KR20000035563A - 차단재 및 레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법 - Google Patents

Abstract

레이저 가공동안 레이저 빔(L)을 차단하기 위한 방법 및 재료(52)가 개시되다. 이 재료는 열가소성 중합체를 포함한다. 구성요소(10)로부터 블럭킹 재료를 충전 및 제거를 촉진하는 다양히 자세한 것들이 개발되었다. 자세한 실시예에 있어서, 열가소성 중합체는 탄소와 수소로만 형성되고 이 재료를 태우는 동안 무해한 배출물을 생성한다.

Description

블럭킹 재료 및 레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법{METHOD AND MATERIAL FOR PROCESSING A COMPONENT FOR LASER MACHINING}

본 발명은 냉각 공기용 내측 통로를 갖는 에어포일과 같은 구성요소를 레이저 가공하기 위한 레이저 블럭킹 재료 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 방법은 구멍이 구성요소의 벽을 관통해 캐비티로 드릴 가공될 때 레이저 빔이 내부에 충돌하는 것을 막기 위해 캐비티내에 열가소성 재료를 배치하는 단계와, 그런 후 구멍을 드릴 가공하는 단계 및 캐비티로부터 이 재료를 제거하는 단계를 포함한다.

가스 터빈 엔진용 에어포일이 매개 가스를 작동시키 위해 유동 통로내에 배치된다. 이러한 에어포일의 예는 터빈 블레이드와 터빈 베인이다. 에어포일은 고온 가스가 엔진을 통해 유동하므로 이 고온 가스에 둘러싸이게 된다. 냉각 공기는 에어포일(예를 들면, 터빈 베인 또는 터빈 블레이드)의 온도를 허용가능한 한계내로 유지시키는 작동 조건하에서 에어포일 내부의 통로를 통해 유동한다.

또한, 에어포일은 이의 내부로부터 외부로 연장하는 냉각 공기 구멍을 가질 수 있다. 냉각 공기 구멍은 작으며 11 밀 내지 17 밀(0.011 인치 내지 0.017 인치) 범위의 직경을 가질 수 있다. 이 구멍은 소정의 패턴으로 뚫려지고 에어포일의 충분한 냉각을 보장하도록 제작된다.

냉각 공기 구멍은 냉각 공기를 고온 벽을 통해 에어포일 내부의 통로부터 외부로 유동시킨다. 냉각 공기는 이 공기가 벽을 통과할 때 증발 냉각을 제공하며, 이 공기가 에어포일로부터 배출된 후에는 외부에 공기의 필름을 갖는 필름 냉각(film cooling)을 제공한다. 냉각 공기의 필름은 에어포일과 고온의 작동 매개 가스 사이에 배리어를 형성한다.

구멍을 뚫는 일 방법은 에어포일의 외부에 간섭성 에너지의 빔을 배향시키기 위한 레이저를 사용한다. 이 레이저 빔으로부터의 강한 방열은 에어포일 벽을 태워 뚫어서 뒤에 냉각 공기용 안전한 도관을 제공하는 구멍을 제공한다. 레이저 빔이 에어포일 벽을 통과해 내측 캐비티로 관통할 때, 레이저 빔은 캐비티의 다른 측상의 인접 구조물을 충돌하여 에어포일에 유해한 손상을 입힐 수 있다. 따라서, 블럭킹 재료가 캐비티내에 위치되어 레이저 빔이 에어포일 벽을 관통한 후 캐비티를 둘러싸는 벽과 충돌하는 것을 차단할 수 있다.

하나의 해결 방법은 에어포일내에 세라믹 주조 코어를 배치하고 블레이드는 제조 공정동안 그 둘레를 이동하는 것이다. 세라믹 코어는 적합한 블럭킹 재료이다. 그런 후 세라믹 코어는 공지된 리칭 기법(leaching techniques)에 의해 제거된다. 이러한 해결 방법은 그래고, 그리프티 및 스트로우드에게 "터빈 블레이드의 드릴 가공법(Drilling Turbine Blades)"이라는 명칭으로 허여된 미국 특허 제 5,222,617 호에 개시되어 있다. 그러나, 주조후 코어의 존재는 에어포일 내부의 초기 검사를 방해한다. 세라믹 재료는 일단 냉각 공기 구멍이 뚫어지면 제거하기가 힘들다. 또한, 냉각 공기 구멍을 재차 뚫을 필요가 있는 수선 공정동안 코어는 에어포일과 함께 사용하기가 적당하지 않다.

블럭킹 재료의 다른 실시예는 왁스 또는 왁스와 같은 재료이다. 이 재료는 용융되어 에어포일의 전연 통로(leading edge passage)와 같은 내측 통로로 쉽게 유동할 수 있다. 용융점 이상인 이 용융된 재료의 온도는 250℉를 초과할 수 있다. 용융된 재료는 손으로 부어질 수 있거나 또는 캐비티내로 분출될 수 있거나 또는 보호될 표면상에 스프레이 또는 프린트될 수 조차 있다. 그러나, 용융 재료는 이 재료를 가지고 작업하는 작업자에게 심한 화상을 입힐 수 있다. 더우기, 만일 이 재료를 손으로 에어포일내로 부을 경우 이 작업은 시간이 많이 걸린다. 또한, 왁스는 2개의 상당히 인접한 냉각 공기 구멍 사이에서 퍼질 수 있다. 제 1 구멍에 인접한 왁스(제 2 구멍이 드릴 가공될 때 레이저 빔을 차단함)는 제 1 구멍이 레이저 빔에 의해 드릴 가공될 때 용융될 수 있다. 이러한 것은 왁스내에 보이드가 형성되도록 한다. 결과적으로, 보이드를 갖는 통로 부분을 통과하므로 제 2 구멍으로의 레이저 빔으로부터의 에너지는 왁스에 의해 충분히 소산되지 않는다. 제 2 구멍이 드릴 가공될 때 에어포일에 손상이 가해질 수 있는데, 이는 빔이 제 2 구멍에서 벽을 관통한 후 에어포일의 내벽과 충돌할 수 있기 때문이다.

보이드 형성을 피하기 위한 첨가제가 사용되는 일 왁스형 블럭킹 재료가 "레이저 배리어 재료 및 레이저 드릴 가공 방법(Laser Barrier Material And Method Of Laser Drilling)"이라는 명칭으로 코페(Corfe)와 스트라우드(Stroud)에 허여된 미국 특허 제 5,049,722 호에 개시되어 있다. 미국 특허 제 5,049,722 호에서, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌 : ploytetrafluoroethylene) 왁스형 재료가 왁스계로 배열된다. PTFE는 보이드의 형성을 막는다. 전연 통로의 내부상에 이러한 재료를 배치하는 것은 몇몇 에어포일에 대해서는 매우 어렵다. 종종 전연 통로는 제조동안 에어포일의 외부와 어떠한 연결부도 갖지 않는다. 드릴 작업을 하기 전에 작은 충돌 구멍을 제외하고는 인접한 통로와 가스 연통하는 통로는 블라인드 통로 또는 데드 앤드 통로(dead end passage)이다. 또한 인접한 통로는 전연 통로로 유동하는 냉각 공기를 수납하기 위한 개구를 갖는다. 따라서, 작업자는 용융된 재료를 유입 개방부에 조심스럽게 붓고 에어포일을 능숙하게 다루어 전연 통로내에 재료의 기포가 발생하는 것을 피해야 한다.

다른 해결 방법은 에폭시 수지와 같은 은폐제(masking agent)를 사용하는 것으로, 이 은폐제는 에어포일내에 액상으로 배치된다. 에폭시 수지는 이를 에어포일내에 간단히 부어넣음으로써 에어포일내에 배치된다. 에폭시 수지는 실온에 있으며 작업자에 화상을 입히지 않는다. 에폭시 수지는 유체가 강화되도록 처리되며 미국 특허 제 5,049,722 호에 개시된 PTFE 왁스와 유사한 보다 단단하 재료가 되도록 한다. 그러나, 수지는 용융된 왁스와 비교해 비교적 점성이 크며 에어포일 내부의 작은 연결 통로를 통해 유동하기 어렵다.

몇몇 에어포일에 있어서 이러한 재료를 전연 통로의 내부에 배치하는 것이 특히 어려울 수 있다. 종종 전연 통로는 제조동안 에어포일의 외부와 어떠한 연결부도 갖지 않는다. 드릴 작업을 하기 전에 작은 충돌 구멍을 제외하고는 인접한 통로와 가스 연통하는 통로는 블라인드 통로 또는 데드 앤드 통로이다. 또한 인접한 통로는 전연 통로로 유동하는 냉각 공기를 수납하기 위한 개구를 갖는다. 따라서, 작업자는 용융된 재료를 유입 개방부에 조심스럽게 붓고 에어포일을 능숙하게 다루어 전연 통로내에 재료의 기포가 발생하는 것을 피하고, 에어포일을 신중하게 다루어 보이드의 형성을 피해야 한다. 이 재료는 이를 증기화시키는 온도로 가열하므로써 쉽게 제거될 수 있다는 장점을 갖는다.

다른 해결 방법은 레이저광을 분산시키는 재료를 포함하는 틱소트로픽 매체를 사용하는 것이다. 이러한 해결 방법은 "구성요소의 레이저 드릴 가공법(Laser Drilling of Components)"이라는 명칭으로 마(Ma) 및 핀더(Pinder)에게 허여된 미국 특허 제 4,873,414 호에 개시되어 있다. 본 매체의 특히 이로운 장점은 레이저광이 접촉했을 때 광을 제거한다는 것이다. 구성요소로부터 반사된 광을 모니터링하므로써 레이저 빔이 제 2 표면으로 돌진할 때의 레이저 빔을 검출하여 레이저 빔이 관통 구멍을 드릴 가공하였는가 아닌가를 결정하는 피드백 제어를 가능하게 한다. 또한, 매체의 점성은 노즐을 통해 매체의 점성을 낮출수 있도록 강제하므로써 매체가 감소되어 매체가 구성요소의 내면위를 용이하게 유동한다. 틱소트로픽 매체는 매체를 플러싱제(flushing agent)와 접촉시키므로써 제거될 수 있으며, 이는 구성요소의 부가적인 조정 및 부가적인 재료를 구성요소내로 활성 유동이 필요하다.

