KR20190143797A - 단열용 코팅 포획 피처를 갖는 터보기계 구성 요소 - Google Patents

단열용 코팅 포획 피처를 갖는 터보기계 구성 요소 Download PDF

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KR20190143797A
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조나단 드와이트 베리
시리칸트 찬드루두 코틸링감
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

본 개시는 단열용의 하나 이상의 코팅 포획 피처(210)를 포함하는 터보기계(2) 구성 요소에 관한 것이다. 터보기계(2) 구성 요소는, 터보기계(2)의 고온 가스 경로(HGP) 섹션 내에 배치되는 외면을 갖는 바디(202); 및 이 바디(202)의 외면 상에 장착되고 상기 터보기계(2)의 HGP 섹션과 열적으로 연통하는 코팅 포획 피처(210)를 포함하며, 이 코팅 포획 피처(210)는, 바디(202)의 외면 상에 배치되고 코팅 포획 피처(210)의 제1 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제1 부재(212); 제1 부재(212) 상에 배치되고 코팅 포획 피처(210)의 제2 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제2 부재(214)로서, 제1 부재(212)는 제2 부재(214)를 바디(202)의 외면으로부터 분리시키는 것인 제2 부재(214); 및 제1 부재(212)와 제2 부재(214) 사이에 배치된 만입부(216)를 포함한다.

Description

단열용 코팅 포획 피처를 갖는 터보기계 구성 요소{TURBOMACHINE COMPONENT WITH COATING-CAPTURING FEATURE FOR THERMAL INSULATION}
연방 정부 권리에 관한 진술
본 발명은 미국 에너지국에 의해 수여된 계약 번호 DE-FE0023965 하에서 정부의 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 소정 권리를 갖는다.
본 개시는 일반적으로는 코팅 포획 피처(coating-capturing feature)를 갖는 터보기계 구성 요소 및 추가적으로 단열용 코팅 포획 피처를 갖는 터보기계 구성 요소를 형성 및 코팅 도포 방법에 관한 것이다.
금속 구성 요소의 통상의 제조는, 컴퓨터 모델을 이용하여, 예를 들면 제도 소프트웨어(drafting software)에서 시뮬레이션된 부품을 얻기 위해, 일반적으로 재료 슬래브로부터 소정 영역들을 밀링 또는 절삭에 의해 제거한 후 그 절단된 재료를 처리 및 수정하는 것을 포함한다. 금속으로 형성될 수 있는 제조된 구성 요소는 예를 들면 항공기 엔진이나 발전 시스템 등의 터보기계에 설치하기 위한 에어포일 구성 요소를 포함한다. 적층 제조(Additive Manufacturing: AM)는 재료의 제거보다는 재료의 층들의 연속적인 적층을 통해 구성 요소를 제조하는 각종 다양한 프로세스를 포함한다. 따라서, 적층 제조는 어떠한 종류의 공구, 몰드 또는 고정구도 사용하지 않고, 또한 폐기 재료가 거의 또는 전혀 없이 복잡한 기하학적 형상을 생성할 수 있다. 재료의 대부분이 절삭되어 폐기되는 중실 빌렛 재료로부터 구성 요소를 기계 가공하는 대신에, 적층 제조에서 그 구성 요소를 형성하는 데에 필요로 하는 것은 단지 재료이다. 적층 제조 기법은 통상, 형성 대상 구성 요소의 3차원 컴퓨터 지원 설계(CAD) 파일을 획득하고, 그 구성 요소를 예를 들면 18 내지 102 마이크로미터 두께를 갖는 층들로 슬라이싱하고, 그리고 벡터, 이미지 또는 좌표를 포함한 각 층의 2차원 이미지를 갖는 파일을 생성하는 것을 포함한다. 이어서, 그 파일은 그 구성 요소가 다양한 형태의 적층 제조 시스템에 의해 제작될 수 있도록 파일을 해석하는 준비 소프트웨어 시스템(preparation software system) 내에 탑재될 수 있다. 적층 제조의 3D 프린팅, 신속 조형(rapid prototyping: RP), 직접 디지털 제조(direct digital manufacturing: DDM) 방식에서, 재료층들이 선택적으로 분배, 소결, 형성, 성막 등이 이루어져 그 구성 요소를 생성한다.
