JP2020501907A - 薄い根元構成要素を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造 - Google Patents

薄い根元構成要素を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造 Download PDF

Info

Publication number
JP2020501907A
JP2020501907A JP2019531710A JP2019531710A JP2020501907A JP 2020501907 A JP2020501907 A JP 2020501907A JP 2019531710 A JP2019531710 A JP 2019531710A JP 2019531710 A JP2019531710 A JP 2019531710A JP 2020501907 A JP2020501907 A JP 2020501907A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine blade
vane
ceramic
core
mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019531710A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6974466B2 (ja
Inventor
ガライ、グレゴリー、テレンス
ヤン、シ
ダイネス、ジェームズ、ハーバート
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2020501907A publication Critical patent/JP2020501907A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6974466B2 publication Critical patent/JP6974466B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C13/00—Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes
    • B22C13/08—Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes for shell moulds or shell cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C13/00—Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes
    • B22C13/12—Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes for cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/103—Multipart cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots
    • B22D29/001—Removing cores
    • B22D29/002—Removing cores by leaching, washing or dissolving
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B7/00—Moulds; Cores; Mandrels
    • B28B7/34—Moulds, cores, or mandrels of special material, e.g. destructible materials
    • B28B7/346—Manufacture of moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3807—Resin-bonded materials, e.g. inorganic particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/005—Selecting particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3842—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining
    • B29C2033/385—Manufacturing moulds, e.g. shaping the mould surface by machining by laminating a plurality of layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2509/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2503/00 - B29K2507/00, as filler
    • B29K2509/02—Ceramics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/757—Moulds, cores, dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本開示は、一般に、タービンブレード又は静翼の薄い根元構成要素（すなわち、エンジェルウィング、スカート、ダンパラグ）に対応する凹み構造を提供する一体型コアシェルインベストメント鋳型に関する。

