KR102241876B1 - 적층제조방식을 이용한 고온부품 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조하는 과정과, 상기 제1 소재와 다른 제2 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식과는 다른 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조하는 과정을 포함하는, 가스터빈 고온부품의 제조방법을 제공한다.

Description

적층제조방식을 이용한 고온부품 및 그 제조방법{High temperature parts using additive manufacturing and method of manufacturing the same}

본 발명의 실시예들은, 적층제조방식을 이용한 고온부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.

가스터빈(gas turbine) 엔진은, 고온·고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관으로, 압축기(compressor), 연소기(combustor), 터빈(turbine)을 포함할 수 있다. 가스터빈은 압축기로 공기를 압축하고, 연소기로 상기 압축된 공기에 연료를 분사하고 연소시켜서 고온·고압의 연소가스로 전환시키며, 상기 고온·고압의 연소가스는 터빈을 통해 팽창되어, 터빈 날개(또는 터빈 블레이드)를 회전시킬 수 있다.

이 때 가스터빈의 출력 및 효율은 터빈의 입구 온도(또는 연소기의 출구 온도)가 증가함에 따라 향상되는 바, 터빈의 입구 온도는 지속적으로 증가하여 왔으며, 현재 1500℃ ~ 1600℃를 상회하는 수준에 있다. 이는 터빈의 부품들의 한계온도를 훨씬 상회하는 바, 이에 따라, 터빈의 부품들을 고온으로부터 보호하기 위하여 다양한 냉각 방식이 적용되고 있다.

예를 들면, 압축기에서 추기(bleed)된 공기를 별도의 유로(flow path)를 통해 터빈의 고온부품들에 공급하는 방식이 있다. 이를 위해 고온부품들은 내부에 다양한 냉각유로가 형성될 수 있으며, 다양한 냉각유로의 형상에 따라 고온부품의 온도를 소재의 한계온도 이하로 유지하도록 할 수 있다.

한편 이러한 고온부품들은 내부에 냉각유로를 포함하기 위하여 복잡한 형상을 가질 수 있는데, 종래에는 이러한 고온부품들을 정밀주조방식으로 제조하여 왔다. 하지만 정밀주조방식은 복잡한 형상을 구현하기 힘들며, 다양한 형상의 고온부품들을 생산하기에는 생산라인이 복잡해지고, 조립 등의 추가 공정이 필요할 수 있는 단점이 있다.

이에 따라 최근, 적층제조(additive manufacturing) 기술에 기반한 고온부품의 설계 및 제작에 대한 관심이 증가하고 있다. 적층제조방식은, PBF (Powder Bed Fusion) 방식과 DED (Direct Energy Deposition) 방식으로 나뉠 수 있다. PBF 방식은, 금속 분말을 편평하게 깔고 레이저를 선택적으로 조사하여 금속 분말을 국부적으로 용융 또는 소결(sintering)시키는 방식이며, DED 방식은, 레이저 빔을 금속 표면에 조사하여 순간적으로 용융지(melt pool)를 생성함과 동시에 금속 분말을 실시간으로 공급하여 적층하는 방식이다.