다른 해결 방법은 "레이저 배리어 재료(Laser Barrier Material)"라는 명칭으로 스트로우드(Stroud) 및 코스(Corse)에게 허여된 미국 특허 제 5,140,127 호에 개시되어 있다. 이러한 해결 방법은 테트라플루오르에틸렌 및 헥사플루오르프로필렌의 제 1 공중합체와 폴리테트라플루오르에틸렌 주쇄 및 적어도 하나의 플루오르화된 알콕시 측쇄를 갖는 제 2 공중합체로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 조성물인 분사가능한 배리어 재료를 사용한다. 이 재료는 구성요소의 내부로 부어지거나 또는 분사된다. 그런 후 이 재료는 중공 터빈 블레이드에 충전되고 레이저 드릴 가공후에 구성요소 밖으로 발산된다. 이 재료를 기화시키기 위해 매우 높은 온도로 가열하는 것과 같은 보다 수동적인 방법으로 재료를 제거할 수 있다. 그러나, 그러한 연소 생성물은 플루오르 원자를 포함하며 연소 생성물을 대기중으로 배출하기 전에 연소 생성물에서 제거되어야만 하는 유해한 유체를 형성할 수 있다.

다른 해결 방법은 "레이저 배리어 재료 및 방법(Laser Barrier Material and Method)"라는 명칭으로 터너(Turner)에게 허여된 미국 특허 제 5,767,482 호에 개시되어 있다. 미국 특허 제 5,767,482 호는 염화 나트륨(소금), 또는 열적으로 안정하고 높은 용융점을 갖는 다른 메탈 소금과 같은 미세하게 나누어진 결정성 재료를 사용한다. 소금은 이를 구성요서의 내부로 붓거나 또는 물과 반죽한 페이스트로 만들어 구성요소의 내부로 분사하므로서 삽입될 수 있다. 이 소금은 구성요소를 물로 씻음으로써 제거된다.

상기 기술에도 불구하고, 출원 양수인의 감독하에 일하는 과학자 및 엔지니어는 레이저 블럭킹 재료를 에어포일의 내부에 배치하기 위한 재료, 방법 및 장치를 개발하였으며, 이들은 대량 생산 작동에 이용하기 적합하며 유독한 유체를 생성하는 일 없이 또는 여러번의 소비 작동없이 비교적 용이하게 제거할 수 있다.

본 발명은 일반적으로 일부 중합체가 레이저 빔을 차단하기 위해 사용될 때 대량 생산 작동에 상당한 이점을 제공하며, 일부 툴링(tooling) 및 고정구가 에어포일과 같은 구성요소의 충전 공정을 빠르게 하기 위해 대량 생산 작동으로 상기 재료 및 다른 재료를 가지고 사용될 수 있는 것에 관한 것이다. 또한, 일부 중합체는 작은 통로내의 블럭킹 재료로부터 에어포일의 얇은 벽으로 전달되는 힘의 양에 이로운 영향을 가지며 이 힘은 에어포일내에 재료를 배치하고 이 재료를 에어포일로부터 제거함의 결과이다. 또한, 재료를 확실히 낮은 용융점으로 가열하여 용융 재료가 부분적으로 빠져나가게 하고 그런 후 보다 고온에서 재료를 기화시키는 재료의 제거 작동동안 이들 재료 자체는 빠른 공정이 가해지며 이 방법에서 유해한 연소 생성물이 형성되지 않는다.

본 발명에 따르면, 레이저 가공 작업동안 레이저 빔의 세기를 감쇄시키기 위한 블럭킹 재료는 멜트 플로 인덱스를 갖는 탄소와 수소로만 형성된 열가소성 중합체를 포함하며, 상기 멜트 플로 인덱스는 적어도 30이고 부분적으로 결정성이고 이 결정성은 40%보다 커 레이저로부터 방사되는 빔을 확산시킨다.

본 발명에 따르면, 내부 캐비티를 갖는 구성요소내에 구멍을 드릴 가공하는 방법은 적어도 30이고 부분적으로 결정성인 멜트 플로 인덱스를 갖는 탄소와 수소로만 형성된 열가소성 중합체 재료를 포함하는 레이저 블럭킹 재료를 캐비티내에 배치하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 블럭킹 재료는 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 혼합물을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 블럭킹 재료는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 재료를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 블럭킹 재료는 탄성 특성을 가져 재료가 번아웃(burnout) 작동동안 팽창될 때, 재료는 이의 응력을 경감하는 하중하에 변형하여 재료의 열 팽창의 모든 힘이 구성요소로 전달되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이 방법은 재료를 이의 용융점까지 가열하여 레이저 블럭킹 재료를 제거하고 그런 후 이를 더 가열하여 나머있는 블럭킹 재료를 기화시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이 방법은 뾰족한 기구로 구멍을 탐침하므로써 레이저 빔에 의해 형성된 구멍을 검사하는 단계와 구멍내에 또는 구성요소의 내부상에 배치된 탄성 블럭킹 재료와 만나므로써 구멍이 벽을 관통해 드릴 가공되었는가를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이 방법은 블럭킹 재료의 일부를 레이저 빔에 대해 비교적 투명한 플라즈마로 기화시키는 단계와 이 레이저 빔을 플라즈마를 관통해 레이저 빔을 산란시키기 위한 결정성을 갖는 재료의 고상부로 통하게 하는 단계를 포함한다.

블럭킹 재료의 주요 특징은 탄소와 수소의 존재한다는 것이다. 다른 특징은 40%, 몇몇 실시예에 있어서 60%보다 큰 재료의 결정성이다. 본 발명의 다른 특징은 레이저 빔으로 재료를 기화시킴으로써 형성된 플라즈마의 투명도를 없애 플라즈마가 레이저의 가공 작동과 간섭하지 않도록 하는 것이다. 또다른 특징은 블럭킹 재료의 비교적 낮은 용융 온도로서 이 온도는 250℉ 내지 540℉ 사이의 범위이지만 대체로 300℉ 이하이다.

본 발명의 주요 장점은 레이저 빔과 블럭킹 재료의 상호작용으로 인해 중공 구성요소에 드릴 가공된 구멍의 품질이다. 또다른 장점은 처리 속도 및 비용으로서, 이는 시어 시닝 특성(shear thinning characteristic) 및 멜트 플로 인덱스에 의해 구성요소 내부상에 재료가 용이하게 위치되며, 부분적으로 레이저 블럭킹 재료를 태웠을 때의 생성물이 무해한 이산화탄소와 수증기이므로 이 재료를 태우므로써 제거가 용이한 결과이다. 일 실시예에 있어서, 장점은 연소 생성물을 대기중으로 배출하기 전에 특별한 처리가 필요없는 무해한 연소 생성물(이산화탄소와 물)을 생성하는 레이저 블럭킹 재료를 사용함에 따른 레이저 드릴 방법의 간편성이다. 또다른 특징은 재료의 고화율(rate of solidification)로서, 이는 시어 시닝 특성과 재료를 구성요소내로 이동시키는 압력이 제거됨에 따른 전단력의 부재의 결과이다.

본 발명의 특정 장점은 레이저 가공 작동동안 부스러기 및 재가공(rework)의 감소로서, 이는 레이저 블럭킹 재료가 에어포일과 같은 구성요소 내부상의 좁은 통로로 유동하도록 하는 능력에 의한 결과로서, 부분적으로 압력이 가해진채 재료가 이들 통로를 통해 유동할 수 있도록 하는 고유 능력 및 멜트 플로 인덱스를 나타낸다. 본 발명의 또다른 장점은 에어포일의 내구성으로서, 이는 재료가 팽창하여 내부 응력을 경감하여 에어포일로 전달되는 힘을 줄이도록 변형할 수 있는 재료의 능력으로 인한 결과이다. 다른 장점은 에어포일의 내구성 및 무결성으로서, 이는 재료가 용융상태로 되기 전에 재료의 열팽창량을 한정하는 재료의 비교적 낮은 용융 온도로 인한 결과이다. 또다른 특징은 구성요소의 조정의 용이성으로서, 이는 재료가 구성요소내에 위치된 후 고체 상태로 남아있음으로 인한 결과이다.

본 발명의 전술한 및 다른 특징 및 장점은 하기의 자세한 설명 및 첨부된 도면에 비추어 명백해질 것이다.

도 1은 구성 요소내에 레이저 블럭킹 재료를 배치하기 위한 공구의 에어포일과 같은 전체 구성 요소의 사시도로서, 사출 성형 기계와 같은 레이저 블럭킹 재료의 소스 부분은 은선으로 도시된 도면,

도 1a는 도 1에 도시된 에어포일의 측단면도,

도 1b는 도 1a의 1B-1B선을 따라 취한 도 1a에 도시된 에어포일의 단면도,

도 2는 명확성을 위해 도 1로부터 일부를 절개하거나 또는 은선으로 도시된 공구 및 사출 성형 기계의 일부를 도시하는 도면,

도 3은 한쌍의 마스크 부재를 갖는 것으로 사출 성형 기계용 노즐 부분 및 도 1에 도시된 공구 부분의 전개도,

도 3a는 도 3에 도시된 에어포일의 플랫폼과 맞물리는 상당히 강성인 재료 부분에 형성된 마스크 부재를 도시하는 도 3에 도시된 공구 부분의 변형 실시예를 도시하는 도면,

도 4는 도 1 및 도 3에 도시된 탕구 플레이트(sprue plate)의 아래에서 본 사시도,

도 5는 시일용 리세스를 가지고, 리세스내에 끼워지는 시일 부재 전개되어 도시되는 도 4에 도시된 탕구 플레이트의 변형 실시예의 아래에서 본 사시도,

도 6은 레이저 블럭킹 재료의 소스에 대해 에어포일을 배향시키기 위한 장치에 설치되며 장치와 맞물리도록 약간 변형된 탕구 플레이트 및 탕구 플레이트 홀더를 도시하는 도 1에 도시된 공구의 사시도,

도 7은 선형 폴리에틸렌 중합체용 시어 씨닝 특성(shear thinning characteristic)을 나타내는 것으로 왕복 시간에 전단율의 함수로 파스칼 세컨드로 나타낸 점성을 나타내는 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 에어포일 16 : 플랫폼

52 : 레이저 블럭킹 재료 65 : 통로

70 : 노즐 77 : 에지

119 : 개구 124 : 위치설정 블럭

도 1에는 가스 터빈 엔진용 에어포일(10)로 표시된 구성요소의 부분 사시도가 도시되어 있다. 또한 도 1에는 구성요소의 내부에 레이저 블럭킹 재료를 배치시키기 위한 공구(12)가 도시되어 있다. 공구는 캐비티(13)를 가지며, 그 내의 에어포일은 에어포일이 채워진 바와 같이 서로 반복적으로 배치되어 있다. 도시된 에어포일이 로터 블레이드이지만 "에어포일"이라는 용어는 고정자 베인과 같은 유동 배향 표면을 갖는 다른 구성요소를 포함한다.