Description

本開示は、一般にインベストメント鋳造コアシェル型構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、及びこれらの構成要素を利用する方法に関する。本発明によって製造されたコアシェル型は、薄い根元（ｔｈｉｎ ｒｏｏｔ）構成要素を形成するために利用される、型のコアとシェル型との間の一体化セラミック凹み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）を含む。薄い根元構成要素には、これらの型から製造されるタービンブレード又は静翼（ｖａｎｅ）のエンジェルウィング、ダンパラグ及びスカートがある。一体型コアシェル型は、ジェット航空機エンジン用のタービンブレード及び静翼、又は発電用タービン構成要素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構成要素及び部品を必要とし、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。エンジン部品及び構成要素を製造するための従来技術は、インベストメント鋳造又はロストワックス鋳造の面倒な工程を含む。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動翼の製造を含む。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つ以上の入口を有するブレードのスパンに沿って延びる径方向チャネルを有する中空の翼形部（ａｉｒｆｏｉｌ）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翼形部の中央に配置された蛇行チャネルを含む。翼形部は、通常、翼形部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、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に示す多数のステップを含む。第１に、タービンブレードの内側に望まれる入り組んだ冷却通路に適合するように精密セラミックコアが製造される。その翼形部、プラットフォーム、及び一体型ダブテールを含むタービンブレードの精密な３次元外面を画定する精密なダイ又は型も作られる。このような型構造の概略図を図２に示す。セラミックコア２００は、間に空間又は空隙を形成する２つのダイ半体の内側に組み立てられ、この空間又は空隙が結果として生じるブレードの金属部分を画定する。組み立てられたダイにワックスが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つのダイ半体は分割され、成形ワックスから除去される。成形ワックスは、所望のブレードの精密な構成を有し、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、溶融超合金金属がシェル内に注入されて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。溶融金属を冷却して凝固させ、次いで外部シェル２０２ならびに内部コア２００及び先端プレナム２０４を適切に除去して、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材料を除去するための経路を設けるために、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ピンを形成し、これは後にろう付け閉鎖しなければならない。
鋳造タービンブレードはその後、これに限定されるわけではないが、内部に導かれた冷却空気のための出口を設けるのが望ましいように、翼形部の側壁を通るフィルム冷却孔の適切な列の穿孔といった追加の鋳造後修正を受けることができ、これによって、ガスタービンエンジンの運転中に、翼形部の外面上に保護用の冷却空気膜又はブランケットが形成される。タービンブレードがセラミック型から除去された後、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通路を提供するために後でろう付け閉鎖される通路を形成する。しかしながら、これらの鋳造後の修正は制限されており、タービンエンジンの複雑さが増え続けていることや、タービンブレード内の特定の冷却回路の認識されている効率性を考慮すると、より複雑で入り組んだ内部形状が必要とされる。インベストメント鋳造は、これらの部品を製造することができるが、位置精度及び入り組んだ内部形状は、これらの従来の製造方法を使用して製造することがより複雑になる。したがって、入り組んだ内部空隙を有する３次元構成要素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。
「ブレードスカート」と題された米国特許第９，０３９，３８２号明細書は、ブレード根元の詳細を含むタービンブレードについて記載している。ブレード３００は通常、翼形部３０２、プラットフォーム３０４、シャンク３０６、及びモミの木構造を有するマルチローブダブテール３０８を有する。ブレード３００の前方側には、前方エンジェルウィング３１０がある。ブレード３００の後方側には、遠位後方エンジェルウィング３１２があり、その径方向内側には遠位後方エンジェルウィング３１２との間に間隙を有する近位後方エンジェルウィング３１４がある。後方近位エンジェルウィング３１４の近位には、ブレードスカート３１８に融合するフィレット３１６がある。ブレード３００の前方側と後方側との間のシャンク部分３０６内に凹部を設けることができる。その凹部内には、ダンパ（図示せず）を保持するために互いに関連して使用される前方ダンパ保持ラグ３２４及び後方ダンパ保持ラグ３２６がある。ダブテール部３０８は、ダブテールローブ３２８がロータと噛み合ってブレードを径方向に所定位置に固定するように、ロータ（図示せず）に挿入される。
インベストメント鋳造工程の間に、図３に示す構造全体がワックス形態で用意され、次いでセラミックシェルがワックスの上に形成される。タービンブレードの根元部分に突出する特徴（すなわち、エンジェルウィング、ブレードスカート、ダンパラグ）が十分に厚くされない限り、これらの特徴は、ワックス型からの除去時、ワックスの処理中、最終金属部分の処理中、又はセラミックシェルの形成中に変形する。例えば、エンジェルウィング、スカート及びダンパラグの最小寸法は、２５ミル（０．６４ｍｍ）より大きくなければならず、好ましくは３０ミル（０．８ｍｍ）より大きくなければならない。
鋳造工程の最終製品において細部の詳細な鋳造特徴を提供できる、より高精細な方法を使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、タービンブレードのためのセラミック型（ｃｅｒａｍｉｃ ｍｏｌｄ）の製造方法に関する。この方法は、（ａ）加工物の硬化部分を液体セラミックフォトポリマーと接触させる、（ｂ）硬化部分に隣接する液体セラミックフォトポリマーの一部に液体セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して光照射する、（ｃ）未硬化の液体セラミックフォトポリマーから加工物を除去する、（ｄ）セラミック型が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップを含み、セラミック型は、コア部分及びシェル部分を備え、前記コア部分と前記シェル部分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、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されるコア部分及びシェル部分と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティとを含む。ステップ（ｄ）の後、工程は、鋳造構成要素を形成するために鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させるステップ（ｅ）をさらに含んでもよい。ステップ（ｅ）の後、工程は、型を鋳造構成要素から除去するステップ（ｆ）をさらに含むことができ、このステップは、好ましくは、機械力とアルカリ浴中での化学的浸出との組み合わせを含む。
他の態様では、本発明は、タービンブレード又は静翼を用意する方法に関する。この方法は、タービンブレード又は静翼を形成するために液体金属をセラミック鋳型に注入し、液体金属を凝固させるステップを含み、セラミック鋳型は、コア部分及びシェル部分を備え、前記コア部分と前記シェル部分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、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されるコア部分及びシェル部分と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティとを含む。
別の態様では、本発明は、コア部分及びシェル部分を有し、コア部分とシェル部分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、セラミック型の鋳造及び除去の際に鋳造構成要素の形状を画定するように適合されるコア部分及びシェル部分と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定するキャビティとを有するセラミック鋳型に関する。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。
さらに別の態様では、本発明は、内部キャビティ及び外側表面と、内部キャビティと外側表面との間の流体連通を提供する複数の冷却孔と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素とを有する単結晶金属タービンブレード又は静翼に関する。好ましくは、単結晶金属は超合金である。
一態様では、タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する。別の態様では、タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
一態様では、タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである。
従来のインベストメント鋳造のステップを示すフロー図である。 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一例を示す概略図である。 コア部分とシェル部分とを結ぶ結合部を有する先行技術の一体型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横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法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横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法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横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法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。 本発明の実施形態によって製造されたタービンブレードの根元部分の斜視図を示す。