직접 금속 레이저 용융(direct metal laser melting: DMLM)(선택적 레이저 용융(selective laser melting: SLM)으로도 지칭함) 등의 금속 분말 적층 제조 기법에서, 금속 분말층들이 순차적으로 함께 용융되어 구성 요소를 형성한다. 보다 구체적으로, 미세 금속 분말층들이 금속 분말 베드 상에 도포기를 이용하여 균일하게 분배된 후 순차적으로 용융된다. 각 도포기는, 금속 분말을 축조 플랫폼(build platform) 상에 걸쳐 균일하게 펼치는, 금속, 플라스틱, 세라믹, 탄소 섬유 또는 고무로 이루어진 립, 브러시 또는 롤러의 형태의 도포기 요소를 포함한다. 금속 분말 베드는 수직축으로 이동될 수 있다. 그 프로세스는 정밀하게 제어된 분위기를 갖는 처리 챔버 내에서 이루어진다. 각 층이 생성되고 나면, 그 구성 요소의 기하학적 형상의 2차원 슬라이스 각각이 금속 분말을 선택적으로 용융시킴으로서 융접될 수 있다. 용융은 솔리드 금속을 형성하도록 금속 분말을 완전히 용접(용융)하기 위해 100 Watt 이테르븀 레이저 등의 고출력 용융 비임에 의해 수행될 수 있다. 그 용융 비임은 X-Y 방향으로 이동 또는 변형되고, 솔리드 금속을 형성하도록 금속 분말을 완전히 용접(용융)하기에 충분한 강도를 갖는다. 금속 분말 베드는 각각의 연속한 2차원 층마다 하강될 수 있고, 그 프로세스는 그 구성 요소가 완전히 형성될 때까지 반복된다.
하지만, 제조되는 터보기계의 다양한 고정 및 회전 구성 요소들은 터보기계 내에 실제 배치되기 전에 내온 재료로 코팅될 수 있다. 종래의 방식으로 설계된 구성 요소 및 코팅 재료는 작동 중에 구성 요소의 내고온성을 감소시킬 기술적 리스크를 수반한다. 그러한 리스크 중 하나는 구성 요소의 외면 상의 내열 코팅의 스폴링(spalling)의 발생이다. 스폴링은 구성 요소의 일부분으로부터 내열 코팅의 바람직하지 못한 갈라짐(breaking off)을 가리킨다. 스폴링의 우려는 고온 유체에 가장 많이 노출되는 구성 요소의 단부 영역에서 가장 크다. 스폴링을 방지하기 위한 종래의 시도로는, 예를 들면, 표면 코팅의 일부분을 고정시키기 위해 구성 요소의 표면에 핀 또는 기타 고정구를 형성하는 것을 포함하였다. 하지만, 이들 시도는 특히 스폴링이 발생한 후에 구성 요소의 외부로부터 구성 요소의 베이스 재료로 열을 전달하는 데에 있어서의 제한된 능력을 보였다.
본 개시의 제1 양태는 터보기계 구성 요소를 제공하며, 이 터보기계 구성 요소는, 터보기계의 고온 가스 경로(hot gas path: HGP) 섹션 내에 배치되는 외면을 갖는 바디; 및 이 바디의 외면 상에 장착되고 터보기계의 HGP 섹션과 열적으로 연통하는 코팅 포획 피처를 포함하며, 코팅 포획 피처는, 바디의 외면 상에 배치되고 코팅 포획 피처의 제1 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제1 부재; 제1 부재 상에 배치되고 코팅 포획 피처의 제2 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제2 부재로서, 제1 부재는 제2 부재를 바디의 외면으로부터 분리시키는 것인 제2 부재; 및 제1 부재와 제2 부재 사이에 배치된 만입부를 포함한다.