상기와 같은 적층제조방식을 이용하여 가스터빈의 고온부품을 제조하기 위해서는, 고온부품 내부의 정교하고 복잡한 형상을 구현할 수 있으면서도 내구성과 내열성을 가지는 소재를 이용할 수 있는 제조방법의 개발이 요구된다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 적층제조방식을 이용한 고온부품 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 고온부품의 제조방법은, 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조하는 과정과, 상기 제1 소재와 다른 제2 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식과는 다른 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 적층제조방식은 금속 분말 층(layer)을 배치한 뒤, 레이저 또는 전자빔을 지정된 영역에 조사하여 금속 분말을 소결시키거나 용융시키는 방식이고, 상기 제2 적층제조방식은 레이저 또는 전자빔의 조사와 동시에 금속 분말을 공급하는 방식일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 소재의 금속 분말의 입자 크기는, 상기 제1 소재의 금속 분말의 입자 크기보다 클 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 소재가 상기 제1 소재보다 내구성 및 내열성이 우수할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 적층제조방식으로 상기 고온부품의 일부를 제조하는 과정은, 상기 제1 적층제조방식으로 상기 고온부품의 냉각유로를 둘러싸는 내면을 포함하는 일부분을 제조하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조하는 과정은, 상기 제1 적층제조방식으로 제조된 상기 일부분의 적어도 일부 외면에 상기 제2 적층제조방식으로 나머지 일부분을 제조하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조하는 과정은, 상기 제2 적층제조방식으로, 상기 고온부품에서 열부하가 집중되는 부분, 기계적 하중이 집중되는 부분, 원심력이 집중되는 부분 중 적어도 한 부분을 제조하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 가스터빈 고온부품의 제조방법은 상기 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조한 뒤, 상기 제2 소재와의 경계가 될 부분에 본드 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조하는 과정은, 상기 제2 소재와의 경계가 될 부분을 제1 적층제조방식으로 미세 요철 구조로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 가스터빈 고온부품의 제조방법은, 상기 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조한 뒤, 상기 고온부품의 전체 외면을 열차폐코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 고온부품은, 제1 적층제조방식으로 제조되며 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분과, 상기 제1 적층제조방식과 다른 제2 적층제조방식으로 제조되며 상기 제1 소재와 다른 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분은, 상기 가스터빈 고온부품의 냉각유로를 둘러싸는 내면을 포함하는 부분일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분은, 상기 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분의 적어도 일부 외면일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분은, 상기 가스터빈 고온부품에서 열부하가 집중되는 부분, 기계적 하중이 집중되는 부분, 원심력이 집중되는 부분 중 적어도 한 부분을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 가스터빈 고온부품은, 상기 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분과 상기 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분의 경계에 본드 코팅 물질을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분과 상기 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분의 경계는 미세 요철 구조로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 가스터빈 고온부품은, 상기 가스터빈 고온부품의 전체 외면을 둘러싸는 열차폐 코팅 물질을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 열차폐 코팅 물질의 일부는 상기 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분과 접촉하고, 상기 열차폐 코팅 물질의 나머지 일부는 상기 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분과 접촉할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드는, 제1 적층제조방식으로 제조되며 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분과, 상기 제1 적층제조방식과 다른 제2 적층제조방식으로 제조되며 상기 제1 소재와 다른 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분을 포함하며, 내부에 냉각유로가 형성되어 있으며, 상기 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분은, 상기 냉각유로를 둘러싸는 내면을 포함하는 부분일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분은, 상기 터빈 블레이드의 전연(leading edge), 후연(leading edge) 및 측면 중 적어도 하나를 포함하는 부분일 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적층제조방식을 이용하여 가스터빈의 고온부품을 제조할 수 있다.

특히 본 발명의 일 실시예에 따르면, 내구성 및 내열성을 가지는 소재의 사용과, 정교하고 복잡한 형상의 구현을 동시에 실현할 수 있는 가스터빈 고온부품의 제조방법을 제공할 수 있다.

물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조방식을 이용한 고온부품의 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 적층제조방식의 환경(20)을 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 적층제조방식의 환경(30)을 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 횡단면도이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 제조 과정을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조방식을 이용한 고온부품에서 제1 소재(41)와 제2 소재(42)의 경계의 예시를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(90)의 횡단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조방식을 이용한 고온부품의 제조방법의 흐름도이다.

도 1을 참조하면, S101에서, 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조할 수 있다.