도 1a에는 제조중인 로터 블레이드(10)의 측단면도가 도시되어 있다. 로터 블레이드는 루트(14)로 표시된 제 1 단부와, 플랫폼(16)과, 팁(18)으로 표시된 제 2 단부를 갖는다. 에어포일은 스팬방향으로 연장하는 공기역학적 전연(22)을 갖는다. 공기역학적 후연(24)은 공기역학적 전연으로부터 코드방향으로 이격된다. 에어포일은 냉각 공기용 다수의 캐비티 또는 통로를 가지며 이들은 전연 통로(26) 및 통로(28, 30, 32, 34)로 표시되고 로터 블레이드의 루트를 통해 연장한다. 통로(28, 30, 32, 34)는 로터 블레이드의 내부로 연장하고 통로(32)는 종종 사행 방법(serpentine fashion)으로 연장한다.

도 1b에는 도 1a의 1B-1B선을 따라 코드방향으로 취한 단면도가 도시되어 있다. 에어포일은 흡입측면 또는 측벽(42)과 압력측면 또는 측벽(44)으로 표시되는 유동 배향면을 갖는다. 각각의 이들 표면은 전연에서 후연으로 후방으로 연장하고 플랫폼(16)과 팁(18) 사이에서 스팬방향으로 연장한다.

다수의 내측 충돌 구멍[구멍(48)으로 표시됨]은 전연 영역의 전연 통로(26)와 냉각 공기용 공급 통로(28)를 연결한다. 충돌 구멍은 크기가 작으며 대체로 40 밀보다 작은 유체 직경을 갖는다(즉, D_h=4Ai/P=0.040 인치, 여기서 A는 구멍의 면적이고, P는 구멍의 외주임). 몇몇 적용 분야에 있어서, 구멍은 30 밀보다 작은 유체 직경을 가질 수 있다. 전연(22)에 인접하고 구멍(46)으로 표시되는 다수의 필름 냉각 구멍은 전연 영역의 충돌 통로(26)로부터 로터 블레이드의 외부로 연장한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 필름 냉각 구멍(46)을 형성하는 일 방법은 레이저 빔[레이저 빔(L)으로 표시됨]으로 구멍을 에어포일의 외부로부터 전연 통로(26)까지 드릴 가공하는 것이다. 도 1b 및 개략적인 도 1a에 도시된 바와 같이, 레이저 블럭킹 재료(52)는 레이저 빔의 세기를 감쇄시키기 위해 구성요소의 한 부분인 전연 통로에 배치된다. 드릴 가공동안 레이저 빔이 로터 블레이드의 벽을 부술때, 레이저 블럭킹 재료는 레이저 빔이 구조물에 손상을 가하지 않도록 하고 냉각 공기 구멍을 향해 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 가압하여 블럭킹 재료를 공급하기 위한 수단[사출 성형 기계(54)의 부분으로 표시됨]이 공구(12)와 유동 연통한다. 다른 동등한 기계는 몰딩 이송 기계 및 플라스틱 사출 기계와 같은 가압된 레이저 블럭킹 재료의 소스가 에어포일로 이동될 수 있는 기계를 포함한다.

공구(12)는 로터 블레이드와 맞물리기 위한 및 로터 블레이드를 레이저 블럭킹 재료로 충전하기 위한 고정구(56)를 포함한다. "충전(filling)"이라는 용어는 재료를 배치 또는 공급하는 것을 의미하며 블레이드를 부분적인 충전 또는 전부 충전하는 것을 포함한다. 고정구는 베이스(58), 탕구 플레이트(62) 및 탕구 플레이트 홀더(64)를 포함한다. 레이저 블럭킹 재료를 공급하기 위한 통로(65)는 탕구 플레이트 및 탕구 플레이트 홀더를 통해 연장한다.

사출 성형 기계는 공구를 수납하기 위한 테이블(66)과 도 3 및 도 3a에 도시된 바와 같은 노즐(70)을 갖는 하우징(68)을 갖는다. 하우징은 공구(12)에 대해 방향(M)으로 이동가능하며 공구 및 로터 블레이드상에 소정의 힘을 미칠 수 있다. 하우징은 레이저 블럭킹 재료(52)의 차지(charge)(74)(개략적으로 도시됨)를 수납하기 위한 챔버(72)를 갖는다. 차지의 체적은 레이저 블럭킹 재료를 수납하는 에어포일 내부의 체적보다 약간 크다.

챔버(72)는 통로(도시되지 않음)로부터 레이저 블럭킹 재료를 수납하며 통로는 그내에 나사 수단(도시되지 않음)이 배치되어 레이저 블럭킹 재료를 챔버내로 가압한다. 통로(65)내의 레이저 블럭킹 재료를 하우징을 통해 탕구 플레이트로 이동시키기 위해 챔버내에 피스톤(75)이 배치된다. 이러한 목적을 위한 하나의 만족스러운 기계는 미국 오하이오주 뉴버리 소재의 미니-젝터 머시너리 코포레이션(Mini-Jector Machinery Corp.)으로부터 입수가능한 Model 70(등록상표) 사출 성형 기계이다. 만족성이 입증된 다른 기계는 미국 뉴저지주 07053 파인브루크 캐핀 16 소재의 토요 오브 아메리카를 통한 히타치 그룹으로부터 입수가능한 Toyo Plastar TI-90G2(등록상표) 사출 성형 기계이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공구(12)의 탕구 플레이트 홀더(64)는 볼트(도시되지 않음)와 같이 일체형으로 사출 성형 기계(54)의 하우징(68)에 연결된다. 탕구 플레이트 홀더는 열장장부촉 슬롯(76)을 갖는다. 탕구 플레이트(62)는 열장장부촉 슬롯을 통해 탕구 플레이트 홀더와 활주식으로 맞물리며 탕구 플레이트를 보유하도록 열장장부촉 슬롯과 결합하는 테이퍼진 에지(77)를 갖는다. 탕구 플레이트는 레이저 블럭킹 재료를 수납하기 위한 통로(65)의 부분을 갖는다. 통로는 사출 성형 기계의 챔버(72)가 터빈 블레이드(10)의 루트(14)를 통해 연장하는 통로(28, 30, 32, 34)와 유동 연통하도록 놓인다.

테이블은 사출 성형 기계(54)의 하우징(68)에 대해 조절가능하다. 공구 베이스(58)는 소정의 방법으로 테이블(66)에 대해 위치된다. 이러한 목적을 달성하기 위해 베이스는 장부촉을 위치설정하거나 또는 핀(도시되지 않음)을 위치설정하므로써 조절되어 고정구가 테이블상에 설치될때마다 동일한 위치에서 테이블과 정확하게 맞물리도록 한다. 따라서, 공구 베이스는 하우징에 대해 테이블을 통해 조절가능하다.

공구는 마스크(78)를 포함한다. 마스크는 한쌍의 마스크 부재를 가지며, 이들은 제 1 마스크 부재(82)와 제 2 마스크 부재(84)로 표시된다. 마스크 부재 각각은 제 1 마스크 부재의 제 1 표면(86)과 제 2 마스크 부재의 제 2 표면(88)으로 표시된 표면을 갖는다. 표면 각각은 에어포일의 외부와 순응한다. 마스크 부재는 실온에서 가황된(room temperature vulcanized : RTV) 고무와 같은 탄성중합체 재료로 형성된다. 만족한 탄성중합체 재료는 미국 뉴욕주 워터폴드 소재의 제너럴 일렉트릭 캄파니로부터 입수가능한 RTV 668(등록상표) 탄성중합체 재료이다.

공구는 제 1 조(jaw)(92) 및 제 제 2 조(94)로 표시된 한쌍의 대향된 조를 더 포함한다. 각각의 조는 마스크 부재가 에어포일(10)과 밀착 관계가 되도록 강제하기 위한 관련된 마스크 부재(82, 84)와 맞물린다. 예를 들면, 제 2 조(94)는 제 2 마스크 부재(84)와 맞물린다. 제 2 조가 공구의 베이스에 고정되기 때문에, 제 2 조는 하우징(68) 및 제 2 마스크 부재(84)에 대해 기준면(96)을 제공한다. 하우징은 탕구 플레이트를 위치설정한다. 따라서, 코드 방향으로 기준면을 향하는 제 2 조는 탕구 플레이트 및 탕구 플레이트 홀더와 조합하여 충전 작동동안 로터 블레이드와 사출 성형 기계를 정렬시키는 정확한 방법을 제공한다.

조(92, 94)는 서로에 대해 상대적인 운동이 가능하다. 도 1에서 은선으로 도시된 바와 같이, 제 1 조는 제 2 조에 대해 완전하게 도시된 폐쇄 위치로부터 은선으로 도시된 개방 위치로 이동가능하다. 제 2 조(94)는 조의 각 측면상에서의 이동을 위한 한쌍의 가이드를 가지며, 이 가이드는 가이드(98)와 가이드(102)로 표시된다. 제 1 조(92)는 제 1 쌍의 가이드(98)와 활주식으로 맞물리는 제 1 가이드 레일(104)를 갖는다. 제 1 조는 제 2 쌍의 가이드(102)와 활주식으로 맞물리는 제 2 가이드 레일(106)를 갖는다. 변형 실시예에 있어서, 이러한 상대 운동은 양 조를 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제 2 조는 사출 성형 기계의 하우징에 대해 마스크(78)를 위치시키기 위한 기준면(96)을 제공한다. 이러한 특징은 폐쇄된 위치로 정확하게 복귀하는 제 2 조를 제공하므로써 모사될 수 있다.