본 개시의 제2 양태는 장치를 제공하며, 이 장치는, 터보기계의 고온 가스 경로(HGP) 섹션 내에 배치하는 외면을 갖는 터보기계 구성 요소; 및 터보기계 구성 요소의 외면 상에 장착되고 터보기계의 HGP 섹션과 열적으로 연통하는 코팅 포획 피처로서, 코팅 포획 피처는, 터보기계 구성 요소의 외면 상에 배치되고 코팅 포획 피처의 제1 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제1 부재; 제1 부재 상에 배치되고 코팅 포획 피처의 제2 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제2 부재로서, 제1 부재는 제2 부재를 터보기계 구성 요소의 외면으로부터 분리시키는 것인 제2 부재; 및 제1 부재와 제2 부재 사이에 배치된 만입부를 포함하는 것인 코팅 포획 피처; 및 표면 코팅으로서, 터보기계 구성 요소의 외면, 코팅 포획 피처의 제1 부재의 적어도 하나의 측벽 및 코팅 포획 피처의 제2 부재의 적어도 하나의 측벽 상에 컨포멀(conformal) 코팅되며, 코팅 포획 피처의 만입부 내에 적어도 부분적으로 배치되는 베이스 코팅층; 및 베이스 코팅층 상에 배치되는 적어도 하나의 열 배리어 코팅(thermal barrier coating: TBC)층을 포함하는 것인 표면 코팅을 포함한다.
본 개시의 제3 양태는, 터보기계 구성 요소에 코팅을 도포하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 터보기계의 고온 가스 경로(HGP) 섹션 내에 배치하는 터보기계 구성 요소의 외면 상에 코팅 포획 피처를 형성하는 단계로서, 코팅 포획 피처는, 터보기계 구성 요소의 외면 상에 배치되고 코팅 포획 피처의 제1 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제1 부재; 제1 부재 상에 배치되고 코팅 포획 피처의 제2 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제2 부재로서, 제1 부재는 제2 부재를 터보기계 구성 요소의 외면으로부터 분리시키는 것인 제2 부재; 및 제1 부재와 제2 부재 사이에 배치된 만입부를 포함하는 것인 단계; 및 코팅 포획 피처의 만입부 내에 표면 코팅의 적어도 일부분이 배치되도록 터보기계 구성 요소 및 코팅 포획 피처 상에 표면 코팅을 형성하는 단계를 포함한다.
본 개시의 예시한 양태들은 본 명세서에서 기술한 문제점 및/또는 논의하지 않은 기타 문제점을 해결하고자 한다.
본 개시의 상기한 특징은 물론 기타 특징들은 본 개시의 다양한 실시예를 도시하는 첨부 도면과 함께 고려한 본 개시의 다양한 양태들의 후속한 상세한 설명으로부터 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 가스 터빈 시스템 형태의 고온 가스 경로(HGP) 구성 요소를 갖는 예시적인 산업 기계의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따라 터보기계 구성 요소를 나타내는 코드를 저장하는 비일시성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 적층 제조 시스템 및 프로세스의 블록도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따라 코팅 포획 피처를 갖는 터보기계 구성 요소의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따라 코팅 포획 피처를 갖는 터보기계 구성 요소의 외면의 확대 사시도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 코팅 포획 피처의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 코팅 포획 피처의 X-Z 평면에서의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 터보기계 구성 요소 상의 코팅 포획 피처 및 표면 코팅의 X-Y 평면에서의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따라 표면에 접착식으로 접합된 코팅 포획 피처의 X-Y 평면에서의 측면도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 터보기계 구성 요소의 외면으로부터 비수직으로 연장하는 코팅 포획 피처의 X-Y 평면에서의 측면도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따라 중공 내부를 각각 구비한 코팅 포획 피처의 X-Y 평면에서의 측면도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따라 터보기계 구성 요소에 코팅을 도포하는 예시적 흐름도를 도시한다.
본 개시의 도면은 축척대로 도시한 것은 아니란 점을 유념해야 한다. 도면은 단지 본 개시의 전형적인 양태를 도시하고자 하는 것으로, 본 개시의 범위를 한정하는 것으로서 고려되어서는 안 될 것이다. 도면에서, 동일 도면 부호는 도면들 간에 동일 요소를 나타낸다.