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を意図されていない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を提供するための特定の詳細を含む。しかしながら、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は明らかであろう。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、静翼、及びシュラウド構成要素などの単結晶ニッケル基超合金鋳造部品の製造は、本発明によって有利に製造することができる。しかしながら、他の鋳造金属構成要素は、本発明の技術及び一体型セラミック型を用いて製造することができる。
本発明者らは、タービンブレード及び静翼を製造するための既知の従来の方法、すなわちインベストメント鋳造法は、薄い根元要素を有するタービンブレード及び静翼を製造するのに必要な微細解像度能力を欠いていることを認識した。特に、インベストメント鋳造におけるワックス処理ステップでは、ブレード又は静翼の根元要素を所望のように薄く又は細くすることができるタービンブレード製造能力には厳しい制限がある。
本発明者らは、本発明の一体型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、プロセスが行われるにつれて上昇する造形プラットフォーム上に、光を投射する樹脂タンクの底部の窓を通してポリマーの光硬化が起こるという点で、粉末床法及びＳＬＡプロセスとは異なる。ＤＬＰを用いると、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、下にある窓と造形物の最後の硬化層との間で重合が起こる。下にある窓は、別の支持構造を必要とせずに材料の薄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薄いフィラメントを製造することは困難であり、従来技術において一般的に回避されていた。例えば、ロールスロイス社に譲渡された米国特許第８，８５１，１５１号は、長さと直径がほぼ等しい短いシリンダと連結された垂直プレート構造を使用したセラミックコアシェル型を製造する３Ｄ印刷方法について記載している。‘１５１号において開示された粉末床及びＳＬＡ技術が垂直に支持されたセラミック構造を必要とし、また、この技術では、鋳造タービンブレードの薄いタービンブレード根元構成要素（すなわち、エンジェルウィング、ダンパラグ、スカート）に対応する薄い凹み又は凹部を確実に形成することができないという事実によって、千鳥状の垂直キャビティが必要とされる。さらに、粉末床内で利用可能な解像度は、およそ１／８インチ（３．２ｍｍ）であり、薄いタービンブレード根元構成要素の製造は実用的ではない。例えば、これらの薄いタービンブレード根元構成要素は、一般に０．６４ｍｍ未満、好ましくは０．１〜０．６ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．５ｍｍの最小寸法を有する。本明細書で使用する場合、用語「最小寸法」は「最小可能寸法」を意味する。そのような寸法のタービンブレード根元構成要素の製造は、粉末床法では事実上利用できない解像度を必要とする。同様に、ステレオリソグラフィは、支持体の欠如及びレーザ散乱に関連する解像度の問題のために、そのような薄い凹みを生成する能力において制限がある。しかし、ＤＬＰが凹みの全長を露光し、それを窓と構築板との間に支持するという事実は、所望の最小寸法を有する十分に薄い凹みを製造することを可能にする。粉末床法及びＳＬＡは凹みを生成するために使用され得るが、それらが上述のように十分に微細な凹みを生成する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、ならびに国際公開２０１０／０４５９５０Ａ１号及び米国特許第２０１１３１０３７０号に開示されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれ、図４〜図８を参照して以下に論じられる。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、造形中の層に望ましい形状でタンク底部４０６に露光フィールドを生成する。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強度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おり、これは、露光ユニット４１０の上方の領域においてタンク底部４０６上で高さ調整可能な方法で保持されるように、持ち上げ機構（図示せず）によって支持されている。製造プラットフォーム４１２は、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の上のさらなる露光ユニットによって光を入射させることができるように透明又は半透明であってもよく、製造プラットフォームは、製造プラットフォーム上で最初に硬化した層がさらに高い信頼性で接着するように上から露光することもできる。
タンク４０４は、高粘性光重合性材料４２０の充填物を収容する。充填物の材料レベルは、位置選択的露光用に画定されることが意図されている層の厚さよりはるかに高い。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、（第１の露光ステップの前に）その下側が光重合性材料４２０の充填物に浸されるように、そして製造プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間に所望の層厚Δ（図５参照）が精密に残るようにタンク底部４０６に近づくように昇降機構によって制御された方法で下げられる。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。層厚Δが設定された後、所望の位置選択層露光がこの層に対して行われ、これを所望の形状に硬化させる。特に第１の層を形成するとき、上からの露光もまた透明又は半透明の製造プラットフォーム４１２を介して行われるので、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り、それゆえ、第１の層の製造プラットフォーム４１２への良好な接着が保証される。層が形成された後、製造プラットフォームは昇降機構によって再び持ち上げられる。
続いてこれらのステップが数回繰り返され、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厚Δに設定され、その上の次の層が所望の方法で位置選択的に硬化される。
露光ステップ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に示すように、露光領域では、材料が不足している。これは、厚さΔで層を硬化させた後、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た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、既に形成された成形体の下側とタンク底部４０６との間で失われた光重合性材料は、露光領域を囲む領域からの光重合性材料４２０の充填物から充填されなければならない。しかしながら、粘度が高いので材料自体が成形体の下側とタンク底部との間の露光領域に逆流することはなく、材料の窪み又は「孔」がここに残ることがある。
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の充填物中で移動させる。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間に引っ張られた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内に移動可能に取り付けられてもよく、その結果、支持アーム４３０間に引っ張られたワイヤ４３２は、ガイドスロット４３４内の支持アーム４３０を移動することによって、タンク４０４に対してタンク底部４０６に平行に移動できる。細長い混合要素４３２は寸法を有し、細長い混合要素４３２の上端が露光領域の外側のタンク内の光重合性材料４２０の充填物の材料レベルより下に留まるように、その動きはタンク底部に対して案内される。図８の断面図に見られるように、混合要素４３２はワイヤの全長にわたってタンク内の材料レベルより下にあり、支持アーム４３０のみがタンク内の材料レベルを超えて突出している。細長い混合要素をタンク４０４内の材料レベルより下に配置することの効果は、細長い混合要素４３２が露光領域の中でタンクに対する移動中にその前にある材料を実質的に移動させるのではなく、むしろわずかな上方移動の実行中にこの材料が混合要素４３２上を流れることである。図６に示す位置から、例えば矢印Ａで示す方向の新しい位置への混合要素４３２の移動が図７に示されている。タンク内の光重合性材料に対するこの種の作用によって、製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間で材料が枯渇した露光領域に逆流するように材料が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、露光領域の中における製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間の細長い混合要素４３２の所望の移動を達成するために、ガイドスロット４３４に沿って支持アーム４３０を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における支持アーム４３０の下縁部の移動を妨げることなく、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。
本発明の一体型コアシェル型を用意するために、ＤＬＰの他の代替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上に配置されてもよい。連続する構築ステップの間に加工物が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。
本発明は、０．６４ｍｍ未満の根元特徴最小寸法を有するタービンブレード及び静翼を製造するために使用することができる。図９に示すように、ブレード９００は、エアフォイル９０２、プラットフォーム９０４、シャンク９０６、及びモミの木構造を有するマルチローブダブテール９０８を有する。エンジェルウィング９１０、９１２、９１４、スカート９１８、及びダンパ保持突起９２４、９２６は、好ましくは０．６４ｍｍ未満の厚さを有する。一般に、エンジェルウィングの厚さは０．１〜０．６ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲であり得る。タービンブレード又は静翼の根元特徴の寸法がより薄くなると、大幅な軽量化が可能になり、新規な設計が可能になる。図９に示すブレードの特定の設計は例示目的のみのためであり、決して本発明を限定するものではないことが理解されるであろう。タービンブレード及び静翼は一般的に根本特徴を有し、これらのタービンブレード又は静翼の設計は軽量化を達成するために本発明の方法を使用して用意できることに留意されたい。
本発明によ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。溶融金属を型に流し込んで、一体のコアシェル型によって提供される形状を有しかつ特徴を有する鋳造物体を形成することができる。タービンブレード又は静翼の場合、溶融金属は、従来のインベストメント鋳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静翼に形成される超合金金属であることが好ましい。