공구는 조를 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동시키기 위한 수단을 포함하며, 이 수단은 도 1에 도시된 아암(108)과 레버(112) 메카니즘으로 표시된다. 아암은 피봇점(113)을 중심으로 피봇운동한다. 아암이 개방된 이동 위치로 피봇함에 따라, 레버는 제 1 조(92)를 당기고 제 1 마스크 부재(82)는 로터 블레이드(10)로부터 이격되어 작업자가 신속하게 로터 블레이드를 제 2 마스크 부재(84)를 제거 또는 삽입할 수 있도록 한다. 조를 이동시키기 위한 수단용 다른 장치는 전기적인 공압 또는 수압 장치 또는 체인, 풀리, 또는 스프링과 같은 기계적인 액추에이터에 의해 작동될 수 있다.

도 2는 명확성을 위해 공구(12) 및 사출 성형 기계(54) 부분이 절제되어 도 1의 위에서 본 도면이다. 도 2는 탕구 플레이트(62) 및 탕구 플레이트를 통해 스팬방향으로 연장하는 통로(65)에 대한 로터 블레이드(10)의 관계를 도시한다. 통로는 탕구 플레이트가 사출 성형 기계의 노즐(70)로부터 가압된 블럭킹 재료를 수납하도록 한다. 탕구 플레이트는 제 1 의 스팬방향을 향하는 표면(116)을 갖는 제 1 측면(114)을 갖는다. 표면(116)은 작동 조건에서 스팬방향 축(S)을 따라 제 1 방향으로 로터 블레이드로부터 이격되어 스팬방향으로 향한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스팬방향 축(S)은 로터 블레이드의 코드방향 섹션의 스태킹 라인(stacking line)이다. 제 1 표면(116)은 탕구 플레이트가 노즐(도 3에 도시됨)과 맞물리도록 하고 가압된 블럭킹 재료를 수납하도록 통로(65) 주위에 시일을 형성한다.

통로(65)는 가압된 블럭킹 재료를 로터 블레이드(10)내로 배출하기 위한 좁은 부분(118)을 갖는다. 통로의 좁은 부분은 로터 블레이드의 루트내 통로(28, 30, 32, 34)에 의해 형성된 개방부와 유동 연통한다. 이들 통로는 루트가 사출 성형 기계로부터 레이저 블럭킹 재료를 수납하도록 한다.

공구(12)의 제 1 조(92)는 은선으로 도시되어 있다. 레버(112)는 제 1 조와 맞물리는 단부(112a)(은선으로 도시됨)를 갖는다. 레버는 이의 길이를 조절할 수 있는 조절가능한 링크(112b)를 갖는다. 제 2 조(94)(은선으로 도시됨)는 작동중인 폐쇄 조건에서 작은 갭(G)에 의해 제 1 조와 이격된다. 이 갭은 대체로 작으며 일 실시예에 있어서 25 밀 내지 35 밀(0.025 인치 내지 0.030 인치)보다 작다.

도 3은 공구(12)의 부분 및 사출 성형 기계(54)의 노즐(70)의 부분을 도시하는 부분적으로 절개된 확대도이다. 공구는 고정구(56)를 포함한다. 고정구는 공구 베이스(58), 탕구 플레이트(62) 및 탕구 플레이트 홀더(64)를 포함한다. 탕구 플레이트 홀더는 개구(119)를 갖는다. 노즐(70)은 개구(119)를 통해 연장하여 탕구 플레이트(62)와 맞물린다. 노즐은 볼트(도시되지 않음)에 의해 제 1 측면(114)의 제 1 표면(116)쪽으로 가압되며, 상기 볼트는 노즐과 탕구 플레이트를 서로 강제한다. 탕구 플레이트(62)는 제 2 스팬방향 배향면(122)을 갖는 제 2 측면(120)을 갖는다.

또한, 고정구(56)는 블럭[위치설정 블럭(locating block)](124)으로 표시된 부재를 가지며, 이 부재는 탕구 플레이트로부터 스팬방향으로 간격을 두고 있다. 위치설정 블럭(124)은 제 1 기준면(126)을 가지며, 이 제 1 기준면(126)은 스팬방향으로 향하고 작동 조건에서 에어포일(10)의 팁(18)과 맞물린다. 위치설정 블럭은 에어포일의 팁보다 연성인 재료로 형성되어 에어포일 팁의 손상을 방지한다. 제 2 마스크 부재는 제 1 개구(128)가 형성되어 재료의 블럭을 수납한다. 도시된 바와 같이, 위치설정 블럭은 제 2 마스크 부재(84)에 삽입되며 (꼭맞게 놓임) 제 2 조가 제 2 마스크 부재를 위치시키는데 돕는다.

공구 베이스(58)는 표면(132)을 갖는다. 제 1 마스크 부재(82) 및 제 2 마스크 부재(84)는 표면(132)상에 놓인다. 공구 베이스는 위치설정 홀(134)과 베이스 기준면(136)을 가지며 상기 베이스 기준면(136)은 위치설정 블럭(124)을 위치설정하기 위해 구멍의 바닥을 경계짓는다. 위치설정 블럭은 공구 베이스내의 원형 홀에 배치되어 재료의 블럭을 고정구의 공구 베이스에 대해 정확하게 위치설정된다. 변형 실시예에 있어서, 공구 베이스는 에어포일의 팁과 맞물리기 위한 제 1 기준면(126)을 갖는 부재일 수 있으며 이러한 목적을 위해 베이스 기준면(136)을 사용할 수 있다.

제 2 마스크 부재(128)는 에어포일의 전연(22)과 같이 에어포일의 공기역학적 에지에 순응하는 제 2 개구(138)를 갖는다. 제 2 마스크 부재는 에어포일의 흡입면(42)과 압력면(44)상의 에어포일의 전연과 중첩한다. 마스크 부재가 서로에 대해 상대 운동을 하고 에어포일과 맞물리도록 이동할 때 이러한 맞물림은 마스크가 에어포일을 지지 및 위치설정하는 것을 돕는다. 변형 실시예에 있어서, 마스크는 양 에지 또는 에어포일의 후연(24)에서만 중첩할 수 있다.

도 3a는 마스크(78a)를 갖는 도 3에 도시된 고정구의 변형 실시예이다. 마스크(78a)는 제 1 마스크 부재(82a)와 제 2 마스크 부재(84a)를 갖는다. 마스크(78a)는 위치설정 블럭(124)으로 사용되는 형태의 재료의 상당히 강성인 지지체(78c)와 조합하여 라이너(78b)와 같은 에어포일의 밀착면에 유연한 재료로 형성될 수 있다. 각각의 마스크 부재는 에어포일상의 스팬방향 배향면(17)과 맞물리는 제 1 기준면(126a)의 일부를 갖는다. 도시된 바와 같이, 스팬방향 배향면(17)은 에어포일의 플랫폼(16a)상에 있다. 이 표면은 제 2 단부의 스팬방향 배향면 또는 에어포일의 팁(18)과 유사하며 표면(16a)은 위치설정 블럭(124)의 제 1 기준면(126a)과 맞물리도록 되어 에어포일이 스팬방향으로 위치된다.

도 4는 탕구 플레이트(62)의 하부에서 본 사시도이다. 제 2 스팬방향 배향면(122)은 면적(A1)을 갖는다. 제 2 표면은 작동 조건에서 로터 블레이드쪽 스팬방향으로 배향된다. 제 2 측면(120)은 돌출부(142)를 가지고 이 돌출부(142)는 스팬방향으로 거리(D)(약 60 밀임)만큼 연장한다. 이 돌출부는 통로(65) 주위로 연장하여 통로를 중심으로 한정된 둘레를 제공한다. 돌출부는 에어포일과 맞물리도록 스팬방향으로 향하는 다른 (제 2) 기준면을 제공하는 제 3 표면(144)을 더 갖는다. 제 3 표면(제 2 스팬방향 배향 기준면)은 스팬방향 배향 면적(A2)을 가지며 이 면적(A2)은 면적(A1)보다 작다(A2〈A1).

면적(A2)은 탕구 플레이트에 대해 밀봉 영역 또는 밀봉 표면을 제공한다. 면적(A2)을 갖는 제 3 표면(144)(제 2 스팬방향 배향 기준면)은 수단으로부터 평균으로서 측정치를 나타내는 아메리칸 네셔널 스탠다드 인스티튜드로부터 입수가능한 "ANSI B46.1-1985 표면 텍스쳐" 명세서에 개시된 생산물과 관련되어 계측했을 때 약 63 마이크로 인치의 측정치를 갖는 표면 거칠기(Ra)를 갖는 매끄러운 기계 다듬질(smooth machine finish)에 대응하는 표면 다듬질(surface finish)을 갖는다. 로터 블레이드는 약 125 마이크로 인치의 표면 거칠기 다듬질(Ra)을 갖는 세밀한 기계 다듬질에 대응하는 다듬질을 갖는 표면을 갖는다.

탕구 플레이트 홀더(64)는 체결 수단 또는 본딩과 같은 것에 의해 사출 기계에 일체식으로 부착된다. 탕구 플레이트(62)는 스크류 또는 홀더를 플레이트에 고정하기 위한 다른 수단에 의해 탕구 플레이트 홀더에 고정된다. 도시된 실시예에 있어서, 체결 수단(도시되지 않음)은 탕구 플레이트 홀더(64)를 사출 성형 기계(54)의 하우징(68)쪽으로 강제하며 탕구 플레이트 홀더는 탕구 플레이트를 노즐(70)을 향해 위쪽으로 강제한다. 작동 조건에 있어서, 탕구 플레이트 및 사출 기계의 노즐(70)은 통로(65)로부터 레이저 블럭킹 재료의 손실을 막기 위한 시일을 형성하기에 충분하게 서로 단단히 가압된다. 사출 기계의 하우징은 약 100 lbf의 힘(F)에 의해 탕구 플레이트 홀더(62)상으로 하방으로 민다. 이것은 탕구 플레이트의 다른 측면을 에어포일쪽으로 밀어서 [감소된 면적(A1)과 에어포일의 루트 사이의 계면에] 시일을 형성한다. 힘(F)은 에어포일을 통해 전달되고 블럭(124)쪽으로 에어포일 팁(제 2 단부)을 가압하여, 에어포일을 블럭과 탕구 플레이트 사이로 스팬방향으로 트랩(trapping)한다.

