JP2020513327A - 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 - Google Patents

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Abstract

本開示は、概して、完成した鋳型に組み立てることができる部分的に一体化されたコア・シェルインベストメント鋳造鋳型に関する。部分鋳型の各部分は、コアの一部とシェルの一部の両方を含み得る。その後、各部分を金属部品の鋳造用の型に組み立てることができる。部分的に一体化されたコア・シェルインベストメント鋳造鋳型および完成鋳型は、タービンブレードまたは静翼の表面上の冷却孔パターンに対応し、金属鋳造後のコア部分のための浸出経路を提供するフィラメント構造を備えていてもよい。本発明はまた、例えば鋳型のコア先端部分において、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、傾斜インベストメント鋳造ツーピース・コア・シェル鋳型構成要素、およびこれらの構成要素を利用する方法に関する。ツーピース・コア・シェル鋳型は、第１コア部および第１シェル部を含む部分鋳型から組み立てられる。ツーピース・コア・シェル鋳型は、第１コア部および第１シェル部を少なくとも第２の部分鋳型における第２コア部および第２シェル部に取り付けることによって組み立てられる。本発明に従って製造されたツーピース・コア・シェル鋳型はまた、鋳型のコアとシェルとの間に、これらツーピース鋳型から製造された鋳造部品に孔、すなわち噴散冷却孔を形成するために利用できる一体セラミックフィラメントを含み得る。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て提供することによってまた、ボールろう付けシュートを排除し得る。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ることにより、従来の先端ピンの必要性、およびそれに続くろう付けによる閉鎖を排除しながら、浮動先端プレナムを支持することもできる。一体型コア・シェル鋳型は、ジェット航空機エンジンまたは発電用タービン部品用のタービンブレードおよび静翼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および次世代のタービンエンジンは、入り組んで複雑な形状を有する構成要素および部品を必要とし、それらは新しいタイプの材料および製造技術を必要とする。エンジン部品および構成要素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また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動翼の製造を含む。タービンブレードは通常、エンジン内において作動中に加圧冷却空気を受け取るための少なくとも１つまたは複数の入口を有するブレードのスパンに沿って延びる半径方向チャネルを有する中空の翼型部を含む。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型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、加圧冷却空気を受け取るためにブレードを通って延びる吸気口を含み、吸気口は、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また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。先ず、タービンブレードの内側に所望の複雑な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。翼型部、プラットフォーム、および一体型蟻継ぎ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スまたは鋳型も作成される。このような鋳型構造の概略図を図２に示す。セラミックコア２００は、結果として生成されるブレードの金属部分を画定する空間または空隙を間に形成する２つの金型半部の内側に組み立てられる。組み立てられた金型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つの金型半部が分割され、成形ワックスから取り外される。成形ワックスは所望のブレードの正確な形状を有し、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および先端プレナム２０４との間に対応する空隙または空間２０１が残る。次いで、溶融超合金金属がシェル内に注ぎ込まれてその中の空隙を充填し、再びシェル２０２内に収容されているセラミックコア２００および先端プレナム２０４を封入する。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および先端プレナム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および先端ピン２０５が設けられ、ボールシュート２０３および先端ピン２０５は、浸出するとタービンブレード内に、後にろう付けして閉じる必要があるボールシュートおよび先端孔を形成する。
次いで、鋳造タービンブレードは、作動中にガスタービンエンジン内で翼型部の外面上に保護用の冷却空気の膜または覆いを形成する、内部に流された冷却空気用の出口を提供するべく、必要に応じて翼形部の側壁を貫通する適切な列のフィルム冷却孔の穿孔など、追加的な鋳造後の修正に供され得る。タービンブレードがセラミック鋳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経路を提供するために追って溶接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限定的であり、タービンエンジンの複雑さが増し続けていることと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とを考慮すると、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、位置精度および複雑な内部形状は、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。従って、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・シェル鋳型を製造するために３−Ｄ印刷を使用する方法が、ロールスロイス社（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。鋳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ような粉末床セラミック法（ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、および３Ｄシステムズ社（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ような選択的レーザ活性化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ：ＳＬＡ）を含む。‘１５１特許によるセラミックコア・シェル鋳型は、これらの方法の印刷解像度能力によって制限されている。図３に示すように、一体型コア・シェル鋳型のコア部３０１とシェル部３０２とは、型の下端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。‘１５１特許では、その長さがその直径とほぼ同じである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。次いで、‘１５１特許に開示され、参照により本明細書に組み込まれる既知の技術を使用して、コア・シェル鋳型内に超合金タービンブレードが形成される。タービンブレードがこれらのコア・シェル鋳型のうちの１つの中に鋳造された後、型が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製品において微細な細部鋳物特徴を提供し得る、より高解像度の方法を用いて製造されたセラミックコア・シェル鋳型を製造する必要性が依然としてある。
本発明は、第１シェル部と選択的に第１コア部とを含む第１のセラミック鋳型部分と第２シェル部と選択的に第２コア部とを含む第２のセラミック鋳型部分とからなるツーピース・コア・シェル鋳型として形成される新規な鋳型に関し、第１のセラミック鋳型部分は、第１コア部および／または第２コア部の間、および第１シェル部および第２シェル部の間に空隙を含むツーピースセラミック鋳型を形成するために、第２のセラミック鋳型部分と係合するように構成されており、空隙は、セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品を画定するように構成されている。第１のセラミック鋳型部分および／または第２のセラミック鋳型部分は、完全なコア・シェル鋳型への組み立てを容易にするために少なくとも１つの取り付け点を備えていてもよい。適切な取り付け点の非限定的な例としては、例えば、舌と溝または蟻継ぎ手型取り付けなどの噛み合わせ配置が挙げられる。適切な取り付け点の他の非限定的な例は、実接合である。
一実施形態において、本発明は、コア、シェル、およびロック機構を有する第１の部分セラミック鋳型の製造方法に関する。製造方法は、（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ことと、（ｂ）液体セラミックフォトポリマーに接する窓を通して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を照射することと、（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取り出すことと、（ｄ）第１の部分セラミック鋳型が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことと、を含み、第１の部分セラミック鋳型は、間に少なくとも１つの空隙を有するコア部およびシェル部と、少なくとも１つのロック機構と、を含み、空隙は、第１の部分セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品の一側を画定するように構成されている。製造方法は、ステップ（ｄ）の後、例えば（ｅ）シェルとロック機構とを有する第２の部分セラミック鋳型を製造するためにステップ（ａ）から（ｄ）を繰り返すこと、（ｆ）第１の部分セラミック鋳型と第２の部分セラミック鋳型とをそれらのロック機構を介して接合することにより、コアとシェルを有するツーピースセラミック鋳型を形成すること、（ｇ）ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成して、鋳造部品を製造すること、の工程をさらに含み得る。製造方法は、ステップ（ｇ）の後、鋳造部品から鋳型を取り外すことを含むステップ（ｈ）をさらに含んでいてもよく、このステップは、好ましくは第１のセラミック鋳型部分を第２のセラミック鋳型部分から機械的または物理的に、および選択的にアルカリ浴での化学浸出によっても取り外すことを含む。鋳造部品から鋳型を取り外すステップはまた、フィラメントによって提供さ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を含み得る。
別の実施形態では、本発明は、コアとシェルとを有するツーピースセラミック鋳型の製造方法に関し、ツーピースセラミック鋳型は、第１のセラミック鋳型部分と第２のセラミック鋳型部分とから形成される。製造方法は、（ａ）第１の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こと、（ｂ）液体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体セラミックフォトポリマーの一部を照射すること、（ｃ）未硬化の液体セラミックフォトポリマーから加工物を取り出すこと、そして（ｄ）第１のセラミック鋳型部分が形成されるまで、ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返し、第１のセラミック鋳型は、少なくとも１つのロック機構、任意選択で第１コア部、第１シェル部を含み、第１のセラミック鋳型部分が第１コア部で形成されている場合、第１シェル部は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、キャビティは、鋳造およびセラミック鋳型の除去の際に鋳造部品の第１の面の形状を画定するように適合されていること、（ｅ）第２のセラミック鋳型部分が形成されるまで、第２の加工物についてステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返し、第２のセラミック鋳型部分は、少なくとも１つのロック機構、任意選択で第２コア部、第２シェル部を含み、第２のセラミック鋳型部分が第２コア部で形成されている場合、第２シェル部は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、キャビティは、鋳造およびツーピースセラミック鋳型の取り外しの際に鋳造部品の第２の面の形状を画定するように適合されていること、（ｆ）第１のセラミック鋳型部分を第２のセラミック鋳型部分にそれらのロック機構を介して取り付けて、コアおよびシェルを有するツーピースセラミック鋳型を形成すること、を含む。製造方法は、ステップ（ｆ）の後、ツーピース鋳造用鋳型に液体金属を注ぎ込み、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成するステップ（ｇ）をさらに含んでいてもよい。製造方法は、ステップ（ｇ）の後、鋳造部品からツーピース鋳型を取り外すことを含むステップ（ｈ）をさらに含んでいてもよく、このステップは、第１のセラミック型部分を第２のセラミック型部分から機械的または物理的に取り外すこと、ならびに選択的にアルカリ浴での化学浸出をも含むことが好ましい。鋳造部品から鋳型を取り外すステップはまた、フィラメントによって提供さ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を含み得る。