이후 S102에서, 제2 소재의 금속 분말을 이용하여 제2 적층제조방식으로 고온부품의 나머지 일부를 제조할 수 있다. 상기 제1 소재와 제2 소재는 서로 상이하며, 제1 적층제조방식과 제2 적층제조방식도 서로 상이하다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조방식을 이용한 고온부품은, 일체(一體)의 부품이지만, 서로 다른 제1 소재와 제2 소재를 포함하는 이종 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 적층제조방식은 금속 분말 층(layer)을 배치한 뒤, 레이저 또는 전자빔(electron beam)을 지정된 영역에 조사하여 금속 분말을 소결(sintering)시키거나 용융시키는 방식일 수 있다. 제1 적층제조방식은 예를 들면 PBF (Powder Bed Fusion) 방식일 수 있다. 제1 적층제조방식에 이용될 수 있는 제1 소재의 금속 분말의 입자 크기는 지정된 크기 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 적층제조방식은 레이저 또는 전자빔의 조사(irradiation)와 동시에 금속 분말을 공급하는 방식일 수 있다. 제2 적층제조방식은 예를 들면 DED (Direct Energy Deposition) 방식일 수 있다. 제2 적층제조방식에 이용될 수 있는 제2 소재의 금속 분말의 입자 크기는 지정된 크기 이상일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 적층제조방식의 환경(20)을 예시적으로 도시한다.

도 2를 참조하면, 제1 적층제조방식의 환경(20)은, 레이저(21), 스캐너(22), 및 상부에 금속 분말(MP) 층을 위치시키기 위한 작업대(23)를 포함할 수 있다.

제1 적층제조방식은, 작업대(23) 상부에 형성된 파우더베드(powder bed)(24)에 금속 분말(MP)을 편평하게 깔고, 레이저빔(LB)(또는 전자빔)을 선택적으로 조사하여 금속 분말(MP)을 국부적으로 용융 또는 소결시키는 방식이다. 스캐너(22)는, 레이저(21)에서 방출된 레이저빔의 경로를 제어할 수 있다. 적층제조의 진행에 따라 작업대(23)는 아래 방향으로 이동할 수 있다. 작업대(23)가 아래 방향로 이동함에 따라, 파우더베드(24)의 상부에는 새로운 금속 분말(MP) 층이 깔릴 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 적층제조방식은 PBF (Powder Bed Fusion) 방식일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 적층제조방식의 환경(30)을 예시적으로 도시한다.

도 3을 참조하면, 제2 적층제조방식의 환경(30)은, 레이저(미도시), 작업기판(31), 금속 분말(MP)을 분출시키는 노즐(32)을 포함할 수 있다.

제2 적층제조방식은, 고출력 레이저빔(LB)을 금속 표면에 조사하면서 동시에 노즐(32)을 통해 금속 분말(MP)을 분사하여, 용융지(33)가 실시간으로 적층되는 방식이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 제2 적층제조방식은 DED (Direct Energy Deposition) 방식일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 적층제조방식에 이용될 수 있는 제1 소재의 금속 분말의 입자 크기는, 제2 적층제조방식에 이용될 수 있는 제2 소재의 금속 분말의 입자 크기보다 작을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 소재의 금속 분말의 입자 크기는 20 um 내지 40 um, 제2 소재의 금속 분말의 입자 크기는 100 um 이하 또는 100 um 내외일 수 있다. 예를 들면 제1 소재는 Inconel 718 소재 등을 포함할 수 있다.

따라서 제1 소재의 금속 분말을 사용하는 제1 적층제조방식의 경우, 미세한 구조물을 정교하게 제작할 수 있다. 하지만, 제1 적층제조방식에 이용될 수 있는 제1 소재의 금속 분말이 지정된 크기 이하의 입자 크기를 가지므로, 제1 소재의 선택은 제한적일 수 있다.