변형 실시예에 있어서, 노즐은 탕구 플레이트쪽으로 가압될 수 있고 이 힘은 탕구 플레이트를 에어포일의 루트(14)(제 2 단부)쪽으로 강제할 수 있다. 또한, 이러한 것은 탕구 플레이트의 제 2 스팬방향 배향 기준면(144)과 루트에서 탕구 플레이트와 에어포일 사이에 시일을 형성한다.

전술한 바와 같이, 위치설정 블럭면(126)(제 1 기준면)이 로터 블레이드의 팁보다 연성이여서 사출 성형 기계가 에어포일을 블럭쪽으로 가압할때 로터 블레이드의 팁(18)은 손상되지 않는다. 작동 조건하에서, 가압된 재료는 제곱 인치당 1600 파운드(1600 psi)의 압력과 약 300℉의 온도에서 노즐을 빠져나간다.

도 5는 도 4에 도시된 탕구 플레이트(62)의 변형 실시예(62b)이다. 탕구 플레이트(62b)는 미국 미시간주 48823-5691 이스트 랜싱 다운 애비뉴 4917 소재의 시바-게이기 코포레이션(Ciba-Geigy Corporation)으로부터 입수가능한 강화된 2 부분의 에폭시로 제조된다. 재료는 R1500 경화제를 갖는 R4036 수지로 공급된다. 이것은 위치설정 블럭(124)용 적절한 재료중 일 실시예이다.

도 5에 도시된 탕구 플레이트(62b)는 로터 블레이드의 루트(14)를 수납하기 위한 리세스(146)를 갖는다. 리세스는 탕구 플레이트(62b)가 폴리테트라플루오르에틸렌 시일을 수납하도록 되는 시일 표면(147)을 갖는다. 폴리테드라플루오르에틸렌 시일은 사출 성형 기계에 의해 탕구 플레이트쪽으로 및 로터 블레이드쪽으로 단단히 강제된다. 폴리테트라플루오르에틸렌 시일은 통로(65)를 따라 탕구 플레이트에서부터 로터 블레이드로 레이저 블럭킹 재료를 통과시키기 위한 개구(152)를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 시일은 블럭킹 재료가 에어포일의 루트내로 유동하기 적합한 개구와 함께 약 3/4 인치의 길이와 1/2 인치의 폭을 갖는다. 시일용으로 만족한 재료는 냉각 유동에 대해 매우 작은 경향을 갖는 기계 등급 Teflon(등록상표)이다. 이 재료는 미국 뉴져지주 08016-4101 버링톤 코넥티컷 드라이브 1 소내의 인터플라스트 인코포레이티드로부터 입수 가능한 시트 형태로 제공된다. 인터플라스트는 듀폰트 테플론(등록상표) 재료의 프로세서(processor)이다.

고정구(56)는 사출 성형 기계(54)와 같은 레이저 블럭킹 재료를 사출하기 위한 기계에 대해 에어포일(10)을 배향시키기 위한 공정에 사용될 수 있다. 유사한 에어포일이 반복적으로 채워질 수 있도록 사출 기계에 대해 새로운 에어포일을 배향시키는 일 방법은 공구(12)를 사용한다. 제 1 단계는 기계로부터 공구(12)를 제거하고 이 공구를 도 6에 도시된 바와 같이 장치(154)내에 설치한다. 장치는 사출 성형 기계용으로 도시된 테이블(66)과 유사한 테이블(156)을 갖는다. 테이블은 위치설정 핀(도시되지 않음)을 가지며 이 위치설정 핀은 공구를 테이블에 대해 소정의 관계로 위치시킨다. 공구의 베이스는 위치설정 블럭(124)을 위치설정 하기 위한 위치설정 홀(134)을 갖는다. 위치설정 블럭은 제 1 기준면과 함께 에어포일의 팁과 맞물린다. 공구(12)와 테이블(158)의 조합은 위치설정 블럭을 장치에 대해 공지된 위치에 위치시켜 에어포일의 팁(18)(제 2 단부)이 장치에 대해 위치설정된다. 상이한 길이의 에어포일은 블럭이 적절한 높이를 갖는 블럭으로 변하면서 고정구에서 쉽게 조절된다.

장치는 홈(158)을 갖는 수직 부재(154)를 구비한다. 장치는 측방향으로 연장하는 플레이트(164)를 갖는다. 플레이트는 홈과 활주식으로 맞물리는 수직 지지체(164)를 갖는다. 플레이트는 수직 지지체에 일체식으로 부착되며 록킹 클램프(166) 수단에 의해 수직 부재에 대해 조절가능하다. 도시된 실시예에 있어서, 장치 플레이트는 탕구 플레이트 홀더(64)와 맞물리도록 되어 작동 조건일때 스팬방향으로 제 1 기준면과 동일한 관계로 탕구 플레이트 홀더와 탕구 플레이트(62)를 위치설정 블럭의 제 1 기준면(126)에 대해 스팬방향으로 정확하게 위치시킨다.

탕구 플레이트 요소와 같이 탕구 플레이트(62)를 모사하는 장치는, 이 장치가 제 1 기준면에 대해 에어포일의 루트(제 1 단부)(14)의 정확한 방향을 제공하는 한 탕구 플레이트의 위치에서 사용될 수 있다. 탕구 플레이트 요소 및 탕구 플레이트는 각기 도 6에 도시된 탕구 플레이트(62)로 표시된다. 탕구 플레이트와 탕구 플레이트 홀더 또는 탕구 플레이트 홀더를 모사하는 장치를 사용하는 장점은 작동 조건에서 탕구 플레이트와 에어포일 및 공구의 다른 부품과의 맞물림을 재현한다는 것이다.

사출 성형 기계(54)에 대해 에어포일(10)을 배향하는 방법은 캐비티(13)를 갖도록 고정구를 형성하는 단계를 포함한다. 캐비티는 고정구가 작동 조건에서 에어포일과 맞물리도록 마스크(78)의 탄성중합체인 마스크 부재(82, 84)를 수납하도록 된다.

이 방법은 에어포일과 맞물리기 위한 마스크(78)를 형성하는 단계를 포함한다. 이 것은 마스크와 맞물리는 코어 영역보다 적어도 이상 충전되는 에어포일과 치수적으로 동일한 에어포일을 갖는 코어를 형성하는 단계를 포함한다. 변형 실시예에 있어서, 실제적인 에어포일은 코어용으로 사용될 수 있다. 코어를 캐비티내에 배치한 후, 장치의 플레이트(164) 및 탕구 플레이트(114)는 에어포일, 고정된 제 2 조(94), 위치설정 블럭(124)상의 제 1 기준면(126)에 대해 탕구 플레이트를 배향시키도록 조절된다. 이러한 방법은 탕구 플레이트에 대한 코어 및 제 1 기준면에 대한 코어의 방향이 작동 조건과 동일하도록 탕구 플레이트와 제 1 기준면 사이에 코어를 트랩시키는 단계를 포함한다.

이 방법은 마스크 재료를 캐비티(13)내에 유체 형태로 배치하는 단계 및 이 재료가 강화되도록 하는 단계를 포함한다. 만족스러운 재료는 제너럴 일렉트릭 캄파니로부터 입수가능한 R668(등록상표)과 같이 실온에서 가황된 재료와 같은 탄성중합체 재료이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 조(92) 및 제 2 조(94) 각각은 홈(174a, 174b) 및 홈(176a, 176b)으로 표시된 한쌍의 스팬방향으로 연장하는 홈을 갖는다. 마스크 재료는 이들 홈으로 유동한다. 재료는 마스크상에 스트립을 형성하도록 강화된다. 스트립은 제 1 조의 홈(174a, 174b)과 맞물리는 스트립(178a, 178b)과 제 2 조의 홈(176a, 176b)과 맞물리는 스트립(182a, 182b)으로 표시된다. 이 스트립은 홈에서 연장하고 조의 표면과 실질적으로 수직인 코드 방향으로 조와 맞물린다.

재료가 강화된 후, 마스크(78)를 형성하는 단계는 한개 피스의 마스크를 원할 경우 단일 분할선 또는 두개 피스의 마스크를 원할 경우 두개의 분할선을 형성하도록 마스크 재료를 일반적으로 스팬방향으로 절단하는 단계를 포함한다. 분할선은 작동 조건에서 코어의 제거 및 에어포일의 삽입을 가능하게 한다.

도 6에 도시된 실시예에 있어서, 2개의 분할선은 에어포일의 양 측면에 만들어져 마스크 부재를 쌍으로된 마스크 부재(82, 84)로 나눈다. 변형 실시예에 있어서, 한쌍 이상의 마스크 부재를 갖는 것이 바람직하다. 마스크 부재는 각각의 분할선이 최종적으로 제조된 에어포일의 냉각 공기 구멍 사이로 연장하도록 절단된다. 이러한 것은 마스크에 의해 블럭킹 재료가 에어포일의 구멍(46)밖으로 유동하여 재료가 레이저 드릴 가공 작업을 위한 에어포일상의 위치설정 표면으로 유동하지 않을 정도로 차단할 수 있다. 이는 수선된 에어포일이 재차 드릴 가공되거나 또는 새로이 제조된 에어포일이 재가공되는 경우 및 에어포일이 이의 표면에 형성된 몇몇 냉각 구멍(46)을 이미 가지고 있는 경우에 있어서 중요하다.