別の態様では、本発明は鋳造部品の製造方法に関する。製造方法は、ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成するステップを含み、ツーピースセラミック鋳型は、第１のセラミック鋳型部分、第２のセラミック鋳型部分、コア部分、およびコア部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する少なくとも１つのシェル部分を含み、キャビティは、ツーピースセラミック金型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品の形状を画定するようになっており、セラミック鋳造鋳型部分の一方または両方は、コア部分とシェル部分とを接合する複数のフィラメントをさらに含み、各フィラメントはコアとシェルとの間に及び、ツーピース鋳型を取り外す際に、フィラメントが鋳型部品に複数の穴を画定するようになっており、各セラミック鋳型部分は、少なくとも１つの取り付け点をさらに含み、それらの取り付け点を介して第２のセラミック鋳型部分から第１のセラミック鋳型部分を取り外すことにより、鋳造部品からツーピースセラミック鋳造鋳型を取り出すステップを含む。
別の態様では、本発明は鋳造部品の製造方法に関する。製造方法は、ツーピースセラミック鋳型の第１コア部および第１シェル部を少なくとも第２コア部および第２シェル部と共に組み立てて、第１コア部および第２コア部と第１シェル部および第２シェル部との間にキャビティを含むツーピースセラミック鋳型を形成し、キャビティは、ツーピースセラミック鋳型を鋳造および取り外す際に鋳造部品の形状を画定するようになっており、ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成し、ツーピースセラミック鋳型は、第１のセラミック鋳型部分、第２のセラミック鋳型部分、コア部、およびコア部との間に少なくとも１つのキャビティを有する少なくとも１つのシェル部を含み、キャビティは、ツーピースセラミック鋳型を鋳造および取り外す際に鋳造部品の形状を画定するようになっており、セラミック鋳造鋳型部分の一方または両方は、コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントをさらに含み、各フィラメントはコアとシェルとの間に及び、ツーピース鋳型を取り外す際に、フィラメントが鋳物部品に複数の穴を画定するようになっており、各セラミック鋳型部分は、少なくとも１つの取り付け点をさらに含み、それらの取り付け点を介して第２のセラミック鋳型部分から第１のセラミック鋳型部分を取り外すことにより、鋳造部品からツーピースセラミック鋳造鋳型を取り出すステップを含む。
一態様では、鋳造部品は、タービンブレードまたは静翼である。タービンブレードまたは静翼は、例えば航空機エンジンにおける、または発電におけるガスタービンエンジンに使用されることが好ましい。タービンブレードまたは静翼は、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孔パターンを有する単結晶鋳造タービンブレードであることが好ましい。フィラメントは、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがるコア部分とシェル部分とを接合し、フィラメントは０．１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有することが好ましい。
冷却孔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提供し得る。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２ｍｍより大きな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、または単一のフィラメントが使用されてもよい。もっとも、これらのより大きなフィラメントのうちの２〜４本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穴またはノッチは、ろう付けして塞ぐか、タービンブレード設計または静翼設計に組み込まれてもよく、その必要性を回避するために、フィラメントは、部品の仕上げ加工形状の外側に配置されてもよい。
別の態様において、本発明は、各々が、間に少なくとも１つのキャビティを有するコア部分とシェル部分とを有する第１のセラミック鋳造鋳型部分および第２のセラミック鋳造鋳型部分と、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、コア部分とシェル部分とを接合する複数のフィラメントと、を備えたツーピースセラミック鋳造鋳型に関し、キャビティは、鋳造およびツーピースセラミック鋳型の取り外しの際に鋳造部品の一面の形状を画定するように適合されており、フィラメントは、ツーピース型の取り外し時に、コア部分によって画成されるキャスト構成要素内のキャビティとキャスト構成要素の外面との間に流体連通を提供する複数の穴を画定するように適合されている。好ましくは、鋳造部品はタービンブレードまたは静翼であり、コア部分とシェル部分とを結合する複数のフィラメントは、ツーピースツーを取り外す際にタービンブレード内に複数の冷却孔を画定する。好ましくは、コア部分とシェル部分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、光重合セラミックまたは硬化光重合セラミックであってもよい。
一態様では、第１コア部および／または第１シェル部は、第２コア部および／または第２シェル部上のインターロック機構と係合するように構成された少なくとも１つのインターロック機構を含む。インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するように構成された、連結舌部または溝、連結ペグを有する蟻継ぎまたは実接合であってもよい。
一態様では、第１コア部および／または第１シェル部は、第１コア部または第１シェル部に面するピン支持体またはバンパーを備えている。
一態様では、セラミック鋳型は、コア部とシェル部とを接合する複数の結合構造を含み、結合構造は、鋳型を取り外す際に鋳造部品内に複数の穴を画定するように構成される。
従来のインベストメント鋳造のステップを示すフローチャートである。 従来の方法で製造されたボールシュート付きコア・シェル鋳型の従来の方式の一例を示す概略図である。 コア部とシェル部とを接続する結合部を有する先行技術の一体型コア・シェル鋳型の斜視図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法手順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）のための方法手順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）のための方法手順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）のための方法手順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。 本発明の一実施形態による２つのコア・シェルサブアセンブリの側面図および取り付け方向を示す。 図９に示す２つのコア・シェルサブアセンブリの組立図を示す。 機械的に連結可能な取り付け点を備えた二部一体型コア・シェル鋳型を示す。 本発明の実施形態による、２つのコア・シェルサブアセンブリを取り付けるために使用可能な連結舌部および溝を示す。 本発明の一実施形態による、２つのコア・シェルサブアセンブリを取り付けるために使用可能な連結蟻継ぎを示す。 本発明の一実施形態による、２つのコア・シェルサブアセンブリを取り付けるために使用可能な一体型連結ペグを備えた実接合を示す。 本発明の一実施形態による、タービンブレードの表面に冷却孔を設ける目的でコアからシェルまで延びるフィラメントを含む二部一体型コア・シェル鋳型を示す。 本発明の一実施形態による、タービンブレードの表面に冷却孔を設ける目的でコアからシェルまで延びるフィラメントを含む二部一体型コア・シェル鋳型を示す。 本発明の一実施形態による、ブレード先端部のそばに出るコア・プリント・フィラメントを有する一体型コア・シェル鋳型の概略図である。
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提供する目的のための具体的な詳細を含む。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、翼、およびシュラウド部品などの単結晶ニッケル基超合金鋳造部品の製造は、本発明に従って有利に製造することができる。しかしながら、他の鋳造金属部品は本発明の技術および一体型セラミック鋳型を用いて製造することができる。
本発明者らは、一体型コア・シェル鋳型を製造するための既知の従来の方法は、完成タービンに浸出冷却孔をもたらすのに十分に小さいサイズおよび量の鋳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解像能力を欠いていたことを見出した。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ような初期の粉末床法の場合、粉末床リコータアームの作用は、コアとシェルとの間に延びる十分に細かいフィラメントの形成を妨げて鋳物部分に浸出冷却穴のパターンをもたらす。本発明による一体型コア・シェル鋳型を製造するにあたり、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ような選択的レーザ活性化（ＳＬＡ）のような他の既知の技術を利用してもよい。しかしながら、これらのシステムの利用可能な印刷解像度は、鋳型最終製品において有効な冷却孔として働く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、本発明の一体型コア・シェル鋳型を直接光処理（ＤＬＰ）を用いて製造できることを見出した。ＤＬＰは、樹脂タンクの底部に配置され、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窓を通してポリマーの光硬化が行われるという点で上記の粉末床法およびＳＬＡ法と異なる。ＤＬＰを用いると、硬化したポリマーの層全体が同時に製造され、そして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、底部の窓と造形物における最新の硬化層との間で重合が起こる。底部の窓は、別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、典型的には従来技術において回避されていた。例えば、本出願の背景技術の項で上述した‘１５１特許は、長さが直径程度である短いシリンダと接続された垂直プレート構造を使用していた。‘１５１特許に開示された粉末床技術およびＳＬＡ技術は垂直に支持されたセラミック構造を必要とし、これら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、粉体層内で利用可能な分解能は１／８インチ程度であり、伝統的な冷却孔の製造は実用的ではない。例えば、円形の冷却孔は一般に、３．２ｍｍ２未満の冷却孔面積に対応する２ｍｍ未満の直径を有する。そのような寸法の穴の製造は、いくつかのボクセルから穴を製造する必要性を考慮すると、実際の穴のサイズをはるかに下回る解像度を必要とする。この解像度は、単純に粉末床法では利用できない。同様に、ステレオリソグラフィーは、支持体の欠如およびレーザ散乱に伴う解像度の問題のために、そのようなフィラメントを製造する能力が限られている。しかし、ＤＬＰがフィラメントの全長を露光し、窓と構築板との間にフィラメントを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わたって十分に細いフィラメントを製造して所望の冷却孔パターンを有するセラミック物体を形成することが可能になる。もっとも、粉末床およびＳＬＡを用いてフィラメントを製造することはできるが、上述のように十分に細いフィラメントを製造する能力は限られている。