전술한 바와 같이, 본 개시는 터보기계의 작동 중에 스폴링에 저항하고 추가적 냉각을 제공하도록 코팅 포획 피처를 갖는 터보기계 구성 요소를 제공한다. 각 코팅 포획 피처는, 터보기계 에어포일의 바디 내로 열전도를 허용하면서도 터보기계 에어포일 상에 배치되는 종래의 피처보다 많은 양의 표면 코팅 재료를 유지하도록 구성될 수 있다. 각 코팅 포획 피처는, 예를 들면 터보기계의 고온 가스 경로(HGP) 섹션 내에 배치 가능한 에어포일 구성 요소의 외면 상에 배치되는 제1 부재를 포함할 수 있다. 제1 부재는 코팅 포획 피처의 제1 둘레를 획정하도록 적어도 하나의 외측벽을 포함할 수 있다. 제2 부재가 제1 부재 상에 배치될 수 있고 또한 코팅 포획 피처의 제2 둘레를 획정하도록 하나 이상의 외측을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 부재는 터보기계 구성 요소의 외면으로부터 제2 부재를 분리시킨다. 만입부가 그 내에 표면 코팅 재료를 포획 및 유지하도록 제1 부재와 제2 부재 사이에서 코팅 포획 피처 내에 배치될 수 있다. 제1 부재는 터보기계 구성 요소 내로의 열전달을 향상시키도록 제2 부재보다 큰 사이즈(예를 들면, 더 큰 폭, 두께, 표면적 등)를 가질 수 있다. 본 개시에 따른 방법은, 표면 코팅의 적어도 일부분이 만입부와 접촉하여 그 내에 배치된 상태로 유지되도록 코팅 포획 피처 및 터보기계 구성 요소 상에 표면 코팅을 형성하는 것을 포함한다. 본 개시는 본 명세서에서 논의하는 바와 같은 코팅 포획 피처의 사용을 통해 터보기계 구성 요소를 단열시키는 구조 및 방법을 제공한다.
이하, 다수의 도면에 걸쳐 동일 도면 부호가 동일 요소를 가리키고 있는 첨부 도면을 참조하면, 도 1은 터보기계(2)의 형태의 예시적인 산업 기계의 개략도를 도시한다. 본 개시를 터보기계(2)에 대해 설명하지만, 본 개시의 교시는 냉각을 필요로 하는 고온 가스 경로 구성 요소를 갖는 임의의 산업 기계에 적용 가능하다는 점이 강조되어야 한다. 터보기계(2)는 압축기(4)를 포함할 수 있다. 압축기(4)는 공기(8)의 유입 흐름을 압축하여 그 압축된 공기(8)의 흐름을 연소기(10)에 급송한다. 연소기(10)는 압축 공기(8)의 흐름과 가압 연료(12)의 흐름을 혼합하여, 그 혼합물을 점화함으로써 연소 가스(16)의 흐름을 생성한다. 단일 연소기(10)만이 도시되어 있지만, 터보기계(2)는 임의의 개수의 연소기(10)를 포함할 수 있다. 연소 가스(16)의 흐름은 또한 터빈(18)에 급송된다. 연소 가스(16)의 흐름은 터빈(18)을 구동하여 기계적 일을 생성한다. 터빈(18)에서 생성된 기계적 일은 로터(20)를 통해 압축기(4)를 구동하고 또한 발전기 등의 외부 부하(24)를 구동한다.
터보기계(2)는 천연가스, 액체 연료, 다양한 종류의 합성 가스 및/또는 기타 종류의 연료 및 그 혼합물을 이용할 수 있다. 터보기계(2)는 미국 뉴욕주 스키넥터디에 소재한 General Electric Company에서 제공하는 다수의 다양한 가스 터빈 엔진 중 어느 하나일 수 있다. 터보기계(2)는 상이한 구성을 가질 수도 있고 다른 종류의 구성 요소를 이용할 수도 있다. 본 개시의 교시는 고온 가스 경로를 이용하는 기타 형태의 가스 터빈 시스템 및/또는 산업 기계에 적용 가능할 수 있다. 복수의 가스 터빈 엔진, 복수의 형태의 터빈 및 복수의 형태의 발전 장비들이 본 명세서 함께 이용될 수도 있다.