공구의 조(92, 94)는 서로에 대해 이동가능하다. 마스크를 형성하여 에어포일을 배향시키는 방법은 폐쇄된 위치의 갭(G)에 의해 조를 서를 이격시키는 단계를 포함한다. [갭(G)은 작동 조건에서 조가 이격되는 거리임] 성형 재료의 층이 갭(G)을 충전하도록 조 사이에 배치된다. 성형 재료는 유체 형태인 마스크 재료의 손실에 거슬러 몰드를 밀봉한다. 만족스러운 재료는 밀랍이다. 변형 실시예에 있어서, 조는 갭(G1)에 의해 이격될 수 있으며, 갭(G1)은 갭(G)보다 크다. 이러한 것은 조를 완전히 폐쇄하지 않으므로써 마스크를 형성하는 단계 동안 달성될 수 있다. 이러한 것은 작동 조건에서 마스크의 측방향 길이가 캐비티의 측방향 폭보다 약간 커지도록 된다. 그런 후 작동 조건하에서 조는 마스크 부재상에 소정의 힘을 미친다. 조를 이동시키는 레버의 길이를 조절하므로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 것은 조절가능한 링크(112b)를 사용하므로써 이루어질 수 있어 조가 작동 조건에서 갭(G)을 가지고 완전히 닫힌 위치로 이동하지만 조가 조절되어 이 조는 갭(G1)만큼 이격된다. 만족스러운 갭(G1)은 약 1/8 인치(125 밀)로 설정된다. 일 실시예에 있어서 폐쇄된 위치에서 공구에 대해 갭(G1)은 약 작동 조건에 있는 공구에 대한 갭(G)의 약 4배이다.

공구(12)의 특히 이로운 장점은 이동하지 않는 제 2 조(94)이다. 상기 조 및 제 2 코드방향 배향 기준면(96)은 이들이 고정되어 있기 때문에 위치설정 구멍(134)에 대해 소정의 관계를 갖는다. 위치설정 구멍은 제 1 기준면(126)을 갖는 위치설정 블럭(124)이 위치된다. 이러한 공지된 관계는 마스크(78) 및 조와 맞물리는 마스크 부재(82, 84)가 에어포일(제 1 기준면과 맞물림)에 대한 및 제 2 조(96)상의 기준면에 대해 에어포일에 관한 공지된 관계를 가지며; 탕구 플레이트(62)에 대한 에어포일 및 마스크는 제 2 조 및 고정구의 베이스를 통과하며 그로부터 하우징(62)에 대해 장치의 테이블을 통과한다. 작은 측방향 조정이 필요할 수 있으며, 예를 들면 작동 조건에서 갭(G)과 비교하여 갭(G1)의 크기에 의존하여 이러한 구성요소가 작동 조건에서 정확한 관계를 갖도록 한다. 따라서, 마스크를 제조하기 위한 장치내의 이러한 관계는 작동 조건에서와 동일하거나 또는 작동 조건에서 동일한 관계에 대해 매우 쉽게 조절가능하다.

어떤 열가소성 중합체는 로터 블레이드(12)의 내부상의 레이서 블럭킹 재려(52)에 위치되고 레이저 빔의 세기를 감쇄시키는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 에어포일을 충전하는 및 레이저로 드릴 가공하는 동안 이점을 제공하며 이후 블럭킹 재료가 에어포일로부터 제거될 때 이점을 제공한다. 예를 들면, 레이저 블럭킹 재료는 탄소와 수소로만 형성된 열가소성 중합체를 포함한다. 열가소성 중합체는 재료를 태워 없애는 동안 재료의 완전 연소시 유해한 생성물을 생성한다. 또한 중합체는 약 50 보다 크며 유동을 촉진하는 멜트 플로 인덱스(Melt Flow Index)를 갖는다. 열가소성 중합체는 부분적으로 비결정형이지만, 또한 부분적으로 결정성이어서 이 결정성은 40%보다 커 레어저로부터의 빔의 방사를 확산시킨다.

실험은 폴리올레핀계의 부재를 사용하여 수행되었다. "폴리올레핀"이라는 용어 및 "폴리프로필렌", "폴리에틸렌" 등과 같은 폴리올레핀의 특정 형태는 그들의 공중합체 및 단량중합체를 포함한다. 예를 들면, 이들은 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene : LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene : LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene : HDPE), 폴리프로필렌(PP)을 포함한다.

만족스러운 재료는 제너럴 폴리머 디비젼 오브 아슬랜드 캐미컬 캄파니로부터 입수가능하며 미국 미시간주 48674 미드랜드 소재의 다우 캐미컬 캄파니에서 제조되는 Dowlex 2503(등록상표)과 같은 선형 저밀도 폴리에틸렌이다. 이 폴리에틸렌은 "사출 플라스토미터에 의한 열가소성 재료의 유량(Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer)"라는 명칭으로 ASTM D-1238-82에 개시된 표준 측정을 사용해 23℃에서 0.9370의 비중과 105의 멜트 플로 인덱스를 갖는다. 멜트 플로 인데스는 폴리에틸렌이 190℃의 온도로 약 2.16㎏의 하중[ASTM 표준의 조건(E)에 해당함]으로 공지된 오리피스를 통과하는 10분 동안 다량의 중합체가 유동할 수 있도록 결정된다. 이 폴리에틸렌은 75.2%의 브레이크에서의 신장성, 제공 인치당 75500 파운드(75500 psi)의 가요성 모듈러스, 제곱 인치당 1100 파운드(1100 psi)의 브레이크에서의 인장 강도 및 제곱 인치당 2010 파운드(2010 psi)의 일드(yield)에서의 인장 강도를 갖는다. 노치된 아이조드 충격 세기(notched Izod impact strength)는 68.2℉ 0.1250인치에서 0.45이다(ft-lbs/in). 인장 충격 세기는 73.2℉에서 62.4ft-lb/per in²이다. 취성 온도는 36℉이며 비켓 연성 온도(Vicat Softening temperature)는 212℉이다. 이는 에틸렌과 Octene-1의 공중합체이다.

572℉ 또는 300℃ 이상의 온도에서 재료는 높은 가연성 가스를 배출한다. 이 특정 비중은 1보다 작으며 0.95보다 작을수 있는데 이는 충전제의 부재를 보이는 약 0.84 내지 0.97 사이의 범위에 놓이기 때문이다. 1000보다 크고 탄소와 수소로만 형성된 상당히 큰 분자량을 갖는다.

폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리이소프렌과 같은 폴리올레핀은 비교적 양호한 멜트 플로 인덱스와 연동된 시어 시닝(shear thinning)의 장점을 갖는다. 멜트 플로 인덱스는 낮은 전단 조건에서 계측된다. 폴리에틸렌의 시어링(shearing)이 증가함에 따라, 재료의 점성은 급격히 감소하여 50% 또는 더 크게 감소할 수 있다.

레이저 블럭킹 재료를 사출하기 위한 사출 성형 기계를 사용시의 장점은 기계 자체 및 그 미치는 압력을 통해 폴리에틸렌이 챔버(12)로 도달하기 전에 폴리에틸렌의 시어 시닝을 야기하고, 노즐(70)을 통과할 때 시어 시닝을 야기하며, 필요할 경우 에어포일(10)의 내측 통로내에 시어 시닝을 야기할 수 있다는 것이다.

멜트 플로 인덱스와 같이, 시어 시닝 특성은 경험적으로 결정되는 변수로서, 물리적인 특성 및 중합체의 분자 구조 및 계측 조건에 의해 상당히 영향받는다. 모세관 전류계를 사용하여 결정되지만 이 변수는 모든 온도 및 압력하의 재료에 대해 공통적으로 이용가능하지 않는데, 이는 과학자 및 엔지니어가 변수의 임계상태, 예를 들면 매우 좁은 통로를 갖는 충전 구성요소에 촛점을 두고 있지 않기 때문이다.

도 7은 출원의 양수인에 의해 375℉의 온도에서 전단율의 범위 이상이 결정될 때 Dowlex 2503 폴리에틸렌 재료에 대한 시어 시닝 특성을 나타내는 그래프이다. ASTM D3835 모세관 전류계 테스트가 사용된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 점성은 초당 20의 전단율에 약 500 PaS(Pascal Seconds)의 초기값에서 초당 2000의 전단율(2000/sec)에서 200 PaS보다 작은 값으로 급속히 감소한다. 이러한 것은 재료가 2000/sec의 전단율보다 매우 낮은 전단율로 에어포일을 통과하여 유동할 때 낮은 전단율에서 액체와 유사한 몰레시즈(molasses)로부터 액체와 유시한 물로 50% 이상의 감소를 나타낸다.

재료가 에어포일내의 작은 통로로부터 에어포일내의 큰 통로로 유동될 때, 중합체 체인이 보다 작은 전단율을 나타냄에 따라 점성은 증가한다. 그러나, 중합체가 후연과 같은 다음의 보다 작은 단면적을 통과하여 유동할 때, 재료는 전단율의 증가로 인해 시어 신(shear thin)한다. 재료는 점성에 있어서 감소를 나타내고 그런 후 보다 작은 영역으로 보다 쉽게 유동한다. 재료가 에어포일 밖으로 유동할때, 재료의 압력 및 재료의 온도는 빨리 감소하여, 재료가 점성에 있어서 급격한 증가를 보이고 에어포일상의 위치설정 표면으로 유동하지 않는다.

따라서, 시어 시닝은 현대 에어포일을 레이저 블럭킹 재료(52)로 충전하는데 있어서 매우 유용하다. 일반적으로, 에어포일로 사출되는 재료의 차지(charge)(74)의 체적은 충전되는 에어포일의 내측 체적보다 약 5% 내지 10% 커서 상기 체적으로의 완전한 충전을 보장한다. 이러한 재료의 체적은 에어포일내로 강제되고, 에어포일을 통해 강제되고, 일정 범위로 에어포일 밖으로 강제되어 에어포일의 완전한 충전을 보장한다. 재료는 충분한 점성을 가져서 재료가 에어포일을 통해 에어포일 표면상의 원치않는 위치로 이동한다. 전술한 바와 같이, 사출후 에어포일내로, 에어포일을 통해서 및 에어포일 밖으로 유동할 때 제 위치에서 상당히 빠르게 응고하여야 한다.

에어포일(10)의 충전 작동 동안, 예를 들면 열가소성 중합체는 제곱 인치당 약 1500 파운드(1500psi)보다 큰 사출 압력과 약 300℉ 또는 보다 그보다 큰 온도에서 블레이드내로 강제된다. 온도로 인해 점성에 있어서 감소를 보인다. 재료의 온도는 폴리올레핀계의 대부분의 재료에 대해 250℉ 내지 540℉ 사이의 범위이다. 이러한 것은 점성에 있어서 감소를 유발하는 온도 및 점성에 있어서 더한 감소를 유발하는 시어 시닝에 의해 재료가 낮은 점성을 가지고 에어포일을 통해 유동할 수 있도록 한다.