１つの適切なＤＬＰプロセスは、Ｉｖｏｃｌａｒ Ｖｉｖａｄｅｎｔ ＡＧおよびＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ Ｗｉｅｎに譲渡された米国特許第９，０７９，３５７号明細書、ならびに国際公開第２０１０／０４５９５０ Ａ１および米国特許出願第２０１１３１０３７０号明細書に開示されており、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、現在形成されている層にとって望ましい幾何学的形状を有する露光領域をタンク底部４０６上に生成するために、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る光源および変調器を含む。代替として、露光ユニットにレーザを使用してもよく、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、タンク４０４の上方に生産プラットフォーム４１２が設けられており、生産プラットフォーム４１２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、昇降機構（図示せず）によって支持されている。生産プラットフォーム４１２は、少なくとも生産プラットフォーム４１２の下側に第１の層を形成するとき、生産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べく上からも露光できるように、生産プラットフォーム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または半透明であってもよい。
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規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。生産プラットフォーム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、生産プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間に正確に所望の層厚Δ（図５参照）が残るような程度までタンク底部４０６に近づくように制御された方法で昇降機構によって降下される。この浸漬プロセスの間、光重合性材料は生産プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間の間隙から排除される。層厚さΔが設定された後、所望の形状に硬化させるために、この層に対して所望の位置選択層露光が行われる。特に第１の層を形成するとき、上からの露光もまた透明または半透明の生産プラットフォーム４１２を介して行われるので、生産プラットフォーム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、それ故、第１の層の生産プラットフォーム４１２への良好な接着が保証される。層が形成された後、生産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さ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生産プラットフォーム４１２が持ち上げられた後、露光領域では、図６に示されるように材料不足が生じる。これは、厚さΔに設定された層を硬化させた後、この層の材料が生産プラットフォームおよ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げられるからである。したがって、既に形成された成形本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、材料の粘度が高いために、それ自体が成形本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、材料の窪みまたは「穴」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、支持アーム４３０をガイドスロット４３４内で動かすことにより、タンク底部４０６と平行に、タンク４０４に対して移動することができる。細長混合要素４３２は寸法を有し、その動きはタンク底部に対して案内され、これにより、細長い混合要素４３２の上縁部は、露光領域の外側における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。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き出ている。細長い混合要素をタンク４０４内の材料の高さより下に配置することの効果は、細長い混合要素４３２がタンクに対する移動中に露光領域を通って実質的にその前に材料を移動させることではなく、むしろ、この材料は、わずかな上方への動きを実行しながら混合要素４３２の上を流れる。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。タンク内の光重合性材料に対するこの種の作用によって、生産プラットフォーム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材料が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、生産プラットフォーム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、先ず、固定タンク４０４を用いて、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の下端はこれらの凹部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。
本発明の一体型ツーピース・コア・シェル鋳型を製造するために、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。加工物が連続する構築ステップの間に粘性プラットフォームから引き出されると、タンクはプラットフォームおよ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漬して連続層を構築する。
図９は、本発明の一態様によるツーピースの一体型コア・シェル鋳型９００の概略側面図を示す。第１ピースは部分コア９０１と部分シェル９０２とを含み、第２ピースは部分コア９０３と部分シェル９０４とを含む。部分コア９０１および部分シェル９０２は、一体の部品として形成されてもよく、または別々の組立体であってもよい。部分コア・シェル構造には、図１０に示すように完全なコア・シェル鋳型１０００への組み立てを容易にする取り付け点９０５、９０６、９０７、および９０８が設けられている。本発明のツーピース鋳型は、組み立ておよび鋳造の前にそれらを検査することができるという利点を有する。以前の一体型ワンピース鋳型は、三次元印刷されたという鋳型の性質のために、鋳造前の鋳型の検査が困難であるという欠点を有していた。
図１０に示すように、コア・シェル鋳型１０００は、コア１００１またはシェル１００２部分と一体的に形成された構造を含み得る。例えば、コアバンパー１００３を設けてもよいし、シェルバンパー１００４を設けてもよい。二部分型の組み立て時に、バンパー１００３／１００４は、コア１００１とシェル１００２との間に必要な間隔を提供するように機能する。シェルと一体的に、二部分コア・シェルの組み立て時にコア部に当接するピン支持体１００５が設けられてもよい。図示されていないが、コアと一体にピン構造を設けてもよい。
図１１は、第１のコア部分１１０１／第１のシェル部分１１０２および第２のコア部分１１０３／第２のシェル部分１１０４を有する二部構成のコア・シェル鋳型１１００を示す。この実施形態では、第１の取り付け点１１０５がコアアセンブリの先端部分内に設けられ、第２の取り付け点１１０６がコア先端領域から遠い位置にあるシェル領域の一部に設けられる。図１２〜図１４は、セラミックコア／シェルアセンブリに設けられた取り付け機構のいくつかの非限定的な例を示している。図１２は、第１の外側部分１２０１と、第１の内側部分１２０２と、第２の外側部分１２０３と、第２の内側部分１２０４とを有する舌部と溝型の連結具１２００を示す。図１３は、第１の外側部分１３０１と、第１の内側部分１３０２と、第２の外側部分１３０３と、第２の内側部分１３０４とを有する蟻継ぎ型の連結具１３００を示す。図１４は、第１の外側部分１４０１と、第１の内側部分１４０２と、第２の外側部分１４０３と、第２の内側部分１４０４とを有する連結ペグを備える実接合を示す。
図１５は、取り付け機構１５０７、１５０８を有する第１コア部１５０１と、取り付け機構１５１１を有する第１シェル部１５０２と、取り付け機構１５０９、１５１０を有する第２コア部１５０３と、取り付け機構１５１２を有する第２シェル部１５０４と、を有する２部構成のコア・シェルアセンブリ１５００の一例を示す。第１コア部１５０１と第１シェル部１５０２とはフィラメント１５０５で互いに連結されている。第２コア部１５０３と第２シェル部１５０４とは、フィラメント１５０６によって互いに連結されている。コア・シェル鋳型内で金属を鋳造し、フィラメントを浸出した後、フィラメントは鋳造タービンブレードに冷却孔パターンを画定する。同時係属中の出願、ＧＥ Ｄｏｃｋｅｔ＃２８５０２０に記載されているように、これらの構造は、上記の図４〜図１１に関連して説明されたＤＬＰプロセスを使用して形成されるのが好ましい。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り、コアとシェルとの間の接続点がフィラメント１５０５および／または１５０６を介して提供されることを可能にするように鋳型を作製することができる。コア・シェル鋳型が印刷されたら、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を受けてもよい。次いで、超合金タービンブレードの製造に使用される従来の鋳造工程と同様に、硬化セラミック鋳型を使用してもよい。特に、フィラメント１５０５および１５０６は、タービンブレードの表面に浸出冷却孔のパターンを形成するの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。
フィラメント１５０５および１５０６は、好ましくは円筒形または楕円形であるが、湾曲していてもよいし非線形であってもよい。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られてもよい。例えば、冷却孔は、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有し得る。タービンブレードでは、断面積は０．０１〜０．１５ｍｍ２、より好ましくは０．０５〜０．１ｍｍ２の範囲であってもよく、最も好ましくは約０．０７ｍｍ２であってもよい。翼の場合、冷却孔は、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し得る。冷却孔の間隔は、典型的には、冷却孔の直径の２倍〜１０倍の範囲、最も好ましくは冷却孔の直径の約４倍〜７倍の範囲の冷却孔の直径の倍数である。
フィラメント１５０５および／または１５０６の長さは、鋳造部品の厚さ、例えばタービンブレードまたは静翼の壁の厚さ、および鋳造部品の表面に対して冷却孔が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の範囲であり、最も好ましくは約０．９ｍｍである。冷却孔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孔の形成を可能にすることを理解されたい。
図１６は、本発明の一実施形態による一体型コア・シェル鋳型１６００の側面図を示す。図１５に示す概略図と同様に、第１コア部１６０１は、いくつかのフィラメント１６０５を介して第１シェル部１６０２に接続されている。同様に、第２コア部１６０３は、いくつかのフィラメント１６０６を介して第２シェル部１６０４に接続されている。第１コア部１６０１および第１シェル部１６０２は、取り付け機構１６０８、１６０９、１６１０および１６１１を介して第２コア部１６０２および第２シェル部１６０４に取り付けられて、完全なコア・シェル鋳型組立体１６００を形成することができる。組み立てられたコア・シェル鋳型１６００は、タービンブレードをインベストメント鋳造するためのキャビティ１６０７を画定する。図１７は、ニッケル基合金、すなわちインコネルなどの金属１７００で充填されたキャビティ１６０７を示す。セラミックコア・シェルが浸出すると、得られる鋳造物体は、タービンブレードまたは静翼の表面に冷却孔パターンを有するタービンブレードまたは静翼である。図１６〜図１７はタービンブレードの前縁および後縁における冷却孔を示す断面図であるが、タービンブレードの側面または任意の他の場所を含む所望の場合には追加の冷却孔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、鋳造プロセス内において任意の特定の設計で冷却孔を形成することができる。言い換えれば、冷却孔を形成するために従前は穿孔が使用されていた任意のパターンで従来の冷却孔を形成することができる。しかしながら、本発明は、鋳造部品内に冷却孔を形成するための従来技術、すなわち穿孔の限界のために、これまで達成できなかった冷却孔パターンを可能にするであろう。