도 2는 도 2에서 별개로 도면 부호 102A 및 102B를 부여한 적층 제조(AM) 구성 요소(102)들을 처음으로 생성하는 예시적인 컴퓨터화 금속 분말 적층 제조 시스템(100)(이하에서는 "AM 시스템(100)"으로 칭함)의 개략도/블록도를 도시한다. AM 구성 요소(102)는 예를 들면 도시한 바와 같은 2개의 AM 구성 요소(102A, 102B)와 같은 하나의 대형 AM 구성 요소 또는 복수의 AM 구성 요소를 포함할 수 있으며, 도면에서는 그 단일층만을 도시하고 있다. 본 개시의 교시는 AM 시스템(100)을 이용하여 축조된 AM 구성 요소(102)들에 적용될 수 있다. AM 시스템(100)은 복수의 용융 비임 소소, 예를 들면 4개의 레이저(110, 112, 114, 116)를 이용하지만, 본 개시의 교시가 1개 이상 등의 임의의 개수의 용융 비임 소스를 이용하여 복수의 AM 구성 요소(102) 또는 단일 AM 구성 요소(102)를 축조하는 데에도 동일하게 적용될 수 있다는 점은 강조되어야 하고 또한 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 본 예에서, AM 시스템(100)은 직접 금속 레이저 용융(DMLM)을 위해 구성된다. 본 개시의 전반적인 교시는 직접 금속 레이저 소결(DMLS), 선택적 레이저 소결(SLS), 전자 비임 용융(EBM) 및 어쩌면 기타 형태의 적층 제조 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 기타 형태의 금속 분말 적층 제조에도 동일하게 적용될 수 있다는 점을 이해할 것이다. AM 구성 요소(102)는 도 2에서는 에어포일의 기하학적 프로파일을 갖는 요소로서 도시하고 있지만, 적층 제조 프로세스는 내부 개구를 갖고 축조 플랫폼(118) 상에서 형성되는 임의의 형상의 AM 구성 요소, 다양한 종류의 AM 구성 요소 및 많은 수의 AM 구성 요소를 제조하는 데에도 용이하게 적용될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
AM 시스템(100)은 일반적으로 금속 분말 적층 제조 제어 시스템(120)("제어 시스템") 및 AM 프린터(122)를 포함한다. 설명하는 바와 같이, 제어 시스템(120)은 복수의 용융 비임 소스(110, 112, 114, 116)를 이용하여 AM 구성 요소(102)(들)를 생성하기 위해 컴퓨터 실행 가능 명령 또는 프로그램 코드(124)의 세트를 실행한다. 도시한 예에서, 4개의 용융 비임 소스는 4개의 레이저를 포함할 수 있다. 하지만, 본 개시의 교시는 전자 비임, 레이저 등의 임의의 용융 비임 소스에 적용 가능하다. 제어 시스템(120)은 컴퓨터(126) 상에서 컴퓨터 프로그램 코드로서 실현된 것으로 도시되어 있다. 이 범위 내에서, 컴퓨터(126)는 메모리(130) 및/또는 저장 시스템(132), 프로세서 유닛(PU)(134), 입/출력(I/O) 인터페이스(136) 및 버스(138)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 게다가, 컴퓨터(126)는 외부 I/O 디바이스/리소스(140) 및 저장 시스템(132)과 연통하는 것으로 도시되어 있다.
일반적으로, 프로세서 유닛(PU)(134)은 메모리(130) 및/또는 저장 시스템(132)에 저장된 컴퓨터 프로그램 코드(124)를 실행시킨다. 컴퓨터 프로그램 코드(124)를 실행시키는 동안, 프로세서 유닛(PU)(134)은 메모리(130), 저장 시스템(132), I/O 디바이스(140) 및/또는 AM 프린터(122)로부터 데이터를 읽거나 및/또는 그에 데이터를 기록할 수 있다. 버스(138)는 컴퓨터(126) 내의 각 구성 요소들 간의 통신 링크를 제공하며, I/O 디바이스(140)는 사용자가 컴퓨터(126)와 상호 작용하게 할 수 있는 임의의 디바이스(예를 들면, 키보드, 포인팅 디바이스, 디스플레이 등)를 포함할 수 있다. 컴퓨터(126)는 단지 하드웨어와 소프트웨어의 다양한 가능한 조합의 대표이다. 예를 들면, 프로세서 유닛(PU)(134)은 단일 프로세싱 유닛을 포함할 수 있거나, 하나 이상의 로케이션, 예를 들면 클라이언트 및 서버 상의 하나 이상의 프로세싱 유닛들에 걸쳐 분배될 수도 있다. 마찬가지로, 메모리(130) 및/또는 저장 시스템(132)은 하나 이상의 물리적 로케이션에 존재할 수 있다. 메모리(130) 및/또는 저장 시스템(132)은 자기 매체, 광학 매체, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 등을 비롯한 다양한 형태의 비일시성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터(126)는, 산업용 컨트롤러, 네트워크 서버, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 헨드헬드 디바이스 등의 임의의 형태의 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다.