Dowlex 2503 재료를 사용하는 일 응용에 있어서, 폴리에틸렌은 제곱 인치당 1600 파운드(1600 psi)의 압력으로 40 밀보다 작은 유체 직경을 갖는 통로 및 오리피스를 구비하는 에어포일내로 사출된다. 몇몇 응용에 있어서, 통로는 30 밀보다 작은 및 25 밀보다도 더 작은 유체 직경을 가질 수 있다. 폴리에틸렌이 에어포일 통로를 통해 유동할 때, 에어포일의 전연 또는 후연 영역과 같은 에어포일의 특히 한정된 영역에서 더한 시어 시닝이 발생함을 알 수 있다. 이들 영역에서, 대(pedestals) 및 작은 직경의 구멍은 재료가 캐비티내로 이동하는 것을 방해하며 표면으로 연장하는 구멍은 드릴 가공된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 에어포일은 에어포일내의 레이저 블럭킹 재료의 시어 시닝 특성으로 인해 부분적으로 훌륭히 충전되된다. 다른 시도에 있어서, 재료는 540℉보다 낮은 그래서 400℉ 내지 500℉ 사이의 범위인 재료의 온도에서 제곱 인치당 약 2000 파운드(2000psi)의 압력에서 분출된다. 또한, 폴리프로필렌은 유사한 압력 및 이의 용융점 이상의 온도에서 양호한 결과를 가지고 사용될 수 있다.

에어포일의 충전동안, 에어포일은 제 1 및 제 2 조(92, 94)에 의해 에어포일쪽으로 강제되는 마스크 부재(82, 84)를 갖는 마스크(78)에 배치된다. 전술한 바와 같이, 테이블 또는 레버는 갭(G)과 갭(G1) 사이의 차이를 조절하도록 약간 조정될 수 있다. 마스크 부재는 외부 압력을 에어포일에 가하며 이는 에어포일의 유동 배향 표면을 통해 에어포일상의 원치않는 위치로 통과할 수 있는 레이저 블럭킹 재료의 손실을 방지한다. 또한 고압 폴리에틸렌 재료가 에어포일을 통해 유동할 때 마스크 부재는 변형에 대해 에어포일의 얇은 벽(몇몇 경우에 20 밀 정도로 작을 수 있음)을 보강한다.

레이저 블럭킹 재료는 에어포일의 내부로 빨리 유동하여, 복잡한 형태의 충전도 1분도 않걸리며 몇몇 경우는 약 30초가 걸린다. 특별한 장점은 재료의 비교적 낮은 용융 온도이다. 결과적으로, 에어포일의 열 용량은 조정을 어렵게 하는 양만큼의 온도의 증가없이 재료로부터 열을 흡수하기에 충분하다. 몇몇 실시에 있어서, 작업자는 충전후에 맨손 또는 얇은 장갑을 끼고서 에어포일을 조정할 수 있다.

비록 재료가 에어포일내의 인접 금속에 열을 잃을 지라도, 재료는 레이저 블럭킹 재료가 위치될 영역을 충전할 때까지 연속해 유동한다. 재료가 에어포일에 열을 잃으므로써 재료의 응고는 빨리 발생한다. 결과적으로, 에어포일은 섞이면서 새로운 위치로 이동될 수 있으며 재료의 용해에 대한 걱정이 없다.

블럭킹 재료의 다른 장점은 고체 형태를 나타내는 탄성이다. 이러한 것은 레이저에 의해 드릴 가공되는 구멍의 용이한 검사를 가능하게 하여 레이저가 블럭킹 재료쪽으로 관통하도록 한다. 예를 들면, 구멍이 에어포일의 벽을 통과하여 드릴 가공되는 것을 확실하게 하기 위해 구멍을 검사하는 일 방법은 얇은 와이어를 가지고 구멍을 통과시켜 시험하는 것이다. 와이어는 재료와 같은 단단한 구성요소를 가질 수 있는 것의 접촉과 비교하여 탄성 폴리에틸렌 재료와 접촉에서 상이한 반응을 나타낸다. 많은 경우에 있어서, 레이저 블럭킹 재료는 구멍의 가시적인 검사가 폴리에틸렌의 존재를 나타내어 관통 구멍의 존재를 순응하는 정도로 구멍내로 유동한다.

레이저 빔(L)으로 구멍을 드릴 가공하는 동안, 레이저 빔의 간섭성 방사는 흡입 벽(42) 또는 압력 벽(44)과 같은 에어포일의 벽을 기화시켜 냉각 공기 구멍(46)을 형성한다. 레이저 빔이 에어포일의 내부상의 벽으로 향할 때, 레이저 빔은 에어포일 내부에 배치된 폴리올레핀(폴리에틸렌)과 충돌한다.

폴리올레핀 블럭킹 재료는 레이저 빔이 에어포일 내부상의 벽에 소망하지 않는 손상을 입히는 것을 부분적으로 방지한다. 이러한 현상이 잘 이해되지 않을지라도, 폴리올레핀의 결정성은 이러한 프로세스를 돕는다는 것을 알 수 있다. 폴리에틸렌의 비열 및 용융점은 작아 레이저 빔이 충돌할 시 폴리에틸렌의 조그만 부분이 즉시 유체, 즉 가스 형태 또는 액체 형태를 취함을 알 수 있다. 가스, 즉 폴리에틸렌 가스가 탄소와 수소로 이루어졌다면, 산소를 함유하지 않은 가연성 혼합물이 재료로 제공된다(재료 자체는 탄소와 수소로만 형성되어 있음). 이러한 것은 거무스름한 입자를 형성하지 않는다.

기화된 폴리에틸렌의 플라즈마는 구멍의 드릴 가공을 다듬질하는 레이저 빔의 역량을 저하시키지 않을 정도로 레이저 빔에 투명하다. 또한, 유체는 구멍의 형성을 저하시키려고 나타나지 않으며, 구멍내로 이동하고 에어포일의 용융된 벽 재료를 구멍내로 빨아들이는 스플래터(splatter)에 의해 구멍을 차단하는 일없이 깨끗한 구멍으로 남도록 하는 레이저의 능력을 향상시킬 수 있다.

경험많은 드릴 가공 작업자는 드릴 작업이 끝난 후 벽 방해물에 있어서 현저한 감소가 있음을 증명하였다. 퍼센트 블럭 구멍(percent blocked holes)은 약 50%에서 60%로 10%이하가 감소되었다. 이러한 것은 에어포일을 재가공하는 필요성을 감소시키고 최종 가공된 제품에 있어서 냉각 공기의 분포를 촉진한다.

레이저 드릴 가공에 있어서 폴리에틸렌의 다른 장점은 폴리에틸렌 재료의 점진적인 두께에 대해 발생하는 레이저 방사의 확산량이다. 이 양은 레이저 방사를 차단하기 위해 사용되는 많은 다른 재료보다도 크다고 하는 것이다. 이것은 폴리올레핀의 비교적 큰 결정성과 연관될 수 있으며, 상기 결정성은 40% 이상 크고 Dowlex 폴리에틸렌 재료에 대해 60% 이상 크다. 폴리올레핀은 다른 중합체에 적합한데, 이는 멜트 플로 인덱스가 50 이상이고 용융점이 충분히 커서 다량의 레이저 블럭킹 재료가 레이저 빔에 의해 완전히 용융되지 않기 때문이다. 결과적으로, 몇몇 드릴 가공에 있어서 종래의 왁스 필(fill)을 사용해 경험한 것 보다 많은 추가의 레이저 에너지 펄스가 가능하며, 이는 에어포일 재료의 후방산란에 의한 최소의 블럭킹에 의해 깨끗한 출구 구멍을 형성한다.

폴리올레핀과 소량의 다른 중합체를 조합하는 것이 가능하다. 일 실시예는 다른 중합체가 폴리올레핀의 성능을 저하시키지 않으며 재료를 태워없앨 경우 환경적인 위험을 가지지 않는 한 약 5 중량% 이하의 다른 중합체이다.

이들 다른 중합체를 폴리올레핀에 추가하는 것, 또는 추가적인 양의 다른 재료를 열가소성 중합체에 추가하는 것은 고려될 수 있는데, 이는 구멍이 에어포일내에 드릴 가공된 후 레이저 블럭킹 재료의 제거동안 탄소와 수소로만 형성된 열가소성 중합체가 상당한 장점을 제공하기 때문이다. 레이저 블럭킹 재료를 제거하는 일 방법은 레이저 블럭킹 재료가 탈때까지 이를 가열하는 것이다. 만족스러운 온도는 약 1300℉ 이다. 폴리올레핀계 특히 폴리에틸렌의 특정한 장점은 이 중합체가 분해되어 매우 깨끗한 연소를 하는 높은 가연성 가스를 형성한다는 것이다. 폴리에틸렌의 탄소와 수소는 연소 대기로부터 산소와 결합하여 이산화탄소와 수증기를 형성한다. 이러한 것은 에어포일이 매우 깨끗해지도록 하여 에어포일의 내부로부터 오염물을 제거하는 다른 공정을 필요로 하지 않는다. 또한, 태우는 작업에 의해 발생되는 유해한 가스를 제거하기 위한 스크러버(scrubbers)(레이저 블럭킹 재료를 완전히 연소시키기 위해 많은 산소가 존재함)가 필요없다. 마지막으로, 태워 없애는 것(burnout)은 추가적인 용제를 블레이드 내로 유동시키거나 또는 블레이드를 조정할 필요가 없는 장점을 제공한다.

또한, 폴리올레핀 특히 폴리에틸렌은 비교적 낮은 용융 온도를 갖는다. 폴리에틸렌을 연소시켜 이를 제거하기 위해 에어포일을 고온으로 가열할 때, 폴리에틸렌이 계속해 팽창해 에어포일상에 소망하지 않는 내부 압력을 발생시키는 대신에 녹아서 블레이드의 오리피스 밖으로 흐른다.