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。
「一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３６／２８４９７６で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「浮動先端プレナムを有する一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３７／２８４９９７で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するためのマルチピース一体型コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３３／２８４９０９で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するための標準的なスタンドオフ及び／又はバンパを備えたマルチピース一体型コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００４２／２８４９０９Ａで２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するための印刷されたチューブを有する一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３２／２８４９１７で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造及びフィルタ」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３９／２８５０２１で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「非直線孔を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００４１／２８５０６４で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許第［］号。
「アクセス不能な位置に冷却孔を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００５５／２８５０６４Ａで２０１６年１２月１３日に出願された米国特許第［］号。
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たコアシェル型と共に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、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ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含めて当業者が本発明を実施することを可能にするために例を使用する。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、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言とごくわずかに異なる同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲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の態様、ならびにそのような各態様に対する他の既知の同等物は、本願の原理によ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構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、及びこれらの構成要素を利用する方法に関する。本発明によって製造されたコアシェル型は、薄い根元（ｔｈｉｎ ｒｏｏｔ）構成要素を形成するために利用される、型のコアとシェル型との間の一体化セラミック凹み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）を含む。薄い根元構成要素には、これらの型から製造されるタービンブレード又は静翼（ｖａｎｅ）のエンジェルウィング、ダンパラグ及びスカートがある。一体型コアシェル型は、ジェット航空機エンジン用のタービンブレード及び静翼、又は発電用タービン構成要素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構成要素及び部品を必要とし、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。エンジン部品及び構成要素を製造するための従来技術は、インベストメント鋳造又はロストワックス鋳造の面倒な工程を含む。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動翼の製造を含む。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つ以上の入口を有するブレードのスパンに沿って延びる径方向チャネルを有する中空の翼形部（ａｉｒｆｏｉｌ）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翼形部の中央に配置された蛇行チャネルを含む。翼形部は、通常、翼形部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、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に示す多数のステップを含む。第１に、タービンブレードの内側に望まれる入り組んだ冷却通路に適合するように精密セラミックコアが製造される。その翼形部、プラットフォーム、及び一体型ダブテールを含むタービンブレードの精密な３次元外面を画定する精密なダイ又は型も作られる。このような型構造の概略図を図２に示す。セラミックコア２００は、間に空間又は空隙を形成する２つのダイ半体の内側に組み立てられ、この空間又は空隙が結果として生じるブレードの金属部分を画定する。組み立てられたダイにワックスが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つのダイ半体は分割され、成形ワックスから除去される。成形ワックスは、所望のブレードの精密な構成を有し、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、溶融超合金金属がシェル内に注入されて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。溶融金属を冷却して凝固させ、次いで外部シェル２０２ならびに内部コア２００及び先端プレナム２０４を適切に除去して、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材料を除去するための経路を設けるために、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ピンを形成し、これは後にろう付け閉鎖しなければならない。
鋳造タービンブレードはその後、これに限定されるわけではないが、内部に導かれた冷却空気のための出口を設けるのが望ましいように、翼形部の側壁を通るフィルム冷却孔の適切な列の穿孔といった追加の鋳造後修正を受けることができ、これによって、ガスタービンエンジンの運転中に、翼形部の外面上に保護用の冷却空気膜又はブランケットが形成される。タービンブレードがセラミック型から除去された後、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通路を提供するために後でろう付け閉鎖される通路を形成する。しかしながら、これらの鋳造後の修正は制限されており、タービンエンジンの複雑さが増え続けていることや、タービンブレード内の特定の冷却回路の認識されている効率性を考慮すると、より複雑で入り組んだ内部形状が必要とされる。インベストメント鋳造は、これらの部品を製造することができるが、位置精度及び入り組んだ内部形状は、これらの従来の製造方法を使用して製造することがより複雑になる。したがって、入り組んだ内部空隙を有する３次元構成要素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。
「ブレードスカート」と題された米国特許第９，０３９，３８２号明細書は、ブレード根元の詳細を含むタービンブレードについて記載している。ブレード３００は通常、翼形部３０２、プラットフォーム３０４、シャンク３０６、及びモミの木構造を有するマルチローブダブテール３０８を有する。ブレード３００の前方側には、前方エンジェルウィング３１０がある。ブレード３００の後方側には、遠位後方エンジェルウィング３１２があり、その径方向内側には遠位後方エンジェルウィング３１２との間に間隙を有する近位後方エンジェルウィング３１４がある。後方近位エンジェルウィング３１４の近位には、ブレードスカート３１８に融合するフィレット３１６がある。ブレード３００の前方側と後方側との間のシャンク部分３０６内に凹部を設けることができる。その凹部内には、ダンパ（図示せず）を保持するために互いに関連して使用される前方ダンパ保持ラグ３２４及び後方ダンパ保持ラグ３２６がある。ダブテール部３０８は、ダブテールローブ３２８がロータと噛み合ってブレードを径方向に所定位置に固定するように、ロータ（図示せず）に挿入される。
インベストメント鋳造工程の間に、図３に示す構造全体がワックス形態で用意され、次いでセラミックシェルがワックスの上に形成される。タービンブレードの根元部分に突出する特徴（すなわち、エンジェルウィング、ブレードスカート、ダンパラグ）が十分に厚くされない限り、これらの特徴は、ワックス型からの除去時、ワックスの処理中、最終金属部分の処理中、又はセラミックシェルの形成中に変形する。例えば、エンジェルウィング、スカート及びダンパラグの最小寸法は、２５ミル（０．６４ｍｍ）より大きくなければならず、好ましくは３０ミル（０．８ｍｍ）より大きくなければならない。
鋳造工程の最終製品において細部の詳細な鋳造特徴を提供できる、より高精細な方法を使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、タービンブレードのためのセラミック型（ｃｅｒａｍｉｃ ｍｏｌｄ）の製造方法に関する。この方法は、（ａ）加工物の硬化部分を液体セラミックフォトポリマーと接触させる、（ｂ）硬化部分に隣接する液体セラミックフォトポリマーの一部に液体セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して光照射する、（ｃ）未硬化の液体セラミックフォトポリマーから加工物を除去する、（ｄ）セラミック型が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップを含み、セラミック型は、コア部分及びシェル部分を備え、前記コア部分と前記シェル部分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、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されるコア部分及びシェル部分と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティとを含む。ステップ（ｄ）の後、工程は、鋳造構成要素を形成するために鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させるステップ（ｅ）をさらに含んでもよい。ステップ（ｅ）の後、工程は、型を鋳造構成要素から除去するステップ（ｆ）をさらに含むことができ、このステップは、好ましくは、機械力とアルカリ浴中での化学的浸出との組み合わせを含む。