언급한 바와 같이, AM 시스템(100)과 특히 제어 시스템(120)은 AM 구성 요소(102)(들)를 생성하기 위해 프로그램 코드(124)를 실행시킨다. 프로그램 코드(124)는 그 중에서도 AM 프린터(122) 또는 기타 시스템 부분들을 작동시키기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령(이하에서는 "시스템 코드(124S)"로 칭함)의 세트와, AM 프린터(122)에 의해 물리적으로 생성될 AM 구성 요소(102)(들)를 정의하기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령(이하에서는 "객체 코드(124O)"로서 칭함)의 세트를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 적층 제조 프로세스는 프로그램 코드(124)를 저장하는 비일시성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(예를 들면, 메모리(130), 저장 시스템(132) 등)로 시작한다. AM 프린터(122)를 작동시키기 위한 컴퓨터 실행 가능 명령 세트는 AM 프린터(122)를 작동시킬 수 있는 종래에 공지된 또는 향후에 개발될 임의의 소프트웨어를 포함할 수 있다.
AM 구성 요소(102)(들)를 정의하는 객체 코드(124O)는 정확하게 정의된 AM 구성 요소(102)의 3D 모델을 포함할 수 있고, AutoCAD®, TurboCAD®, DesignCAD 3D Max 등의 임의의 다양한 공지의 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어 시스템으로부터 생성될 수 있다. 이와 관련하여, 객체 코드(124O)는 종래에 공지된 또는 향후에 개발될 임의의 파일 포맷을 포함할 수 있다. 게다가, AM 구성 요소(102)(들)를 나타내는 객체 코드(124O)는 상이한 포맷들 간에 변환될 수도 있다. 예를 들면, 객체 코드(124O)는 3D Systems의 스테레오리소그래피 CAD 프로그램을 위해 생성된 STL(Standard Tessellation Language) 파일, 또는 임의의 CAD 소프트웨어가 임의의 AM 프린터에서 제조될 임의의 3차원 AM 구성 요소의 형상 및 구성을 묘사할 수 있게 하도록 설계된 XML(extensible markup-language) 기반 포맷이면서 ASME(American Society of Mechanical Engineers) 표준인 적층 제조 파일(additive manufacturing file: AMF)을 포함할 수 있다. AM 구성 요소(102)(들)를 나타내는 객체 코드(124O)는 또한 필요에 따라 데이터 신호 세트로 전환되어 전송되거나, 데이터 신호 세트로서 수신되어 코드로 전환되어 저장되는 등이 가능하다. 어느 경우에도, 객체 코드(124O)는 AM 시스템(100)에 대한 입력일 수 있고, 부품 설계자, 지적 재산(IP) 공급자, 설계 회사, AM 시스템의 작업자 또는 소유자 또는 기타 소스로부터 생성될 수 있다. 여하튼, 제어 시스템(120)은 시스템 코드(124S) 및 객체 코드(124O)를 실행시켜, AM 구성 요소(102)(들)를, AM 프린터(122)를 이용하여 재료의 연속한 층들로 조립되는 일련의 얇은 슬라이스로 나눈다.
AM 프린터(122)는 AM 구성 요소(102)(들)의 프린팅을 위해 제어된 분위기, 예를 들면 레이저를 위한 설정 압력 및 온도 또는 전자 비임 용융을 위한 진공을 제공하도록 밀봉된 처리 챔버(142)를 포함할 수 있다. AM 구성 요소(102)(들)가 그 상에서 축조되는 축조 플랫폼(118)이 처리 챔버(142) 내에 배치된다. 다수의 용융 비임 소스(110, 112, 114, 116)가 AM 구성 요소(102)(들)를 생성하기 위해 축조 플랫폼(118) 상에 금속 분말의 층들을 용융시키도록 구성된다. 본 명세서에서는 4개의 용융 비임 소스(110, 112, 114, 116)를 설명하지만, 본 개시의 교시는 임의의 개수의 소스, 예를 들면, 1개, 2개, 3개, 5개 또는 그 이상의 소스를 채용한 시스템에 적용 가능하다는 점이 강조되어야 한다.
