＯＮ−ＬＩＮＥＡＲ ＨＯＬＥＳ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００５５／２８５０６４号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＣＯＯＬＩＮＧ ＨＯＬＥＳ ＩＮ ＩＮＡＣＣＥＳＳＩＢＬＥ ＬＯＣＡＴＩＯＮＳ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
２０１６年１２月１３日に出願された、代理人整理番号０３７２１６．０００５３／２８５０６４号の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＴＨＩＮ ＲＯＯＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ」という名称の米国特許出願公開第［］号明細書。
これらの出願の各々の開示は、それらが本明細書に開示されているコア−シェル型と併せて使用することができるコア−シェル型及びその製造方法のさらなる態様を開示する限りにおいて、その全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書は、いかなる当業者も、好ましい実施形態を含む本発明を開示するために、また任意の装置又はシステムを製造及び使用すること、並びに任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、本発明を実施できるようにすべく、例を利用している。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文字通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが請求項の文字通りの文言と実質的に異なる同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図される。
記載された様々な実施形態から得る態様、並びにそのような各態様に対する他の既知の均等物は、本願の原理に従って追加の実施形態及び技術を構築するために、当業者によって混合及び適合され得る。
本発明のさらなる態様は下記の各節の記載によって示される。
セラミックの型を製造する方法であって、（ａ）加工物の硬化部分を液状セラミックフォトポリマーと接触させること、（ｂ）前記液状セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して前記硬化部分に隣接する前記液状セラミックフォトポリマーの一部を照射すること、（ｃ）未硬化の液状セラミックフォトポリマーから前記加工物を取り出すこと、及び（ｄ）セラミックの型が形成されるまで工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことを含み、前記セラミックの型が、（１）コア部とシェル部であって、前記コア部と前記シェル部との間に少なくとも１つのキャビティとを有し、前記キャビティが、鋳造及び前記セラミックの型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）前記コア部と前記シェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントが前記コア部と前記シェル部との間にまたがり、前記型の取り外しによって前記鋳造部品における穴を画定し、前記フィラメントの少なくとも一部及び／又は前記コア部は、中空管の形状をしている、複数のフィラメントと、を含む、方法。
前記方法は、工程（ｄ）の後に、液状金属を鋳造用の型に注ぎ込み、前記液状金属を凝固させて前記鋳造部品を形成する工程（ｅ）を含む。
前記方法が、工程（ｅ）の後に、前記鋳造部品から前記型を取り外す工程（ｆ）を含む。
前記方法において、前記鋳造部品から前記型を取り外すことが、機械的な力と化学的な浸出の組み合わせを含む。
前記方法において、前記フィラメントの外径が、０．０１〜２ｍｍ ２ の範囲の断面積を有する。
前記方法において、前記フィラメントの中空管が、前記フィラメントの外径の断面積の少なくとも５０％である内径断面積を有する。
前記方法において、前記コア部が、コア中空管構造によって画定される。
前記方法において、コア中空管が、前記コア部の外径の断面積の少なくとも８０％である内径断面積を有する。
鋳造部品を製造する方法であって、（ａ）セラミック鋳型に液状金属を注入し、前記液状金属を凝固させて前記鋳造部品を形成し、前記セラミック鋳型は、 （１）コア部とシェル部であって、前記コア部と前記シェル部との間に少なくとも１つのキャビティとを有し、前記キャビティが、鋳造及び前記セラミック鋳型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、（２）前記コア部と前記シェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントが前記コア部と前記シェル部との間にまたがり、前記鋳造部品における穴を画定し、前記フィラメントの少なくとも一部及び／又は前記コア部は、中空管の形状をしている、複数のフィラメントと、を含み、
（ｂ）前記鋳造部品の前記穴を通してセラミックコアの少なくとも一部を浸出させることによって、前記鋳造部品からセラミック鋳型を取り外すこと、を含む方法。
前記方法において、前記鋳造部品から前記セラミック鋳型を取り外すことが、機械的な力と化学的な浸出の組み合わせを含む。
前記方法において、前記フィラメントの外径が、０．０１〜２ｍｍ ２ の範囲の断面積を有する。
前記方法において、前記中空管の内径が、前記フィラメントの外径の断面積の少なくとも５０％である内径断面積を有する。
前記方法において、前記コア部が、コア中空管構造によって画定され、前記コア中空管構造が、前記コア部の外径の断面積の少なくとも８０％である内径断面積を有する。
コア部とシェル部であって、前記コア部と前記シェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、前記キャビティが鋳造及びセラミック鋳型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、前記コア部と前記シェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントが前記コア部と前記シェル部との間にまたがり、前記鋳造部品における穴を画定し、前記フィラメントの少なくとも一部及び／又は前記コア部は、中空管の形状をしている、複数のフィラメントと、を含むセラミック鋳型。
前記セラミック鋳型において、前記フィラメントの外径が、０．０１〜２ｍｍ ２ の範囲の断面積を有する。