他の態様では、本発明は、タービンブレード又は静翼を用意する方法に関する。この方法は、タービンブレード又は静翼を形成するために液体金属をセラミック鋳型に注入し、液体金属を凝固させるステップを含み、セラミック鋳型は、コア部分及びシェル部分を備え、前記コア部分と前記シェル部分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、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されるコア部分及びシェル部分と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティとを含む。
別の態様では、本発明は、コア部分及びシェル部分を有し、コア部分とシェル部分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、セラミック型の鋳造及び除去の際に鋳造構成要素の形状を画定するように適合されるコア部分及びシェル部分と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定するキャビティとを有するセラミック鋳型に関する。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。
さらに別の態様では、本発明は、内部キャビティ及び外側表面と、内部キャビティと外側表面との間の流体連通を提供する複数の冷却孔と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素とを有する単結晶金属タービンブレード又は静翼に関する。好ましくは、単結晶金属は超合金である。
一態様では、タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する。別の態様では、タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
一態様では、タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである。
従来のインベストメント鋳造のステップを示すフロー図である。 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一例を示す概略図である。 コア部分とシェル部分とを結ぶ結合部を有する先行技術の一体型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横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法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横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法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横断面図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法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。 本発明の実施形態によって製造されたタービンブレードの根元部分の斜視図を示す。
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を意図されていない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を提供するための特定の詳細を含む。しかしながら、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は明らかであろう。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、静翼、及びシュラウド構成要素などの単結晶ニッケル基超合金鋳造部品の製造は、本発明によって有利に製造することができる。しかしながら、他の鋳造金属構成要素は、本発明の技術及び一体型セラミック型を用いて製造することができる。
本発明者らは、タービンブレード及び静翼を製造するための既知の従来の方法、すなわちインベストメント鋳造法は、薄い根元要素を有するタービンブレード及び静翼を製造するのに必要な微細解像度能力を欠いていることを認識した。特に、インベストメント鋳造におけるワックス処理ステップでは、ブレード又は静翼の根元要素を所望のように薄く又は細くすることができるタービンブレード製造能力には厳しい制限がある。
本発明者らは、本発明の一体型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、プロセスが行われるにつれて上昇する造形プラットフォーム上に、光を投射する樹脂タンクの底部の窓を通してポリマーの光硬化が起こるという点で、粉末床法及びＳＬＡプロセスとは異なる。ＤＬＰを用いると、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、下にある窓と造形物の最後の硬化層との間で重合が起こる。下にある窓は、別の支持構造を必要とせずに材料の薄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薄いフィラメントを製造することは困難であり、従来技術において一般的に回避されていた。例えば、ロールスロイス社に譲渡された米国特許第８，８５１，１５１号は、長さと直径がほぼ等しい短いシリンダと連結された垂直プレート構造を使用したセラミックコアシェル型を製造する３Ｄ印刷方法について記載している。‘１５１号において開示された粉末床及びＳＬＡ技術が垂直に支持されたセラミック構造を必要とし、また、この技術では、鋳造タービンブレードの薄いタービンブレード根元構成要素（すなわち、エンジェルウィング、ダンパラグ、スカート）に対応する薄い凹み又は凹部を確実に形成することができないという事実によって、千鳥状の垂直キャビティが必要とされる。さらに、粉末床内で利用可能な解像度は、およそ１／８インチ（３．２ｍｍ）であり、薄いタービンブレード根元構成要素の製造は実用的ではない。例えば、これらの薄いタービンブレード根元構成要素は、一般に０．６４ｍｍ未満、好ましくは０．１〜０．６ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．５ｍｍの最小寸法を有する。本明細書で使用する場合、用語「最小寸法」は「最小可能寸法」を意味する。そのような寸法のタービンブレード根元構成要素の製造は、粉末床法では事実上利用できない解像度を必要とする。同様に、ステレオリソグラフィは、支持体の欠如及びレーザ散乱に関連する解像度の問題のために、そのような薄い凹みを生成する能力において制限がある。しかし、ＤＬＰが凹みの全長を露光し、それを窓と構築板との間に支持するという事実は、所望の最小寸法を有する十分に薄い凹みを製造することを可能にする。粉末床法及びＳＬＡは凹みを生成するために使用され得るが、それらが上述のように十分に微細な凹みを生成する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、ならびに国際公開２０１０／０４５９５０Ａ１号及び米国特許第２０１１３１０３７０号に開示されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれ、図４〜図８を参照して以下に論じられる。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、造形中の層に望ましい形状でタンク底部４０６に露光フィールドを生成する。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強度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おり、これは、露光ユニット４１０の上方の領域においてタンク底部４０６上で高さ調整可能な方法で保持されるように、持ち上げ機構（図示せず）によって支持されている。製造プラットフォーム４１２は、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の上のさらなる露光ユニットによって光を入射させることができるように透明又は半透明であってもよく、製造プラットフォームは、製造プラットフォーム上で最初に硬化した層がさらに高い信頼性で接着するように上から露光することもできる。
タンク４０４は、高粘性光重合性材料４２０の充填物を収容する。充填物の材料レベルは、位置選択的露光用に画定されることが意図されている層の厚さよりはるかに高い。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、（第１の露光ステップの前に）その下側が光重合性材料４２０の充填物に浸されるように、そして製造プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間に所望の層厚Δ（図５参照）が精密に残るようにタンク底部４０６に近づくように昇降機構によって制御された方法で下げられる。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。層厚Δが設定された後、所望の位置選択層露光がこの層に対して行われ、これを所望の形状に硬化させる。特に第１の層を形成するとき、上からの露光もまた透明又は半透明の製造プラットフォーム４１２を介して行われるので、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り、それゆえ、第１の層の製造プラットフォーム４１２への良好な接着が保証される。層が形成された後、製造プラットフォームは昇降機構によって再び持ち上げられる。
続いてこれらのステップが数回繰り返され、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厚Δに設定され、その上の次の層が所望の方法で位置選択的に硬化される。
露光ステップ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に示すように、露光領域では、材料が不足している。これは、厚さΔで層を硬化させた後、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た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、既に形成された成形体の下側とタンク底部４０６との間で失われた光重合性材料は、露光領域を囲む領域からの光重合性材料４２０の充填物から充填されなければならない。しかしながら、粘度が高いので材料自体が成形体の下側とタンク底部との間の露光領域に逆流することはなく、材料の窪み又は「孔」がここに残ることがある。