浸出後、コア・プリント・フィラメントから得られるタービンブレードまたは静翼に生じた穴は、必要に応じてろう付け閉鎖されてもよい。そうでなければ、コア・プリント・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てもよい。あるいは、金属鋳造工程中に先端プレナムコアを定位置に保持するのに十分な量で先端プレナムコアをシェルに接続するために冷却孔フィラメントを設けてもよい。
本発明に従ってコア・シェル鋳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・シェル鋳型を硬化および／または焼成してもよい。溶融金属を鋳型に流し込み、一体のコア・シェル鋳型によって提供される形状および特徴を有する鋳造物体を形成してもよい。タービンブレードまたは静翼の場合、溶融金属は、従来のインベストメント鋳造鋳型で用いられることが知られている技術を用いて単結晶超合金タービンブレードまた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・シェル鋳型の特徴を組み込んだ、または組み合わせた本発明のコア・シェル鋳型構造に関する。以下の特許出願は、これらの様々な態様およびそれらの使用の開示を含む。
「統合型キャスティング・コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ）」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番号［］。
「浮遊チッププレナムを有する一体型キャスティング・コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＦＬＯＡＴＩＮＧ ＴＩＰ ＰＬＥＮＵＭ）」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番号［］。
「キャスティング部品を製造するための標準的なおよび／またはバンパーを製造するためのマルチピース一体型コア・シェル構造（ＭＵＬＴＩ−ＰＩＥＣＥ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＳＴＡＮＤＯＦＦ ＡＮＤ／ＯＲ ＢＵＭＰＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ）」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番号［］。
「鋳物部品を製造するための印刷管を有する一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＰＲＩＮＴＥＤ ＴＵＢＥＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ）」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番号［］。
「鋳造部品製造用の一体型鋳造コア・シェル構造およびフィルター（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＦＩＬＴＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ）」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番号［］。
「非線形穴を有する鋳造部品を製作するための一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＮＯＮ−ＬＩＮＥＡＲ ＨＯＬＥＳ）」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出願番号［］。
「非線形穴を有する鋳造部品を製作するための一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＣＯＯＬＩＮＧ ＨＯＬＥＳ ＩＮ ＩＮＡＣＣＥＳＳＩＢＬＥ ＬＯＣＡＴＩＯＮＳ）」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出願番号［］。
「非線形穴を有する鋳造部品を製作するための一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＴＨＩＮ ＲＯＯＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ）」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００５３／２８５０６４Ｂで、２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願番号［］。
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ているコア・シェル鋳型と併せて使用することができるコア・シェル鋳型およびその製造方法のさらなる局面を開示する限りにおいて、その全体が本明細書に援用される。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、また任意の装置またはシステムを製造およ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任意の当業者が本発明を実施することを可能にするために実施例を使用する。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、それらが請求項の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが請求項の文字通りの言語とはごくわずか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の態様、なら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および技術を構築するために当業者によって混合および適合され得る。
本開示は、一般に、傾斜インベストメント鋳造ツーピース・コア・シェル鋳型構成要素、およびこれらの構成要素を利用する方法に関する。ツーピース・コア・シェル鋳型は、第１コア部および第１シェル部を含む部分鋳型から組み立てられる。ツーピース・コア・シェル鋳型は、第１コア部および第１シェル部を少なくとも第２の部分鋳型における第２コア部および第２シェル部に取り付けることによって組み立てられる。本発明に従って製造されたツーピース・コア・シェル鋳型はまた、鋳型のコアとシェルとの間に、これらツーピース鋳型から製造された鋳造部品に孔、すなわち噴散冷却孔を形成するために利用できる一体セラミックフィラメントを含み得る。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て提供することによってまた、ボールろう付けシュートを排除し得る。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ることにより、従来の先端ピンの必要性、およびそれに続くろう付けによる閉鎖を排除しながら、浮動先端プレナムを支持することもできる。一体型コア・シェル鋳型は、ジェット航空機エンジンまたは発電用タービン部品用のタービンブレードおよび静翼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および次世代のタービンエンジンは、入り組んで複雑な形状を有する構成要素および部品を必要とし、それらは新しいタイプの材料および製造技術を必要とする。エンジン部品および構成要素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また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動翼の製造を含む。タービンブレードは通常、エンジン内において作動中に加圧冷却空気を受け取るための少なくとも１つまたは複数の入口を有するブレードのスパンに沿って延びる半径方向チャネルを有する中空の翼型部を含む。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型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、加圧冷却空気を受け取るためにブレードを通って延びる吸気口を含み、吸気口は、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また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。先ず、タービンブレードの内側に所望の複雑な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。翼型部、プラットフォーム、および一体型蟻継ぎ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スまたは鋳型も作成される。このような鋳型構造の概略図を図２に示す。セラミックコア２００は、結果として生成されるブレードの金属部分を画定する空間または空隙を間に形成する２つの金型半部の内側に組み立てられる。組み立てられた金型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つの金型半部が分割され、成形ワックスから取り外される。成形ワックスは所望のブレードの正確な形状を有し、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および先端プレナム２０４との間に対応する空隙または空間２０１が残る。次いで、溶融超合金金属がシェル内に注ぎ込まれてその中の空隙を充填し、再びシェル２０２内に収容されているセラミックコア２００および先端プレナム２０４を封入する。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および先端プレナム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および先端ピン２０５が設けられ、ボールシュート２０３および先端ピン２０５は、浸出するとタービンブレード内に、後にろう付けして閉じる必要があるボールシュートおよび先端孔を形成する。
次いで、鋳造タービンブレードは、作動中にガスタービンエンジン内で翼型部の外面上に保護用の冷却空気の膜または覆いを形成する、内部に流された冷却空気用の出口を提供するべく、必要に応じて翼形部の側壁を貫通する適切な列のフィルム冷却孔の穿孔など、追加的な鋳造後の修正に供され得る。タービンブレードがセラミック鋳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経路を提供するために追って溶接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限定的であり、タービンエンジンの複雑さが増し続けていることと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とを考慮すると、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、位置精度および複雑な内部形状は、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。従って、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・シェル鋳型を製造するために３−Ｄ印刷を使用する方法が、ロールスロイス社（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。鋳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ような粉末床セラミック法（ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、および３Ｄシステムズ社（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ような選択的レーザ活性化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ：ＳＬＡ）を含む。‘１５１特許によるセラミックコア・シェル鋳型は、これらの方法の印刷解像度能力によって制限されている。図３に示すように、一体型コア・シェル鋳型のコア部３０１とシェル部３０２とは、型の下端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。‘１５１特許では、その長さがその直径とほぼ同じである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。次いで、‘１５１特許に開示され、参照により本明細書に組み込まれる既知の技術を使用して、コア・シェル鋳型内に超合金タービンブレードが形成される。タービンブレードがこれらのコア・シェル鋳型のうちの１つの中に鋳造された後、型が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製品において微細な細部鋳物特徴を提供し得る、より高解像度の方法を用いて製造されたセラミックコア・シェル鋳型を製造する必要性が依然としてある。