前記セラミック鋳型において、前記中空管の内径が、前記フィラメントの前記外径の断面積の少なくとも５０％である内径断面積を有する。
前記セラミック鋳型において、前記中空管の内径が、前記フィラメントの前記外径の断面積の少なくとも６０％である内径断面積を有する。
前記セラミック鋳型において、前記フィラメントが湾曲した外面を有する。
前記セラミック鋳型において、前記コア部が、コア中空管構造によって画定される。
前記セラミック鋳型において、コア中空管構造が、前記コア部の外径の断面積の少なくとも８０％である内径断面積を有する。

Claims (20)

  1. セラミックの型を製造する方法であって、
    （ａ）加工物の硬化部分を液状セラミックフォトポリマーと接触させること、
    （ｂ）前記液状セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して前記硬化部分に隣接する前記液状セラミックフォトポリマーの一部を照射すること、
    （ｃ）未硬化の液状セラミックフォトポリマーから前記加工物を取り出すこと、及び
    （ｄ）セラミックの型が形成されるまで工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返すこと
    を含み、前記セラミックの型が、
    （１）コア部とシェル部であって、前記コア部と前記シェル部との間に少なくとも１つのキャビティとを有し、前記キャビティが、鋳造及び前記セラミックの型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、
    （２）前記コア部と前記シェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントが前記コア部と前記シェル部との間にまたがり、前記型の取り外しによって前記鋳造部品における穴を画定し、前記フィラメントの少なくとも一部及び／又は前記コア部は、中空管の形状をしている、複数のフィラメントと、を含む、方法。
  2. 前記方法が、工程（ｄ）の後に、液状金属を鋳造用の型に注ぎ込み、前記液状金属を凝固させて前記鋳造部品を形成する工程（ｅ）を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記方法が、工程（ｅ）の後に、前記鋳造部品から前記型を取り外す工程（ｆ）を含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記鋳造部品から前記型を取り外すことが、機械的な力と化学的な浸出の組み合わせを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記フィラメントの外径が、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記フィラメントの中空管が、前記フィラメントの外径の断面積の少なくとも５０％である内径断面積を有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記コア部が、コア中空管構造によって画定される、請求項１に記載の方法。
  8. コア中空管が、前記コア部の外径の断面積の少なくとも８０％である内径断面積を有する、請求項１に記載の方法。
  9. 鋳造部品を製造する方法であって、
    （ａ）セラミック鋳型に液状金属を注入し、前記液状金属を凝固させて前記鋳造部品を形成し、前記セラミック鋳型は、
    （１）コア部とシェル部であって、前記コア部と前記シェル部との間に少なくとも１つのキャビティとを有し、前記キャビティが、鋳造及び前記セラミック鋳型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、
    （２）前記コア部と前記シェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントが前記コア部と前記シェル部との間にまたがり、前記鋳造部品における穴を画定し、前記フィラメントの少なくとも一部及び／又は前記コア部は、中空管の形状をしている、複数のフィラメントと、を含み、
    （ｂ）前記鋳造部品の前記穴を通してセラミックコアの少なくとも一部を浸出させることによって、前記鋳造部品からセラミック鋳型を取り外すこと、
    を含む方法。
  10. 前記鋳造部品から前記セラミック鋳型を取り外すことが、機械的な力と化学的な浸出の組み合わせを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記フィラメントの外径が、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有する、請求項９に記載の方法。
  12. 前記中空管の内径が、前記フィラメントの外径の断面積の少なくとも５０％である内径断面積を有する、請求項９に記載の方法。
  13. 前記コア部が、コア中空管構造によって画定され、前記コア中空管構造が、前記コア部の外径の断面積の少なくとも８０％である内径断面積を有する、請求項９に記載の方法。
  14. コア部とシェル部であって、前記コア部と前記シェル部との間に少なくとも１つのキャビティを有し、前記キャビティが鋳造及びセラミック鋳型の取り外しによって鋳造部品の形状を画定するように適合される、コア部とシェル部と、
    前記コア部と前記シェル部とを接合する複数のフィラメントであって、各フィラメントが前記コア部と前記シェル部との間にまたがり、前記鋳造部品における穴を画定し、前記フィラメントの少なくとも一部及び／又は前記コア部は、中空管の形状をしている、複数のフィラメントと、
    を含むセラミック鋳型。
  15. 前記フィラメントの外径が、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有する、請求項１４に記載のセラミック鋳型。
  16. 前記中空管の内径が、前記フィラメントの前記外径の断面積の少なくとも５０％である内径断面積を有する、請求項１５に記載のセラミック鋳型。
  17. 前記中空管の内径が、前記フィラメントの前記外径の断面積の少なくとも６０％である内径断面積を有する、請求項１５に記載のセラミック鋳型。
  18. 前記フィラメントが湾曲した外面を有する、請求項１４に記載のセラミック鋳型。
  19. 前記コア部が、コア中空管構造によって画定される、請求項１４に記載のセラミック鋳型。
  20. コア中空管構造が、前記コア部の外径の断面積の少なくとも８０％である内径断面積を有する、請求項１４に記載のセラミック鋳型。
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