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の充填物中で移動させる。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間に引っ張られた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内に移動可能に取り付けられてもよく、その結果、支持アーム４３０間に引っ張られたワイヤ４３２は、ガイドスロット４３４内の支持アーム４３０を移動することによって、タンク４０４に対してタンク底部４０６に平行に移動できる。細長い混合要素４３２は寸法を有し、細長い混合要素４３２の上端が露光領域の外側のタンク内の光重合性材料４２０の充填物の材料レベルより下に留まるように、その動きはタンク底部に対して案内される。図８の断面図に見られるように、混合要素４３２はワイヤの全長にわたってタンク内の材料レベルより下にあり、支持アーム４３０のみがタンク内の材料レベルを超えて突出している。細長い混合要素をタンク４０４内の材料レベルより下に配置することの効果は、細長い混合要素４３２が露光領域の中でタンクに対する移動中にその前にある材料を実質的に移動させるのではなく、むしろわずかな上方移動の実行中にこの材料が混合要素４３２上を流れることである。図６に示す位置から、例えば矢印Ａで示す方向の新しい位置への混合要素４３２の移動が図７に示されている。タンク内の光重合性材料に対するこの種の作用によって、製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間で材料が枯渇した露光領域に逆流するように材料が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、露光領域の中における製造プラットフォーム４１２と露光ユニット４１０との間の細長い混合要素４３２の所望の移動を達成するために、ガイドスロット４３４に沿って支持アーム４３０を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における支持アーム４３０の下縁部の移動を妨げることなく、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。
本発明の一体型コアシェル型を用意するために、ＤＬＰの他の代替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上に配置されてもよい。連続する構築ステップの間に加工物が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。
本発明は、０．６４ｍｍ未満の根元特徴最小寸法を有するタービンブレード及び静翼を製造するために使用することができる。図９に示すように、ブレード９００は、エアフォイル９０２、プラットフォーム９０４、シャンク９０６、及びモミの木構造を有するマルチローブダブテール９０８を有する。エンジェルウィング９１０、９１２、９１４、スカート９１８、及びダンパ保持突起９２４、９２６は、好ましくは０．６４ｍｍ未満の厚さを有する。一般に、エンジェルウィングの厚さは０．１〜０．６ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲であり得る。タービンブレード又は静翼の根元特徴の寸法がより薄くなると、大幅な軽量化が可能になり、新規な設計が可能になる。図９に示すブレードの特定の設計は例示目的のみのためであり、決して本発明を限定するものではないことが理解されるであろう。タービンブレード及び静翼は一般的に根本特徴を有し、これらのタービンブレード又は静翼の設計は軽量化を達成するために本発明の方法を使用して用意できることに留意されたい。
本発明によ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。溶融金属を型に流し込んで、一体のコアシェル型によって提供される形状を有しかつ特徴を有する鋳造物体を形成することができる。タービンブレード又は静翼の場合、溶融金属は、従来のインベストメント鋳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静翼に形成される超合金金属であることが好ましい。
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。
「一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３６／２８４９７６で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「浮動先端プレナムを有する一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３７／２８４９９７で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するためのマルチピース一体型コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３３／２８４９０９で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するための標準的なスタンドオフ及び／又はバンパを備えたマルチピース一体型コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００４２／２８４９０９Ａで２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するための印刷されたチューブを有する一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３２／２８４９１７で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造及びフィルタ」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００３９／２８５０２１で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願第［］号。
「非直線孔を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００４１／２８５０６４で２０１６年１２月１３日に出願された米国特許第［］号。
「アクセス不能な位置に冷却孔を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００５５／２８５０６４Ａで２０１６年１２月１３日に出願された米国特許第［］号。
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たコアシェル型と共に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、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ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含めて当業者が本発明を実施することを可能にするために例を使用する。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、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言とごくわずかに異なる同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲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の態様、ならびにそのような各態様に対する他の既知の同等物は、本願の原理によ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記載によって示される。
タービンブレード又は静翼のためのセラミック型を製造する方法であって、（ａ）加工物の硬化部分を液体セラミックフォトポリマーと接触させ、（ｂ）前記硬化部分に隣接する前記液体セラミックフォトポリマーの一部に、前記液体セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して光を照射し、（ｃ）未硬化の前記液体セラミックフォトポリマーから前記加工物を取り出し、（ｄ）セラミック型が形成されるまで、ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返す、ことを含む、方法であって、前記セラミック型は、（１）コア部分とシェル部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する前記コア部分及び前記シェル部分であって、前記キャビティは、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されている、コア部分及びシェル部分と、（２）０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティと、を含む、方法。
プロセスは、ステップ（ｄ）の後に、鋳造構成要素を形成するために鋳型に液体金属を注入し、前記液体金属を凝固させるステップ（ｅ）を含む。
前記プロセスは、ステップ（ｅ）の後に、前記鋳造構成要素から前記型を除去するステップ（ｆ）を含む。
前記鋳造構成要素から前記型を除去するステップは、機械力と化学的浸出との組み合わせを含む。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである。
タービンブレード又は静翼を製造する方法であって、（ａ）前記タービンブレード又は静翼を形成するために液体金属をセラミック鋳型に注入し、前記液体金属を凝固させることであって、前記セラミック鋳型は、（１）コア部分とシェル部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する前記コア部分及び前記シェル部分であって、前記キャビティは、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されている、コア部分及びシェル部分と、（２）０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティと、を含み（ｂ）前記タービンブレード又は静翼の孔を通して、前記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、鋳造構成要素から前記セラミック鋳型を除去する、ことを含む、方法。
前記鋳造構成要素から前記セラミック鋳型を除去することは、機械力と化学的浸出との組み合わせを含む。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである。
コア部分とシェル部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する前記コア部分及び前記シェル部分であって、前記キャビティは、セラミック型の鋳造及び除去の際に鋳造構成要素の形状を画定するように適合されている、コア部分及びシェル部分と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティと、を含む、セラミック鋳型。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである。
内部キャビティ及び外側表面と、前記内部キャビティと前記外側表面との間の流体連通を提供する複数の冷却孔と、０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレードの根元構成要素と、を有する、単結晶金属タービンブレード又は静翼。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する。
前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである。
前記単結晶金属は、超合金である。