또한, 제2 소재의 금속 분말의 입자 크기는 제1 소재의 금속 분말의 입자 크기보다 크기 때문에, 제2 소재를 사용하는 제2 적층제조방식의 경우 제1 적층제조방식보다 정교한 구조물의 구현이 어려울 수 있다. 하지만, 제1 소재보다 제2 소재의 선택 범위가 넓을 수 있다. 즉, 제2 적층제조방식에 사용되는 제2 소재의 금속 분말의 종류는, 제1 적층제조방식에 사용되는 제1 소재의 금속 분말의 종류보다 다양하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 소재가 제1 소재보다 더 내구성 및 내열성이 우수할 수 있다. 즉, 제2 소재가 제1 소재보다 기계적·열성 물성이 더 뛰어날 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 소재보다 더 높은 열부하를 견딜 수 있고, 더 높은 기계적 하중을 견딜 수 있는 소재를 제2 소재로 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 소재의 금속 분말을 이용한 제1 적층제조방식(S101) 및 제2 소재의 금속 분말을 이용한 제2 적층제조방식(S102)을 모두 이용하여, 일체(一體)의 가스터빈 고온부품을 제조할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 고온부품은, 제1 소재의 금속으로 이루어진 일부분과 제2 소재의 금속으로 이루어진 나머지 일부분으로 구성되어 일체(一體)를 이룰 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 소재의 금속 분말을 이용한 제1 적층제조방식으로, 가스터빈 고온부품의 내부를 포함하는 일부분을 제조할 수 있고, 제2 소재의 금속 분말을 이용한 제2 적층제조방식으로, 상기 가스터빈 고온부품의 외면의 적어도 일부를 제조할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 소재를 사용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 내부 구조를 포함하는 일부분을 먼저 제조하고, 그 이후에, 상기 제조된 일부분 상에 제2 소재를 사용하여 제2 적층제조방식으로 고온부품의 외면의 적어도 일부를 포함하는 나머지 일부분을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고온부품의 제조방법은, S101에서 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조한 뒤, 상기 제조된 고온부품의 일부를 제2 적층제조방식을 적용하기 위한 장치로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라, 하나의 작업대에서 제1 적층제조방식과 제2 적층제조방식이 수행될 수도 있다.

다양한 실시예들에서, 가스터빈 고온부품의 내부는 복잡한 형상의 냉각유로를 구비할 수 있다. 따라서, 제1 소재의 금속 분말을 이용한 제1 적층제조방식으로, 내부의 냉각유로를 포함하는 복잡한 구조를 제조할 수 있다. 이를 통해, 복잡한 형상의 고효율 냉각유로를 갖는, 가스터빈 고온부품의 내부 구조를 구현할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 가스터빈 고온부품의 외부 또는 외부의 적어도 일부는, 고온 또는 고압의 환경에 더 노출되거나, 근접하거나, 영향을 더 많이 받을 수 있다. 따라서, 제2 소재의 금속 분말을 이용한 제2 적층제조방식으로, 고온·고압의 환경에 더 노출되거나 더 근접한, 고온부품의 외면의 적어도 일부를 제조할 수 있다. 또한, 가스터빈 고온부품에 있어서, 열부하 및 기계적 하중이 집중되는 일부분에, 내열 및 구조적 강건성이 우수한 제2 소재를 사용하여 제2 적층제조방식으로 형상을 구현할 수 있다.

전술한 바와 같은 다양한 실시예들에 따르면, 제1 소재는 상대적으로 저렴하며 공급이 용이한 소재를 적용하며, 제2 소재는 기계적·열적 물성이 뛰어난 고가의 소재를 적용함으로써, 경제성을 확보하면서 고성능의 고온부품 구현이 가능할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고온부품의 제조방법은, S101 이전에, 일체(一體)의 고온부품에서 제1 적층제조방식을 적용할 일부분과 제2 적층제조방식을 적용할 나머지 일부분을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 일체의 고온부품에서, 냉각유로를 포함하는 내부 구조를 제1 적층제조방식을 적용할 일부분으로 결정할 수 있다. 상기 일체의 고온부품에서, 열부하가 집중되는 부분, 기계적 하중이 집중되는 부분, 원심력이 집중되는 부분 중 적어도 한 부분을, 제2 적층제조방식을 적용할 나머지 일부분으로 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조방식을 이용한 고온부품은, 가스터빈에 적용되는 고온부품일 수 있으며, 터빈 블레이드(blade), 블레이드 허브(hub)등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않으며 가스터빈에 적용되는 임의의 고온부품을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 기계적 하중이 집중되는 블레이드 허브(hub) 영역을, 제2 소재를 사용하는 제2 적층제조방식을 적용할 부분으로 결정할 수 있다.