本発明は、第１シェル部と選択的に第１コア部とを含む第１のセラミック鋳型部分と第２シェル部と選択的に第２コア部とを含む第２のセラミック鋳型部分とからなるツーピース・コア・シェル鋳型として形成される新規な鋳型に関し、第１のセラミック鋳型部分は、第１コア部および／または第２コア部の間、および第１シェル部および第２シェル部の間に空隙を含むツーピースセラミック鋳型を形成するために、第２のセラミック鋳型部分と係合するように構成されており、空隙は、セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品を画定するように構成されている。第１のセラミック鋳型部分および／または第２のセラミック鋳型部分は、完全なコア・シェル鋳型への組み立てを容易にするために少なくとも１つの取り付け点を備えていてもよい。適切な取り付け点の非限定的な例としては、例えば、舌と溝または蟻継ぎ手型取り付けなどの噛み合わせ配置が挙げられる。適切な取り付け点の他の非限定的な例は、実接合である。
一実施形態において、本発明は、コア、シェル、およびロック機構を有する第１の部分セラミック鋳型の製造方法に関する。製造方法は、（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ことと、（ｂ）液体セラミックフォトポリマーに接する窓を通して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を照射することと、（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取り出すことと、（ｄ）第１の部分セラミック鋳型が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことと、を含み、第１の部分セラミック鋳型は、間に少なくとも１つの空隙を有するコア部およびシェル部と、少なくとも１つのロック機構と、を含み、空隙は、第１の部分セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品の一側を画定するように構成されている。製造方法は、ステップ（ｄ）の後、例えば（ｅ）シェルとロック機構とを有する第２の部分セラミック鋳型を製造するためにステップ（ａ）から（ｄ）を繰り返すこと、（ｆ）第１の部分セラミック鋳型と第２の部分セラミック鋳型とをそれらのロック機構を介して接合することにより、コアとシェルを有するツーピースセラミック鋳型を形成すること、（ｇ）ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成して、鋳造部品を製造すること、の工程をさらに含み得る。製造方法は、ステップ（ｇ）の後、鋳造部品から鋳型を取り外すことを含むステップ（ｈ）をさらに含んでいてもよく、このステップは、好ましくは第１のセラミック鋳型部分を第２のセラミック鋳型部分から機械的または物理的に、および選択的にアルカリ浴での化学浸出によっても取り外すことを含む。鋳造部品から鋳型を取り外すステップはまた、フィラメントによって提供さ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を含み得る。
別の実施形態では、本発明は、コアとシェルとを有するツーピースセラミック鋳型の製造方法に関し、ツーピースセラミック鋳型は、第１のセラミック鋳型部分と第２のセラミック鋳型部分とから形成される。製造方法は、（ａ）第１の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こと、（ｂ）液体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体セラミックフォトポリマーの一部を照射すること、（ｃ）未硬化の液体セラミックフォトポリマーから加工物を取り出すこと、そして（ｄ）第１のセラミック鋳型部分が形成されるまで、ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返し、第１のセラミック鋳型は、少なくとも１つのロック機構、任意選択で第１コア部、第１シェル部を含み、第１のセラミック鋳型部分が第１コア部で形成されている場合、第１シェル部は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、キャビティは、鋳造およびセラミック鋳型の除去の際に鋳造部品の第１の面の形状を画定するように適合されていること、（ｅ）第２のセラミック鋳型部分が形成されるまで、第２の加工物についてステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返し、第２のセラミック鋳型部分は、少なくとも１つのロック機構、任意選択で第２コア部、第２シェル部を含み、第２のセラミック鋳型部分が第２コア部で形成されている場合、第２シェル部は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、キャビティは、鋳造およびツーピースセラミック鋳型の取り外しの際に鋳造部品の第２の面の形状を画定するように適合されていること、（ｆ）第１のセラミック鋳型部分を第２のセラミック鋳型部分にそれらのロック機構を介して取り付けて、コアおよびシェルを有するツーピースセラミック鋳型を形成すること、を含む。製造方法は、ステップ（ｆ）の後、ツーピース鋳造用鋳型に液体金属を注ぎ込み、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成するステップ（ｇ）をさらに含んでいてもよい。製造方法は、ステップ（ｇ）の後、鋳造部品からツーピース鋳型を取り外すことを含むステップ（ｈ）をさらに含んでいてもよく、このステップは、第１のセラミック型部分を第２のセラミック型部分から機械的または物理的に取り外すこと、ならびに選択的にアルカリ浴での化学浸出をも含むことが好ましい。鋳造部品から鋳型を取り外すステップはまた、フィラメントによって提供さ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を含み得る。
別の態様では、本発明は鋳造部品の製造方法に関する。製造方法は、ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成するステップを含み、ツーピースセラミック鋳型は、第１のセラミック鋳型部分、第２のセラミック鋳型部分、コア部分、およびコア部分との間に少なくとも１つのキャビティを有する少なくとも１つのシェル部分を含み、キャビティは、ツーピースセラミック金型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品の形状を画定するようになっており、セラミック鋳造鋳型部分の一方または両方は、コア部分とシェル部分とを接合する複数のフィラメントをさらに含み、各フィラメントはコアとシェルとの間に及び、ツーピース鋳型を取り外す際に、フィラメントが鋳型部品に複数の穴を画定するようになっており、各セラミック鋳型部分は、少なくとも１つの取り付け点をさらに含み、それらの取り付け点を介して第２のセラミック鋳型部分から第１のセラミック鋳型部分を取り外すことにより、鋳造部品からツーピースセラミック鋳造鋳型を取り出すステップを含む。
別の態様では、本発明は鋳造部品の製造方法に関する。製造方法は、ツーピースセラミック鋳型の第１コア部および第１シェル部を少なくとも第２コア部および第２シェル部と共に組み立てて、第１コア部および第２コア部と第１シェル部および第２シェル部との間にキャビティを含むツーピースセラミック鋳型を形成し、キャビティは、ツーピースセラミック鋳型を鋳造および取り外す際に鋳造部品の形状を画定するようになっており、ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入し、液体金属を凝固させて鋳造部品を形成し、ツーピースセラミック鋳型は、第１のセラミック鋳型部分、第２のセラミック鋳型部分、コア部、およびコア部との間に少なくとも１つのキャビティを有する少なくとも１つのシェル部を含み、キャビティは、ツーピースセラミック鋳型を鋳造および取り外す際に鋳造部品の形状を画定するようになっており、セラミック鋳造鋳型部分の一方または両方は、コア部とシェル部とを接合する複数のフィラメントをさらに含み、各フィラメントはコアとシェルとの間に及び、ツーピース鋳型を取り外す際に、フィラメントが鋳物部品に複数の穴を画定するようになっており、各セラミック鋳型部分は、少なくとも１つの取り付け点をさらに含み、それらの取り付け点を介して第２のセラミック鋳型部分から第１のセラミック鋳型部分を取り外すことにより、鋳造部品からツーピースセラミック鋳造鋳型を取り出すステップを含む。
一態様では、鋳造部品は、タービンブレードまたは静翼である。タービンブレードまたは静翼は、例えば航空機エンジンにおける、または発電におけるガスタービンエンジンに使用されることが好ましい。タービンブレードまたは静翼は、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孔パターンを有する単結晶鋳造タービンブレードであることが好ましい。フィラメントは、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがるコア部分とシェル部分とを接合し、フィラメントは０．１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有することが好ましい。
冷却孔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提供し得る。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２ｍｍより大きな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、または単一のフィラメントが使用されてもよい。もっとも、これらのより大きなフィラメントのうちの２〜４本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穴またはノッチは、ろう付けして塞ぐか、タービンブレード設計または静翼設計に組み込まれてもよく、その必要性を回避するために、フィラメントは、部品の仕上げ加工形状の外側に配置されてもよい。
別の態様において、本発明は、各々が、間に少なくとも１つのキャビティを有するコア部分とシェル部分とを有する第１のセラミック鋳造鋳型部分および第２のセラミック鋳造鋳型部分と、各フィラメントがコアとシェルとの間にまたがり、コア部分とシェル部分とを接合する複数のフィラメントと、を備えたツーピースセラミック鋳造鋳型に関し、キャビティは、鋳造およびツーピースセラミック鋳型の取り外しの際に鋳造部品の一面の形状を画定するように適合されており、フィラメントは、ツーピース型の取り外し時に、コア部分によって画成されるキャスト構成要素内のキャビティとキャスト構成要素の外面との間に流体連通を提供する複数の穴を画定するように適合されている。好ましくは、鋳造部品はタービンブレードまたは静翼であり、コア部分とシェル部分とを結合する複数のフィラメントは、ツーピースツーを取り外す際にタービンブレード内に複数の冷却孔を画定する。好ましくは、コア部分とシェル部分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、光重合セラミックまたは硬化光重合セラミックであってもよい。
一態様では、第１コア部および／または第１シェル部は、第２コア部および／または第２シェル部上のインターロック機構と係合するように構成された少なくとも１つのインターロック機構を含む。インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するように構成された、連結舌部または溝、連結ペグを有する蟻継ぎまたは実接合であってもよい。
一態様では、第１コア部および／または第１シェル部は、第１コア部または第１シェル部に面するピン支持体またはバンパーを備えている。
一態様では、セラミック鋳型は、コア部とシェル部とを接合する複数の結合構造を含み、結合構造は、鋳型を取り外す際に鋳造部品内に複数の穴を画定するように構成される。