Claims (20)

  1. タービンブレード又は静翼のためのセラミック型を製造する方法であって、
    （ａ）加工物の硬化部分を液体セラミックフォトポリマーと接触させ、
    （ｂ）前記硬化部分に隣接する前記液体セラミックフォトポリマーの一部に、前記液体セラミックフォトポリマーに接触する窓を通して光を照射し、
    （ｃ）未硬化の前記液体セラミックフォトポリマーから前記加工物を取り出し、
    （ｄ）セラミック型が形成されるまで、ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返す、
    ことを含む、方法であって、
    前記セラミック型は、
    （１）コア部分とシェル部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する前記コア部分及び前記シェル部分であって、前記キャビティは、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されている、コア部分及びシェル部分と、
    （２）０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティと、
    を含む、方法。
  2. プロセスは、ステップ（ｄ）の後に、鋳造構成要素を形成するために鋳型に液体金属を注入し、前記液体金属を凝固させるステップ（ｅ）を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記プロセスは、ステップ（ｅ）の後に、前記鋳造構成要素から前記型を除去するステップ（ｆ）を含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記鋳造構成要素から前記型を除去するステップは、機械力と化学的浸出との組み合わせを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである、請求項１に記載の方法。
  8. タービンブレード又は静翼を製造する方法であって、
    （ａ）前記タービンブレード又は静翼を形成するために液体金属をセラミック鋳型に注入し、前記液体金属を凝固させることであって、
    前記セラミック鋳型は、
    （１）コア部分とシェル部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する前記コア部分及び前記シェル部分であって、前記キャビティは、前記セラミック型の鋳造及び除去の際に前記タービンブレード又は静翼の形状を画定するように適合されている、コア部分及びシェル部分と、
    （２）０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティと、
    を含み
    （ｂ）前記タービンブレード又は静翼の孔を通して、前記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、鋳造構成要素から前記セラミック鋳型を除去する、
    ことを含む、方法。
  9. 前記鋳造構成要素から前記セラミック鋳型を除去することは、機械力と化学的浸出との組み合わせを含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する、請求項８に記載の方法。
  11. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである、請求項８に記載の方法。
  12. コア部分とシェル部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する前記コア部分及び前記シェル部分であって、前記キャビティは、セラミック型の鋳造及び除去の際に鋳造構成要素の形状を画定するように適合されている、コア部分及びシェル部分と、
    ０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレード又は静翼の根元構成要素を画定する前記キャビティと、
    を含む、セラミック鋳型。
  13. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する、請求項１２に記載のセラミック鋳型。
  14. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する、請求項１２に記載のセラミック鋳型。
  15. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである、請求項１２に記載のセラミック鋳型。
  16. 内部キャビティ及び外側表面と、
    前記内部キャビティと前記外側表面との間の流体連通を提供する複数の冷却孔と、
    ０．６４ｍｍ未満の最小寸法を有するタービンブレードの根元構成要素と、
    を有する、単結晶金属タービンブレード又は静翼。
  17. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．１〜０．６ｍｍの範囲の最小寸法を有する、請求項１６に記載の単結晶金属タービンブレード又は静翼。
  18. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、０．２〜０．５ｍｍの範囲の最小寸法を有する、請求項１６に記載の単結晶金属タービンブレード又は静翼。
  19. 前記タービンブレード又は静翼の根元構成要素は、エンジェルウィング、スカート、又はダンパラグである、請求項１６に記載の単結晶金属タービンブレード又は静翼。
  20. 前記単結晶金属は、超合金である、請求項１６に記載の単結晶金属タービンブレード又は静翼。
JP2019531710A 2016-12-13 2017-10-23 薄い根元構成要素を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造 Active JP6974466B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/377,766 2016-12-13
US15/377,766 US20180161857A1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Integrated casting core-shell structure for making cast components having thin root components
PCT/US2017/057874 WO2018111405A1 (en) 2016-12-13 2017-10-23 Integrated casting core-shell structure for making cast components having thin root components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020501907A true JP2020501907A (ja) 2020-01-23
JP6974466B2 JP6974466B2 (ja) 2021-12-01