일 실시예에 따른 고온부품의 제조방법은, S101에서 제1 소재를 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 적층제조한 뒤, S102 이전에, 제2 소재와 경계가 될 부분에 본드 코팅(bond coating)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서 고온부품은, 제1 소재와 제2 소재의 경계 부분에 본드 물질을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 고온부품의 제조방법은, S101에서 제1 소재를 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 적층제조할 때, 제2 소재와 경계가 될 부분을 미세 요철 구조로 적층제조할 수 있다. 이를 통해 이종 소재 간 접착력을 향상시킬 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 고온부품의 제조방법은, S102에서, 제2 소재를 이용하여 제2 적층제조방식으로 고온부품의 나머지 일부를 적층제조한 뒤, 고온부품의 전체 외면을 열차폐 코팅(thermal barrier coating)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서 고온부품은 제2 소재의 외면에 열차폐 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 열차폐 물질은 예를 들면 세라믹 소재를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 종단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 블레이드(40)는, 내부에 냉각유로(50)를 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 횡단면도이다. 도 6을 참조하면, 터빈 블레이드(40)의 내부에는 냉각유로(50)가 형성될 수 있다. 일체의 부품인 터빈 블레이드(40)의 일부는 제1 소재(41)로 구성될 수 있으며, 나머지 일부는 제2 소재(42)로 구성될 수 있다.

도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(40)의 제조 과정을 도시한다. 먼저 도 7을 참조하면, 터빈 블레이드(40)의 내부를 포함하는 일부분(71)이 제1 소재(41)를 사용하여 제1 적층제조방식으로 제조될 수 있다. 상기 제1 소재(41)로 구성된 터빈 블레이드(40)의 일부분(71)은 냉각유로(50)를 둘러싸는 부분일 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 제1 적층제조방식으로 상기 일부분(71)이 제조된 터빈 블레이드(40)의 적어도 일부 외면에, 제2 소재(42)를 사용하여 제2 적층제조방식으로 나머지 일부분(81, 82, 83)이 적층될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 터빈 블레이드(40)에서 열부하가 집중되는 전연(leading edge)(81) 및 후연(trailing edge)(82) 부분이 제2 소재(42)로 구성될 수 있으며, 제2 적층제조방식으로 제조될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 터빈 블레이드(40)에서 원심력이 집중되는 측면(83)(또는 측면의 외면) 부분이 제2 소재(42)로 구성될 수 있으며, 제2 적층제조방식으로 제조될 수 있다.

터빈 블레이드(40)에서 냉각유로(50)를 둘러싸는 내면을 포함하는 부분은 제1 소재(41)를 이용한 제1 적층제조방식으로 제조될 수 있으며, 상기 제1 소재(41)로 구성된 부분의 적어도 일부 외면은 제2 소재(42)를 이용한 제2 적층제조방식으로 제조될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일부분(71)의 제조와 상기 나머지 일부분(81, 82, 83)의 제조 사이에, 접착력 강화를 위한 본드 코팅이 더 수행될 수 있다. 따라서, 터빈 블레이드(40)는, 제1 소재(41)와 제2 소재(42)의 경계 부분에, 본드 물질 층(layer)(미도시)을 더 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층제조방식을 이용한 고온부품에서 제1 소재(41)와 제2 소재(42)의 경계의 예시를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온부품에서 제1 소재(41)와 제2 소재(42)의 경계 부분은, 이종 소재 간의 접착 성능을 개선하기 위하여 미세 요철 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제1 소재(41)를 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 적층제조할 때, 제2 소재 (42)와의 경계가 될 부분을 미세 요철 구조로 적층제조할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스터빈의 터빈 블레이드(90)의 횡단면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터빈 블레이드(90)는, 전술한 터빈 블레이드(40)의 외면에 열차폐 코팅(91)을 더 포함할 수 있다. 열차폐 코팅(91)의 물질은, 예를 들면 세라믹 소재를 포함할 수 있다.