従来のインベストメント鋳造のステップを示すフローチャートである。 従来の方法で製造されたボールシュート付きコア・シェル鋳型の従来の方式の一例を示す概略図である。 コア部とシェル部とを接続する結合部を有する先行技術の一体型コア・シェル鋳型の斜視図を示す。 直接光処理（ＤＬＰ）のための方法手順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）のための方法手順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）のための方法手順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）のための方法手順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。 本発明の一実施形態による２つのコア・シェルサブアセンブリの側面図および取り付け方向を示す。 図９に示す２つのコア・シェルサブアセンブリの組立図を示す。 機械的に連結可能な取り付け点を備えた二部一体型コア・シェル鋳型を示す。 本発明の実施形態による、２つのコア・シェルサブアセンブリを取り付けるために使用可能な連結舌部および溝を示す。 本発明の一実施形態による、２つのコア・シェルサブアセンブリを取り付けるために使用可能な連結蟻継ぎを示す。 本発明の一実施形態による、２つのコア・シェルサブアセンブリを取り付けるために使用可能な一体型連結ペグを備えた実接合を示す。 本発明の一実施形態による、タービンブレードの表面に冷却孔を設ける目的でコアからシェルまで延びるフィラメントを含む二部一体型コア・シェル鋳型を示す。 本発明の一実施形態による、タービンブレードの表面に冷却孔を設ける目的でコアからシェルまで延びるフィラメントを含む二部一体型コア・シェル鋳型を示す。 本発明の一実施形態による、ブレード先端部のそばに出るコア・プリント・フィラメントを有する一体型コア・シェル鋳型の概略図である。
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提供する目的のための具体的な詳細を含む。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、翼、およびシュラウド部品などの単結晶ニッケル基超合金鋳造部品の製造は、本発明に従って有利に製造することができる。しかしながら、他の鋳造金属部品は本発明の技術および一体型セラミック鋳型を用いて製造することができる。
本発明者らは、一体型コア・シェル鋳型を製造するための既知の従来の方法は、完成タービンに浸出冷却孔をもたらすのに十分に小さいサイズおよび量の鋳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解像能力を欠いていたことを見出した。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ような初期の粉末床法の場合、粉末床リコータアームの作用は、コアとシェルとの間に延びる十分に細かいフィラメントの形成を妨げて鋳物部分に浸出冷却穴のパターンをもたらす。本発明による一体型コア・シェル鋳型を製造するにあたり、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ような選択的レーザ活性化（ＳＬＡ）のような他の既知の技術を利用してもよい。しかしながら、これらのシステムの利用可能な印刷解像度は、鋳型最終製品において有効な冷却孔として働く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、本発明の一体型コア・シェル鋳型を直接光処理（ＤＬＰ）を用いて製造できることを見出した。ＤＬＰは、樹脂タンクの底部に配置され、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窓を通してポリマーの光硬化が行われるという点で上記の粉末床法およびＳＬＡ法と異なる。ＤＬＰを用いると、硬化したポリマーの層全体が同時に製造され、そして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、底部の窓と造形物における最新の硬化層との間で重合が起こる。底部の窓は、別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、典型的には従来技術において回避されていた。例えば、本出願の背景技術の項で上述した‘１５１特許は、長さが直径程度である短いシリンダと接続された垂直プレート構造を使用していた。‘１５１特許に開示された粉末床技術およびＳＬＡ技術は垂直に支持されたセラミック構造を必要とし、これら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、粉体層内で利用可能な分解能は１／８インチ程度であり、伝統的な冷却孔の製造は実用的ではない。例えば、円形の冷却孔は一般に、３．２ｍｍ２未満の冷却孔面積に対応する２ｍｍ未満の直径を有する。そのような寸法の穴の製造は、いくつかのボクセルから穴を製造する必要性を考慮すると、実際の穴のサイズをはるかに下回る解像度を必要とする。この解像度は、単純に粉末床法では利用できない。同様に、ステレオリソグラフィーは、支持体の欠如およびレーザ散乱に伴う解像度の問題のために、そのようなフィラメントを製造する能力が限られている。しかし、ＤＬＰがフィラメントの全長を露光し、窓と構築板との間にフィラメントを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わたって十分に細いフィラメントを製造して所望の冷却孔パターンを有するセラミック物体を形成することが可能になる。もっとも、粉末床およびＳＬＡを用いてフィラメントを製造することはできるが、上述のように十分に細いフィラメントを製造する能力は限られている。
１つの適切なＤＬＰプロセスは、Ｉｖｏｃｌａｒ Ｖｉｖａｄｅｎｔ ＡＧおよびＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ Ｗｉｅｎに譲渡された米国特許第９，０７９，３５７号明細書、ならびに国際公開第２０１０／０４５９５０ Ａ１および米国特許出願第２０１１３１０３７０号明細書に開示されており、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、現在形成されている層にとって望ましい幾何学的形状を有する露光領域をタンク底部４０６上に生成するために、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る光源および変調器を含む。代替として、露光ユニットにレーザを使用してもよく、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、タンク４０４の上方に生産プラットフォーム４１２が設けられており、生産プラットフォーム４１２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、昇降機構（図示せず）によって支持されている。生産プラットフォーム４１２は、少なくとも生産プラットフォーム４１２の下側に第１の層を形成するとき、生産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べく上からも露光できるように、生産プラットフォーム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または半透明であってもよい。
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規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。生産プラットフォーム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、生産プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間に正確に所望の層厚Δ（図５参照）が残るような程度までタンク底部４０６に近づくように制御された方法で昇降機構によって降下される。この浸漬プロセスの間、光重合性材料は生産プラットフォーム４１２の下側とタンク底部４０６との間の間隙から排除される。層厚さΔが設定された後、所望の形状に硬化させるために、この層に対して所望の位置選択層露光が行われる。特に第１の層を形成するとき、上からの露光もまた透明または半透明の生産プラットフォーム４１２を介して行われるので、生産プラットフォーム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、それ故、第１の層の生産プラットフォーム４１２への良好な接着が保証される。層が形成された後、生産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さ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生産プラットフォーム４１２が持ち上げられた後、露光領域では、図６に示されるように材料不足が生じる。これは、厚さΔに設定された層を硬化させた後、この層の材料が生産プラットフォームおよ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げられるからである。したがって、既に形成された成形本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、材料の粘度が高いために、それ自体が成形本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、材料の窪みまたは「穴」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、支持アーム４３０をガイドスロット４３４内で動かすことにより、タンク底部４０６と平行に、タンク４０４に対して移動することができる。細長混合要素４３２は寸法を有し、その動きはタンク底部に対して案内され、これにより、細長い混合要素４３２の上縁部は、露光領域の外側における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。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き出ている。細長い混合要素をタンク４０４内の材料の高さより下に配置することの効果は、細長い混合要素４３２がタンクに対する移動中に露光領域を通って実質的にその前に材料を移動させることではなく、むしろ、この材料は、わずかな上方への動きを実行しながら混合要素４３２の上を流れる。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。タンク内の光重合性材料に対するこの種の作用によって、生産プラットフォーム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材料が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、生産プラットフォーム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、先ず、固定タンク４０４を用いて、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の下端はこれらの凹部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。
本発明の一体型ツーピース・コア・シェル鋳型を製造するために、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。加工物が連続する構築ステップの間に粘性プラットフォームから引き出されると、タンクはプラットフォームおよ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漬して連続層を構築する。
図９は、本発明の一態様によるツーピースの一体型コア・シェル鋳型９００の概略側面図を示す。第１ピースは部分コア９０１と部分シェル９０２とを含み、第２ピースは部分コア９０３と部分シェル９０４とを含む。部分コア９０１および部分シェル９０２は、一体の部品として形成されてもよく、または別々の組立体であってもよい。部分コア・シェル構造には、図１０に示すように完全なコア・シェル鋳型１０００への組み立てを容易にする取り付け点９０５、９０６、９０７、および９０８が設けられている。本発明のツーピース鋳型は、組み立ておよび鋳造の前にそれらを検査することができるという利点を有する。以前の一体型ワンピース鋳型は、三次元印刷されたという鋳型の性質のために、鋳造前の鋳型の検査が困難であるという欠点を有していた。
図１０に示すように、コア・シェル鋳型１０００は、コア１００１またはシェル１００２部分と一体的に形成された構造を含み得る。例えば、コアバンパー１００３を設けてもよいし、シェルバンパー１００４を設けてもよい。二部分型の組み立て時に、バンパー１００３／１００４は、コア１００１とシェル１００２との間に必要な間隔を提供するように機能する。シェルと一体的に、二部分コア・シェルの組み立て時にコア部に当接するピン支持体１００５が設けられてもよい。図示されていないが、コアと一体にピン構造を設けてもよい。
図１１は、第１のコア部分１１０１／第１のシェル部分１１０２および第２のコア部分１１０３／第２のシェル部分１１０４を有する二部構成のコア・シェル鋳型１１００を示す。この実施形態では、第１の取り付け点１１０５がコアアセンブリの先端部分内に設けられ、第２の取り付け点１１０６がコア先端領域から遠い位置にあるシェル領域の一部に設けられる。図１２〜図１４は、セラミックコア／シェルアセンブリに設けられた取り付け機構のいくつかの非限定的な例を示している。図１２は、第１の外側部分１２０１と、第１の内側部分１２０２と、第２の外側部分１２０３と、第２の内側部分１２０４とを有する舌部と溝型の連結具１２００を示す。図１３は、第１の外側部分１３０１と、第１の内側部分１３０２と、第２の外側部分１３０３と、第２の内側部分１３０４とを有する蟻継ぎ型の連結具１３００を示す。図１４は、第１の外側部分１４０１と、第１の内側部分１４０２と、第２の外側部分１４０３と、第２の内側部分１４０４とを有する連結ペグを備える実接合を示す。