도 2를 계속 참조하면, 도포기(164)가 최종 AM 구성 요소의 연속한 슬라이스 각각이 생성될 빈 캔버스로서 펼쳐진 원료(166)의 얇은 층을 생성할 수 있다. 도포기(164)는 리니어 이송 시스템(168)의 제어 하에서 이동할 수 있다. 리니어 이송 시스템(168)은 도포기(164)를 이동시키는 종래에 공지된 또는 향후에 개발될 임의의 구성을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 리니어 이송 시스템(168)은 축조 플랫폼(118)의 대향한 양측부에서 연장하는 한 쌍의 대향한 레일(170, 172) 및 이들 레일(170, 172)을 따라 도포기(164)를 이동시키도록 도포기(164)에 결합된 전기 모터 등의 리니어 액추에이터(174)를 포함할 수 있다. 리니어 액추에이터(174)는 도포기(164)를 이동시키도록 제어 시스템(120)에 의해 제어된다. 다른 형태의 리니어 이송 시스템이 이용될 수도 있다. 도포기(164)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 하나의 실시예에서, 도포기(164)는 서로 대향한 레일(170, 172)을 따라 이동하도록 구성된 부재(176), 및 금속 분말을 축조 플랫폼(118) 위에, 즉 축조 플랫폼(118) 또는 AM 구성 요소(102)(들)의 이전에 형성된 층 위에 균일하게 펼쳐 원료의 층을 생성하도록 구성된 팁, 블레이드 또는 브러시 형태의 액추에이터 요소(도 2에서는 도시 생략)를 포함할 수 있다. 액추에이터 요소는 임의의 다수의 방식으로 홀더(도시 생략)를 이용하여 부재(176)에 결합될 수 있다.
그 프로세스는 금속 분말 형태의 다양한 원료(166)를 이용할 수 있다. 원료(166)는 다수의 방식으로 도포기(164)에 제공될 수 있다. 도 2에 도시한 하나의 실시예에서, 원료(166)의 스톡(stock)이 도포기(164)에 의해 접근 가능한 챔버 형태의 원료 소스(178)에 유지될 수 있다. 다른 구성에서, 원료는 도포기(164)를 통해, 예를 들면 부재(176)를 통해 그 도포기 요소 앞에 및 축조 플랫폼(118) 위에 급송될 수 있다. 어떤 경우에도, 오버플로우 챔버(179)가 축조 플랫폼(118) 위에 적층되지 않은 원료의 임의의 오버플로우를 포획하도록 도포기(164)의 먼 쪽에 마련될 수 있다. 도 2에서, 단지 하나의 도포기(164)가 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서, 도포기(164)는, 복수의 도포기에 포함될 수 있고, 그 중 도포기(164)는 활성 도포기이고 다른 교체 도포기(도시 생략)는 리니어 이송 시스템(168)에 이용하도록 보관되어 있을 수 있다. 사용된 도포기(도시 생략)는 더 이상 사용할 수 없게 된 후에 역시 보관될 수 있다.
하나의 실시예에서, AM 구성 요소(102)(들)는 순수 금속 또는 합금을 포함할 수 있는 금속으로 이루어질 수 있다. 하나의 예에서, 금속은 실질적으로 코발트 크롬 몰리브덴(CoCrMo) 합금, 스테인리스강, 니켈-크롬-몰리브덴-니오븀 합금(NiCrMoNb)(예를 들면, Inconel 625 또는 Inconel 718), 니켈-크롬-철-몰리브덴 합금(NiCrFeMo)(예를 들면, Haynes International, Inc.로부터 입수 가능한 Hastelloy® X) 또는 니켈-크롬-코발트-몰리브덴 합금(NiCrCoMo) (예를 들면, Haynes International, Inc.로부터 입수 가능한 Haynes 282) 등의 오스테나이트 니켈-크롬계 합금 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 비반응성 금속 분말, 즉 비폭발성 분말 또는 비전도성 분말을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 금속은 실질적으로 공구강(예를 들면, H13), 티타늄 합금(예를 들면, Ti6Al4V), 스테인리스강(예를 들면, 316L), 코발트-크롬 합금(예를 들면, CoCrMo) 및 알루미늄 합금(예를 들면, AlSi10Mg)을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 금속을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 금속은 Inconel 738, MarM 247 또는 CM247 등의 니켈계 초합금 또는 IN738LC, Rene 108, FSX 414, X-40, X-45, MAR-M509, MAR-M302 또는 Merl 72/Polymet 972라는 상표명으로 공지된 것들을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 코발트계 초합금 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 감마 프라임 경화 초합금을 포함할 수 있다.