Family

ID=60245245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019531710A Active JP6974466B2 (ja) 2016-12-13 2017-10-23 薄い根元構成要素を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180161857A1 (ja)
EP (1) EP3532216B1 (ja)
JP (1) JP6974466B2 (ja)
CN (1) CN110072647B (ja)
CA (1) CA3045613A1 (ja)
WO (1) WO2018111405A1 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11813669B2 (en) 2016-12-13 2023-11-14 General Electric Company Method for making an integrated core-shell structure
US20180161866A1 (en) 2016-12-13 2018-06-14 General Electric Company Multi-piece integrated core-shell structure for making cast component
US10807154B2 (en) * 2016-12-13 2020-10-20 General Electric Company Integrated casting core-shell structure for making cast component with cooling holes in inaccessible locations
US10717130B2 (en) 2017-02-22 2020-07-21 General Electric Company Method of manufacturing turbine airfoil and tip component thereof
US10702958B2 (en) 2017-02-22 2020-07-07 General Electric Company Method of manufacturing turbine airfoil and tip component thereof using ceramic core with witness feature
US11154956B2 (en) 2017-02-22 2021-10-26 General Electric Company Method of repairing turbine component using ultra-thin plate
US10625342B2 (en) 2017-02-22 2020-04-21 General Electric Company Method of repairing turbine component
US10610933B2 (en) 2017-02-22 2020-04-07 General Electric Company Method of manufacturing turbine airfoil with open tip casting and tip component thereof
US11192172B2 (en) 2017-06-28 2021-12-07 General Electric Company Additively manufactured interlocking casting core structure with ceramic shell
US10391670B2 (en) 2017-06-28 2019-08-27 General Electric Company Additively manufactured integrated casting core structure with ceramic shell
US10391549B2 (en) 2017-06-28 2019-08-27 General Electric Company Additively manufactured casting core-shell hybrid mold and ceramic shell
US11173542B2 (en) 2017-06-28 2021-11-16 General Electric Company Additively manufactured casting core-shell mold and ceramic shell with variable thermal properties
US10974312B2 (en) 2017-06-28 2021-04-13 General Electric Company Additively manufactured casting core-shell mold with integrated filter and ceramic shell
US20240218828A1 (en) 2022-11-01 2024-07-04 General Electric Company Gas Turbine Engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003520134A (ja) * 1998-11-20 2003-07-02 ロールス−ロイス・コーポレーション 鋳造部品を製造する方法及び装置
US20100003619A1 (en) * 2008-05-05 2010-01-07 Suman Das Systems and methods for fabricating three-dimensional objects
JP2012505773A (ja) * 2008-10-20 2012-03-08 イフォクレール ヴィヴァデント アクチェンゲゼルシャフト 層内で物体を構築するために光重合性材料を処理するためのデバイスおよび方法
JP2012206513A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Ivoclar Vivadent Ag 高粘性光重合可能材料で作られた成形体の層状構築のための方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6117612A (en) * 1995-04-24 2000-09-12 Regents Of The University Of Michigan Stereolithography resin for rapid prototyping of ceramics and metals
US6932145B2 (en) 1998-11-20 2005-08-23 Rolls-Royce Corporation Method and apparatus for production of a cast component
US7172012B1 (en) * 2004-07-14 2007-02-06 United Technologies Corporation Investment casting
US7231955B1 (en) * 2006-01-30 2007-06-19 United Technologies Corporation Investment casting mold design and method for investment casting using the same
US9561622B2 (en) * 2008-05-05 2017-02-07 Georgia Tech Research Corporation Systems and methods for fabricating three-dimensional objects
US20100028645A1 (en) * 2008-08-04 2010-02-04 Michael Maguire Adaptive supports for green state articles and methods of processing thereof
US9039382B2 (en) 2011-11-29 2015-05-26 General Electric Company Blade skirt
CN103231025B (zh) * 2013-04-18 2015-01-21 西安交通大学 一种可控壁厚的定向凝固铸型的制备方法
CN103464690B (zh) * 2013-08-26 2016-12-07 西安交通大学 一种单晶涡轮叶片陶瓷铸型的制造方法
WO2015080888A2 (en) * 2013-11-26 2015-06-04 Eipi Systems, Inc. Rapid 3d continuous printing of casting molds for metals and other materials
CN104325120A (zh) * 2014-10-29 2015-02-04 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种单晶叶片陶瓷型壳去除方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003520134A (ja) * 1998-11-20 2003-07-02 ロールス−ロイス・コーポレーション 鋳造部品を製造する方法及び装置
US20100003619A1 (en) * 2008-05-05 2010-01-07 Suman Das Systems and methods for fabricating three-dimensional objects
JP2012505773A (ja) * 2008-10-20 2012-03-08 イフォクレール ヴィヴァデント アクチェンゲゼルシャフト 層内で物体を構築するために光重合性材料を処理するためのデバイスおよび方法
JP2012206513A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Ivoclar Vivadent Ag 高粘性光重合可能材料で作られた成形体の層状構築のための方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110072647B (zh) 2022-03-01
EP3532216B1 (en) 2022-03-30
EP3532216A1 (en) 2019-09-04
CA3045613A1 (en) 2018-06-21
US20180161857A1 (en) 2018-06-14
CN110072647A (zh) 2019-07-30
JP6974466B2 (ja) 2021-12-01
WO2018111405A1 (en) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7264338B2 (ja) アクセス困難な場所に冷却孔を有する鋳造部品を製造するための統合鋳造コア・シェル構造
JP6974466B2 (ja) 薄い根元構成要素を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造
JP6996822B2 (ja) 非線形孔を有する鋳造構成要素を製造するための一体型鋳造コアシェル構造
JP6940610B2 (ja) 鋳物部品を製造するためのマルチピース一体型コア・シェル構造
JP7235802B2 (ja) 鋳造部品を製造するための一体型鋳造コアシェル構造およびフィルタ
JP7099792B2 (ja) 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
JP7327742B2 (ja) セラミックの型を製造する方法、鋳造部品を製造する方法、及びセラミック鋳型
JP7006880B2 (ja) 浮動する先端プレナムを有する一体式コア－シェル構造
CN110072646B (zh) 制作铸造部件的具有模脚和/或缓冲器的多件式一体化芯壳结构
US11813669B2 (en) Method for making an integrated core-shell structure

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190808

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190808

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210413

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210707

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211005

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211104

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6974466

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150