図１５は、取り付け機構１５０７、１５０８を有する第１コア部１５０１と、取り付け機構１５１１を有する第１シェル部１５０２と、取り付け機構１５０９、１５１０を有する第２コア部１５０３と、取り付け機構１５１２を有する第２シェル部１５０４と、を有する２部構成のコア・シェルアセンブリ１５００の一例を示す。第１コア部１５０１と第１シェル部１５０２とはフィラメント１５０５で互いに連結されている。第２コア部１５０３と第２シェル部１５０４とは、フィラメント１５０６によって互いに連結されている。コア・シェル鋳型内で金属を鋳造し、フィラメントを浸出した後、フィラメントは鋳造タービンブレードに冷却孔パターンを画定する。同時係属中の出願、ＧＥ Ｄｏｃｋｅｔ＃２８５０２０に記載されているように、これらの構造は、上記の図４〜図１１に関連して説明されたＤＬＰプロセスを使用して形成されるのが好ましい。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り、コアとシェルとの間の接続点がフィラメント１５０５および／または１５０６を介して提供されることを可能にするように鋳型を作製することができる。コア・シェル鋳型が印刷されたら、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を受けてもよい。次いで、超合金タービンブレードの製造に使用される従来の鋳造工程と同様に、硬化セラミック鋳型を使用してもよい。特に、フィラメント１５０５および１５０６は、タービンブレードの表面に浸出冷却孔のパターンを形成するの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。
フィラメント１５０５および１５０６は、好ましくは円筒形または楕円形であるが、湾曲していてもよいし非線形であってもよい。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られてもよい。例えば、冷却孔は、０．０１〜２ｍｍ２の範囲の断面積を有し得る。タービンブレードでは、断面積は０．０１〜０．１５ｍｍ２、より好ましくは０．０５〜０．１ｍｍ２の範囲であってもよく、最も好ましくは約０．０７ｍｍ２であってもよい。翼の場合、冷却孔は、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し得る。冷却孔の間隔は、典型的には、冷却孔の直径の２倍〜１０倍の範囲、最も好ましくは冷却孔の直径の約４倍〜７倍の範囲の冷却孔の直径の倍数である。
フィラメント１５０５および／または１５０６の長さは、鋳造部品の厚さ、例えばタービンブレードまたは静翼の壁の厚さ、および鋳造部品の表面に対して冷却孔が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の範囲であり、最も好ましくは約０．９ｍｍである。冷却孔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孔の形成を可能にすることを理解されたい。
図１６は、本発明の一実施形態による一体型コア・シェル鋳型１６００の側面図を示す。図１５に示す概略図と同様に、第１コア部１６０１は、いくつかのフィラメント１６０５を介して第１シェル部１６０２に接続されている。同様に、第２コア部１６０３は、いくつかのフィラメント１６０６を介して第２シェル部１６０４に接続されている。第１コア部１６０１および第１シェル部１６０２は、取り付け機構１６０８、１６０９、１６１０および１６１１を介して第２コア部１６０２および第２シェル部１６０４に取り付けられて、完全なコア・シェル鋳型組立体１６００を形成することができる。組み立てられたコア・シェル鋳型１６００は、タービンブレードをインベストメント鋳造するためのキャビティ１６０７を画定する。図１７は、ニッケル基合金、すなわちインコネルなどの金属１７００で充填されたキャビティ１６０７を示す。セラミックコア・シェルが浸出すると、得られる鋳造物体は、タービンブレードまたは静翼の表面に冷却孔パターンを有するタービンブレードまたは静翼である。図１６〜図１７はタービンブレードの前縁および後縁における冷却孔を示す断面図であるが、タービンブレードの側面または任意の他の場所を含む所望の場合には追加の冷却孔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、鋳造プロセス内において任意の特定の設計で冷却孔を形成することができる。言い換えれば、冷却孔を形成するために従前は穿孔が使用されていた任意のパターンで従来の冷却孔を形成することができる。しかしながら、本発明は、鋳造部品内に冷却孔を形成するための従来技術、すなわち穿孔の限界のために、これまで達成できなかった冷却孔パターンを可能にするであろう。
浸出後、コア・プリント・フィラメントから得られるタービンブレードまたは静翼に生じた穴は、必要に応じてろう付け閉鎖されてもよい。そうでなければ、コア・プリント・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てもよい。あるいは、金属鋳造工程中に先端プレナムコアを定位置に保持するのに十分な量で先端プレナムコアをシェルに接続するために冷却孔フィラメントを設けてもよい。
本発明に従ってコア・シェル鋳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・シェル鋳型を硬化および／または焼成してもよい。溶融金属を鋳型に流し込み、一体のコア・シェル鋳型によって提供される形状および特徴を有する鋳造物体を形成してもよい。タービンブレードまたは静翼の場合、溶融金属は、従来のインベストメント鋳造鋳型で用いられることが知られている技術を用いて単結晶超合金タービンブレードまた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・シェル鋳型の特徴を組み込んだ、または組み合わせた本発明のコア・シェル鋳型構造に関する。以下の特許出願は、これらの様々な態様およびそれらの使用の開示を含む。
「統合型キャスティング・コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ）」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番号［］。
「浮遊チッププレナムを有する一体型キャスティング・コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＦＬＯＡＴＩＮＧ ＴＩＰ ＰＬＥＮＵＭ）」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番号［］。
「キャスティング部品を製造するための標準的なおよび／またはバンパーを製造するためのマルチピース一体型コア・シェル構造（ＭＵＬＴＩ−ＰＩＥＣＥ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＳＴＡＮＤＯＦＦ ＡＮＤ／ＯＲ ＢＵＭＰＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ）」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番号［］。
「鋳物部品を製造するための印刷管を有する一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＷＩＴＨ ＰＲＩＮＴＥＤ ＴＵＢＥＳ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ）」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番号［］。
「鋳造部品製造用の一体型鋳造コア・シェル構造およびフィルター（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ−ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＦＩＬＴＥＲ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ）」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番号［］。
「非線形穴を有する鋳造部品を製作するための一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＮＯＮ−ＬＩＮＥＡＲ ＨＯＬＥＳ）」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出願番号［］。
「非線形穴を有する鋳造部品を製作するための一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＷＩＴＨ ＣＯＯＬＩＮＧ ＨＯＬＥＳ ＩＮ ＩＮＡＣＣＥＳＳＩＢＬＥ ＬＯＣＡＴＩＯＮＳ）」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出願番号［］。
「非線形穴を有する鋳造部品を製作するための一体型鋳造コア・シェル構造（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＡＳＴＩＮＧ ＣＯＲＥ ＳＨＥＬＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＣＡＳＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ ＨＡＶＩＮＧ ＴＨＩＮ ＲＯＯＴ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ）」と題され、代理人整理番号０３７２１６．０００５３／２８５０６４Ｂで、２０１６年１２月１３日に出願された米国特許出願番号［］。
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ているコア・シェル鋳型と併せて使用することができるコア・シェル鋳型およびその製造方法のさらなる局面を開示する限りにおいて、その全体が本明細書に援用される。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、また任意の装置またはシステムを製造およ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任意の当業者が本発明を実施することを可能にするために実施例を使用する。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、それらが請求項の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが請求項の文字通りの言語とはごくわずか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の態様、なら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および技術を構築するために当業者によって混合および適合され得る。
本発明の更なる態様が、以下の段落に記載の特許発明の対象によって与えられる。
本発明の第１の態様は、第１コア部と第１シェル部とを備え、前記第１コア部および前記第１シェル部は、少なくとも第２コア部および第２シェル部と接して前記第１コア部と前記第２コア部との間および前記第１シェル部と前記第２シェル部との間にキャビティを有するセラミック鋳型を形成し、前記キャビティは、前記セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品を画定するようになっている、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、前記鋳造部品はタービンブレードまたは静翼である、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第３の態様は、上記第１又は第２の態様において、前記第１コア部または前記第１シェル部は、前記第２コア部または前記第２シェル部上のインターロック機構と接するように構成された、少なくとも１つのインターロック機構を含む、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第４の態様は、上記第３の態様において、前記インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するようになっている連結舌部または連結溝である、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第５の態様は、上記第３の態様において、前記インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するようになっている蟻継ぎである、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第６の態様は、上記第３の態様において、前記インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するようになっている連結ペグを備えた実接合である、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第７の態様は、上記第１〜第６の態様において、前記第１シェル部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備える、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第８の態様は、上記第１〜第７の態様において、前記第１コア部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備える、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第９の態様は、上記第１〜第８の態様において、前記セラミック鋳型は、前記コア部と前記シェル部とを接合する複数の結合構造を含み、前記結合構造は、前記鋳型を取り外す際に前記鋳造部品内に複数の穴を画定するように構成されている、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第１０の態様は、上記第１〜第９の態様において、前記鋳造部品はタービンブレードまたは静翼である、部分セラミック鋳造鋳型である。