이상에서, 터빈 블레이드를 예시로 들어 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 이는 예시일 뿐이며, 본 발명의 적층제조방식을 이용하여 가스터빈엔진의 다양한 고온부품들을 제조할 수 있을 것이다. 예를 들면, 기계적 하중이 집중되는 블레이드 허브 부분은, 제2 소재를 이용하여 제2 적층제조방식으로 제조될 수 있을 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

40, 90: 터빈 블레이드
50: 냉각유로
41: 제1 소재
42: 제2 소재
81: 전연(leading edge)
82: 후연(trailing edge)
91: 열차폐코팅

Claims (22)

1. 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조하는 과정과,
   상기 제1 소재와 다른 제2 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식과는 다른 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조하는 과정을 포함하고,
   상기 제1 소재는 인코넬(Inconel) 718 소재를 포함하고,
   상기 제1 소재의 금속 분말의 입자 크기는 20μm 내지 40μm로 형성되고,
   상기 제2 소재의 금속 분말의 입자 크기는 상기 제1 소재의 금속 분말의 입자 크기보다 더 크고,
   상기 제2 소재가 상기 제1 소재보다 내구성 및 내열성이 우수하고,
   상기 제1 적층제조방식은 상기 제1 소재의 금속 분말 층(layer)을 배치한 뒤, 레이저 또는 전자빔을 지정된 영역에 조사하여 금속 분말을 소결시키거나 용융시키는 방식이고,
   상기 제2 적층제조방식은 레이저 또는 전자빔의 조사와 동시에 상기 제2 소재의 금속 분말을 공급하는 방식인
   가스터빈 고온부품의 제조방법.
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5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 적층제조방식으로 상기 고온부품의 일부를 제조하는 과정은, 상기 제1 적층제조방식으로 상기 고온부품의 냉각유로를 둘러싸는 내면을 포함하는 일부분을 제조하는 과정을 포함하는,
   가스터빈 고온부품의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조하는 과정은, 상기 제1 적층제조방식으로 제조된 상기 일부분의 적어도 일부 외면에 상기 제2 적층제조방식으로 나머지 일부분을 제조하는 과정을 포함하는,
   가스터빈 고온부품의 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조하는 과정은, 상기 제2 적층제조방식으로, 상기 고온부품에서 열부하가 집중되는 부분, 기계적 하중이 집중되는 부분, 원심력이 집중되는 부분 중 적어도 한 부분을 제조하는 과정을 포함하는,
   가스터빈 고온부품의 제조방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조한 뒤, 상기 제2 소재와의 경계가 될 부분에 본드 코팅하는 단계를 더 포함하는,
   가스터빈 고온부품의 제조방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 소재의 금속 분말을 이용하여 제1 적층제조방식으로 고온부품의 일부를 제조하는 과정은, 상기 제2 소재와의 경계가 될 부분을 제1 적층제조방식으로 미세 요철 구조로 형성하는 단계를 포함하는,
   가스터빈 고온부품의 제조방법.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 적층제조방식으로 상기 고온부품의 나머지 일부를 제조한 뒤, 상기 고온부품의 전체 외면을 열차폐코팅하는 단계를 더 포함하는,
    가스터빈 고온부품의 제조방법.
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