마지막으로, 폴리에틸렌은 용융되기 전에 탄성 특성을 가져서 재료에 하중이 가해졌을 때 편향하도록 변형된다. 폴리에틸렌 재료는 태우는 작업동안 가열됨에 따라 용융되기 전에 팽창한다. 고형 폴리에틸렌 재료의 팽창은 재료가 변형하도록 하고, 에어포일내의 개구가 재료를 방출하도록 하여 재료의 열 팽창에 의해 발생된 모든 힘이 에어포일의 벽에 전달되지 않는다. 에어포일의 비교적 얇은 벽은 태우는 작업동안 에어포일내에 유해한 잔류 응력 또는 에어포일을 파손시키는 정도로 변형하지 않는다. 또한, 태우는 것은 빠른 조정을 위해 비교적 낮은 온도가 제공될 수 있거나 또는 온도가 에어포일이 제조되는 합금의 성능을 저하시키지 않는한 처리 시간을 감소시키기 위해 보다 높은 온도가 제공될 수 있다.

본 발명이 이의 자세한 실시예에 대해 도시되고 상술되었지만, 본 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 변화가 이루어질 수 있다.

본 발명은 우수한 품질의 드릴 가공된 구멍을 제공하며, 빠른 처리 속도 및 저렴한 비용을 제공하고, 연소 생성물을 대기중으로 배출하기 전에 특별한 처리가 필요없는 무해한 연소 생성물을 생성하는 레이저 블럭킹 재료를 사용함에 따라 레이저 드릴 방법이 간편하며, 레이저 가공 작동동안 부스러기 및 재가공(rework)의 감소를 가져오며, 에어포일의 내구성이 향상되며, 구성요소의 조정의 용이하도록 한다.

Claims (28)

1. 레이저 가공 작동동안 구성요소쪽으로 향하는 레이저 빔의 세기를 감쇄시키기 위해 구성요소 내부의 일부상에 위치된 블럭킹 재료에 있어서,

   30 이상인 멜트 플로 인덱스를 가지며, 부분적으로 비결정이고 부분적으로 결정성이어서 이 결정성은 레이저로부터의 방사되는 빔을 확산시키기 위해 40% 이상인 탄소와 수소로만 이루어진 열가소성 중합체를 포함하는

   블럭킹 재료.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블럭킹 재료는 단일의 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 혼합물을 포함하는

   블럭킹 재료.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 블럭킹 재료는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 폴리올레핀을 포함하는

   블럭킹 재료.
4. 제 2 항에 있어서,

   고체 형태의 상기 블럭킹 재료가 탄성 특성을 가져서 상기 블럭킹 재료는 구성요소에 비해 휘어졌을 때 조금의 탄성을 가지며, 상기 재료는 구성요소와 비교하여 탐침되었을 때 상이한 반응을 나타내며, 상기 재료는 하중이 가해질 때 변형하여 번아웃(burnout) 작동중의 작동 조건하에서 재료가 팽창할 때 재료의 열팽창의 모든 힘이 구성요소에 전달되지 않는

   블럭킹 재료.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 고형 재료는 350℉ 이하의 용융점을 가져서 상기 재료가 번아웃 작동동안 가열될 때, 상기 재료의 용융으로 인해 열팽창이 종단되는

   블럭킹 재료.
6. 제 2 항에 있어서,

   용융 상태에 있는 상기 블럭킹 재료는 0보다 큰 시어 시닝 특성(shear thinning characteristic)을 갖는

   블럭킹 재료.
7. 제 6 항에 있어서,

   용융 상태에 있는 상기 재료는 점성에 있어서 명백한 감소를 야기하는 시어 시닝 특성을 가지며, 상기 시어 시닝 특성은 20/sec의 전단율과 관련한 압력에서 점성에 대해 계측했을 때 약 50% 이상이며 제곱 인치당 약 1500 파운드(1500 psi)와 관련한 전단율이 에어포일의 오리피스를 가로질러 레이저 블럭킹 재료에 작용하는

   블럭킹 재료.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 블럭킹 재료의 용융점 및 비열은 상기 재료의 적어도 일부가 레이저 빔에 의해 용융점 이상으로 가열되도록 크며 상기 재료는 레이저 빔이 구성요소의 일부에 구멍을 형성하도록 드릴 가공될 때의 작동 조건하에서 유체 형태이어서 재료의 일부는 구멍내로 유동하고 레이저 드링 가공 작업이 끝난 후 고화되는

   블럭킹 재료.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 유체 재료는 액체인

   블럭킹 재료.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 유체 재료는 가스이며 가스 열분해 생성물은 기화된 폴리에틸렌의 플라즈마가 레이저 빔에 대해 투명한 정도로 레이저 빔에 대해 투명한

    블럭킹 재료.
11. 제 2 항에 있어서,

    상기 블럭킹 재료는 폴리에틸렌을 포함하는

    블럭킹 재료.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 블럭킹 재료는 1.0 이하의 특정 비중을 갖는 선형 폴리에틸렌을 포함하는

    블럭킹 재료.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 선형 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌이며 0.95 이하의 특정 비중을 갖는

    블럭킹 재료.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 폴리에틸렌은 60% 이상의 결정성을 갖는

    블럭킹 재료.
15. 제 2 항에 있어서,

    상기 용융점은 250℉ 이상 540℉ 이하이어서 상기 재료는 레이저 가공 작동의 종료 후 가열 및 용융시키므로써 제거되지만 레이저 빔에 의한 저온에서 기화되지는 않는

    블럭킹 재료.
16. 드릴 가공된 구멍과 유동 연통하는 캐비티를 갖는 구성요소에 레이저 빔으로 구멍을 드릴 가공하는 방법에 있어서,

    캐비티의 내부 상으로의 구멍의 계획된 개구에 인접해 레이저 블럭킹 재료를 위치시키는 단계로서, 상기 레이저 블럭킹 재료는 탄소와 수소로만 이루어진 열가소성 중합체를 포함하고, 30 이상인 멜트 플로 인덱스를 가지며, 부분적으로 비결정성이고 부분적으로 결정성으로 되어 결정성이 40%보다 커서 레이저 빔으로 구멍을 드릴 가공하는 레이저로부터 방사되는 빔을 확산시키는, 상기 단계와,

    상기 레이저 빔으로 구멍을 드릴 가공하는 단계와,

    상기 블럭킹 재료를 제거하는 단계를 포함하며,

    상기 블럭킹 재료는 레이저 빔의 에너지를 소산시키는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 열가소성 중합체는 단일의 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 혼합물을 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    단일의 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 혼합물을 위치시키는 단계는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 그룹으로부터 폴리올레핀을 선택하는 단계를 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 재료는 350℉ 이하인 용융점을 가지며; 열가소성 중합체를 구성요소의 내부에 위치시키는 단계는 상기 에어포일내에 재료를 위치시키기 전에 상기 재료를 용융시키는 단계를 포함하며; 상기 블럭킹 재료를 제거하는 단계는 번아웃 작업의 산물로서 이산화탄소와 물을 생성하도록 충분한 산소를 갖는 대기중에 상기 구성요소를 위치시키는 단계와, 상기 재료를 이의 열팽창이 재료의 용융에 의해 종결되도록 용융점 이상의 온도로 가열시키는 단계와, 그런 후 탄소와 수소가 산소와 반응하도록 하는 온도로 재료를 계속해서 가열하는 단계를 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 레이저 블럭킹 재료를 제거하는 단계는 약 1000℉ 이상의 온도를 갖는 환경에 상기 에어포일을 위치시키는 단계를 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    가열된 환경에 상기 에어포일을 위치시키는 단계는 상기 에어포일을 약 1300℉의 온도를 갖는 환경에 위치시키는 단계를 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
22. 제 16 항에 있어서,

    레이저로부터의 방사되는 빔을 확산시키는 단계는 고형 레이저 블럭킹 재료의 일부를 레이저 빔으로 용융점 이상으로 가열하는 단계와, 상기 재료가 유체 형태로 되도록 하는 단계를 포함하며; 상기 재료의 일부를 구멍내로 유동시켜 레이저 드릴 가공 작업이 끝난 후 구멍내에서 재료가 고화되도록 하는 단계를 더 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
23. 제 22 항에 있어서,

    레이저를 이용해 구멍을 드릴 가공하는 방법은 얇고 비교적 단단한 기구로 상기 구멍을 탐침하고 상기 기구로 구멍내의 재료에 충격을 가하고 구성요소의 재료와 비교하여 레이저 블럭킹 재료가 갖는 탄성의 감촉에 의해 발생되는 충격을 검출하여 드릴 가공된 구멍을 검사하는 단계를 더 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
24. 제 22 항에 있어서,

    상기 레이저 빔이 상기 재료에 충격을 가함에 따라 상기 재료의 일부를 용융시키는 단계는 기화된 폴리에틸렌의 플라즈마가 레이저 빔에 대해 투명한 정도로 레이저 빔에 대해 투명한 가스 열분해 생성물을 형성하는 단계를 포함하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
25. 제 16 항에 있어서,

    상기 캐비티의 내부에 열가소성 중합체를 위치시키는 단계는 탄성 특성을 가져 상기 블럭킹 재료가 상기 구성요소와 비교해 휘어질 때 탄성을 갖는 고체 형태의 재료를 캐비티내에 위치시키는 단계를 포함하며, 상기 재료는 상기 구성요소와 비교해 탐침되었을 때 상이한 반응을 나타내며, 번아웃 작동동안 작동 조건하에서 재료가 팽창함에 따라 상기 재료는 하중이 가해질 때 변형하여 재료의 열팽창의 모든 힘이 구성요소에 전달되지 않는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
26. 제 17 항에 있어서,

    상기 캐비티내에 상기 레이저 블럭킹 재료를 위치시키는 단계는 점성에 있어서 명백한 감소를 야기시키며 20/sec의 전단율과 관련한 압력에서 점성에 대해 계측했을 때 약 50% 이상인 시어 시닝 특성을 용융상태에서 가지는 재료를 위치시키는 단계를 포함하며, 제곱 인치당 약 1500 파운드(1500 psi)와 관련한 전단율이 에어포일의 오리피스를 가로질러 레이저 블럭킹 재료에 작용하는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 오리피스는 40 밀 이하의 유체 직경을 갖는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 오리피스는 40 밀 이하의 유체 직경을 갖는

    레이저 빔을 이용한 구멍 드릴 가공 방법.