本発明の第１１の態様は、部分セラミック鋳型の製造方法であって、（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ることと、（ｂ）前記液体セラミックフォトポリマーに接する窓を通して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を照射することと、（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すことと、（ｄ）部分セラミック鋳型の第１シェル部、および任意選択的に第１コア部、が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことと、を含み、前記任意選択の第１コア部および前記第１シェル部は少なくとも任意選択の第２コア部および第２シェル部と接して、前記第１コア部および／または前記第２コア部と前記第１シェル部および前記第２シェル部との間にキャビティを含むツーピースセラミック鋳型を形成するように構成され、前記キャビティは、前記セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品を画定するように構成される、部分セラミック鋳型の製造方法である。
本発明の第１２の態様は、上記第１１の態様において、ステップ（ｄ）の後に、前記ツーピースセラミック鋳型内に液体金属を注ぐこと、および前記液体金属を凝固させて前記鋳造部品を形成することを含むステップ（ｅ）を含む、製造方法である。
本発明の第１３の態様は、上記第１２の態様において、ステップ（ｅ）の後に、前記ツーピースセラミック鋳型を前記鋳造部品から取り外すことを含むステップ（ｆ）を含む、製造方法である。
本発明の第１４の態様は、上記第１３の態様において、前記ツーピースセラミック鋳型を前記鋳造部品から取り外すことは、力学的力と化学的浸出との組み合わせを含む、製造方法である。
本発明の第１５の態様は、上記第１１〜第１４の態様において、前記第１コア部または前記第１シェル部は、前記第２コア部または前記第２シェル部上のインターロック機構と接するように構成されている少なくとも１つのインターロック機構を含む、製造方法である。
本発明の第１６の態様は、上記第１１〜第１５の態様において、前記ツーピースセラミック鋳型は、前記コア部と前記シェル部とを接合する複数の結合構造を含み、前記結合構造は、前記ツーピースセラミック鋳型を取り外す際に前記鋳造部品内に複数の穴を画定するように構成されている、製造方法である。
本発明の第１７の態様は、上記第１１〜第１６の態様において、前記鋳造部品はタービンブレードまたは静翼である、製造方法である。
本発明の第１８の態様は、上記第１１〜第１７の態様において、前記第１シェル部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備えている、製造方法である。
本発明の第１９の態様は、上記第１１〜第１８の態様において、前記第１コア部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備えている、製造方法である。
本発明の第２０の態様は、上記第１１〜第１９の態様において、前記第１の部分セラミック鋳型は第１コア部を有し、前記第２の部分セラミック鋳型は第２コア部を有する、製造方法である。
本発明の第２１の態様は、上記第１１〜第２０の態様の前記ツーピースセラミック鋳型を用いた鋳造部品の製造方法であって、前記ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入するとともに前記液体金属を凝固させて前記鋳造部品を形成することと、前記鋳造部品から前記ツーピースセラミック鋳型を取り外すことと、を含む製造方法である。
本発明の第２２の態様は、鋳造部品の製造方法であって、ツーピースセラミック鋳型の第１コア部および第１シェル部を少なくとも第２コア部および第２シェル部と共に組み立てて、前記第１コア部および前記第２コア部と前記第１シェル部および前記第２シェル部との間に、前記ツーピースセラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に前記鋳造部品の形状を画定するように構成されたキャビティを含む前記ツーピースセラミック鋳型を形成することと、前記ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入するとともに、前記液体金属を凝固させて前記鋳造部品を形成することと、前記鋳造部品から前記ツーピースセラミック鋳造鋳型を取り外すことと、を含む製造方法である。

Claims (22)

  1. 第１コア部と第１シェル部とを備え、
    前記第１コア部および前記第１シェル部は、少なくとも第２コア部および第２シェル部と接して前記第１コア部と前記第２コア部との間および前記第１シェル部と前記第２シェル部との間にキャビティを有するセラミック鋳型を形成し、
    前記キャビティは、前記セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品を画定するようになっている、
    部分セラミック鋳造鋳型。
  2. 前記鋳造部品はタービンブレードまたは静翼である、請求項１記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  3. 前記第１コア部または前記第１シェル部は、前記第２コア部または前記第２シェル部上のインターロック機構と接するように構成された、少なくとも１つのインターロック機構を含む、請求項１に記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  4. 前記インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するようになっている連結舌部または連結溝である、請求項３に記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  5. 前記インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するようになっている蟻継ぎである、請求項３に記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  6. 前記インターロック機構は、第２の部分セラミック鋳造鋳型と締結するようになっている連結ペグを備えた実接合である、請求項３に記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  7. 前記第１シェル部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備える、請求項１に記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  8. 前記第１コア部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備える、請求項１に記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  9. 前記セラミック鋳型は、前記コア部と前記シェル部とを接合する複数の結合構造を含み、
    前記結合構造は、前記鋳型を取り外す際に前記鋳造部品内に複数の穴を画定するように構成されている、
    請求項１に記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  10. 前記鋳造部品はタービンブレードまたは静翼である、請求項１記載の部分セラミック鋳造鋳型。
  11. 部分セラミック鋳型の製造方法であって、
    （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ることと、
    （ｂ）前記液体セラミックフォトポリマーに接する窓を通して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を照射することと、
    （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すことと、
    （ｄ）部分セラミック鋳型の第１シェル部、および任意選択的に第１コア部、が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことと、を含み、
    前記任意選択の第１コア部および前記第１シェル部は少なくとも任意選択の第２コア部および第２シェル部と接して、前記第１コア部および／または前記第２コア部と前記第１シェル部および前記第２シェル部との間にキャビティを含むツーピースセラミック鋳型を形成するように構成され、
    前記キャビティは、前記セラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に鋳造部品を画定するように構成される、
    部分セラミック鋳型の製造方法。
  12. ステップ（ｄ）の後に、前記ツーピースセラミック鋳型内に液体金属を注ぐこと、および前記液体金属を凝固させて前記鋳造部品を形成することを含むステップ（ｅ）を含む、請求項１１に記載の製造方法。
  13. ステップ（ｅ）の後に、前記ツーピースセラミック鋳型を前記鋳造部品から取り外すことを含むステップ（ｆ）を含む、請求項１２に記載の製造方法。
  14. 前記ツーピースセラミック鋳型を前記鋳造部品から取り外すことは、力学的力と化学的浸出との組み合わせを含む、請求項１３に記載の製造方法。
  15. 前記第１コア部または前記第１シェル部は、前記第２コア部または前記第２シェル部上のインターロック機構と接するように構成されている少なくとも１つのインターロック機構を含む、請求項１１に記載の製造方法。
  16. 前記ツーピースセラミック鋳型は、前記コア部と前記シェル部とを接合する複数の結合構造を含み、
    前記結合構造は、前記ツーピースセラミック鋳型を取り外す際に前記鋳造部品内に複数の穴を画定するように構成されている、
    請求項１１に記載の製造方法。
  17. 前記鋳造部品はタービンブレードまたは静翼である、請求項１１に記載の製造方法。
  18. 前記第１シェル部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備えている、請求項１１に記載の製造方法。
  19. 前記第１コア部は、前記第１コア部に面するピン支持体またはバンパーを備えている、請求項１１に記載の製造方法。
  20. 前記第１の部分セラミック鋳型は第１コア部を有し、前記第２の部分セラミック鋳型は第２コア部を有する、請求項１１に記載の製造方法。
  21. 請求項１１に記載の前記ツーピースセラミック鋳型を用いた鋳造部品の製造方法であって、
    前記ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入するとともに前記液体金属を凝固させて前記鋳造部品を形成することと、
    前記鋳造部品から前記ツーピースセラミック鋳型を取り外すことと、
    を含む製造方法。
  22. 鋳造部品の製造方法であって、
    ツーピースセラミック鋳型の第１コア部および第１シェル部を少なくとも第２コア部および第２シェル部と共に組み立てて、前記第１コア部および前記第２コア部と前記第１シェル部および前記第２シェル部との間に、前記ツーピースセラミック鋳型の鋳造および取り外しの際に前記鋳造部品の形状を画定するように構成されたキャビティを含む前記ツーピースセラミック鋳型を形成することと、
    前記ツーピースセラミック鋳造鋳型に液体金属を注入するとともに、前記液体金属を凝固させて前記鋳造部品を形成することと、
    前記鋳造部品から前記ツーピースセラミック鋳造鋳型を取り外すことと、
    を含む製造方法。
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