처리 챔버(142) 내의 분위기는 이용되는 용융 비임 소스의 특정 형태에 대해 제어된다. 예를 들면, 레이저의 경우, 처리 챔버(142)는 아르곤 또는 질소 등의 불활성 가스로 채워지고 산소를 최소화 또는 제거하도록 제어된다. 여기서, 제어 시스템(120)은 불활성 가스(182)의 소스로부터 처리 챔버(142) 내의 불활성 가스 혼합물(180)의 흐름을 제어하도록 구성된다. 이 경우, 제어 시스템(120)은 가스 혼합물(180)의 함량을 제어하도록 불활성 가스를 위한 펌프(184) 및/또는 흐름 밸브 시스템(186)을 제어할 수 있다. 흐름 밸브 시스템(186)은 특정 가스의 흐름을 정밀하게 제어할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 제어 가능한 밸브, 흐름 센서, 온도 센서, 압력 센서 등을 포함할 수 있다. 펌프(184)에는 밸브 시스템(186)이 마련되거나 마련되지 않을 수도 있다. 펌프(184)가 생략된 경우, 불활성 가스는 처리 챔버(142)에 도입되기 전에 단지 도관 또는 매니폴드에 들어갈 수 있다. 불활성 가스(182)의 소스는 예를 들면 탱크, 저장조 또는 기타 소스 등의 그 내에 수용되는 재료를 위한 임의의 통상의 소스 형태를 취할 수 있다. 가스 혼합물(180)을 측정하는 데에 필요한 임의의 센서(도시 생략)가 마련될 수 있다. 가스 혼합물(180)은 통상의 방식으로 필터(188)를 이용하여 여과될 수 있다. 대안적으로, 전자 비임의 경우, 처리 챔버(142)는 진공을 유지하도록 제어될 수 있다. 여기서, 제어 시스템(120)은 진공을 유지하도록 펌프(184)를 제어할 수 있고, 흐름 밸브 시스템(186), 불활성 가스(182)의 소스 및/또는 필터(188)는 생략될 수 있다. 진공을 유지하는 데에 필요한 임의의 센서(도시 생략)가 이용될 수 있다.
수직 조절 시스템(190)이 AM 프린터(122)의 다양한 부분들의 위치를 수직으로 조절하여, 각각의 새로운 층의 추가를 허용하도록, 예를 들면 각각의 층 후에 축조 플랫폼(118)이 하강하거나 및/또는 챔버(142) 및/또는 도포기(164)가 상승할 수 있도록 마련될 수 있다. 수직 조절 시스템(190)은 제어 시스템(120)의 제어 하에 그러한 조절을 제공하도록 임의의 종래에 공지된 또는 향후에 개발될 리니어 액추에이터를 포함할 수 있다.
작동 시에, 그 상에 금속 분말이 있는 축조 플랫폼(118)이 처리 챔버(142) 내에 제공되며, 제어 시스템(120)이 처리 챔버(142) 내의 분위기를 제어한다. 제어 시스템(120)은, AM 프린터(122), 특히 도포기(164)(예를 들면, 리니어 액추에이터(174))와 용융 비임 소스(110, 112, 114, 116)(들)를 제어하여 축조 플랫폼(118) 상의 금속 분말의 층들을 순차적으로 용융시켜 본 개시의 실시예에 따른 AM 구성 요소(102)(들)를 생성한다. 전술한 바와 같이, AM 프린터(122)의 다양한 부분들이 수직 조절 시스템(190)을 통해 수직으로 이동하여 각각의 새로운 층들의 추가를 허용하도록 될 수 있는데, 예를 들면 각각의 층 후에 축조 플랫폼(118)이 하강하거나 및/또는 챔버(142) 및/또는 도포기(164)가 상승할 수 있다.
도 3은 본 명세서에서 다른 부분에서 논의한 AM 구성 요소(102)(도 2 참조)의 하나 이상의 형태를 취할 수 있는 터보기계 구성 요소(200)의 일례를 도시한다. 터보기계 구성 요소(200)는 도 2에 대해 설명한 것 등의 임의의 금속 분말 적층 제조 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 터보기계 구성 요소(200)는 전술한 금속 분말 중 임의의 분말을 이용하여 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 터보기계 구성 요소(200)는 하나 이상의 주조 금속 및/또는 비적층 제조 재료를 포함할 수 있다. 그러한 재료는 본 명세서에서 다른 부분에서 논의한 다양한, 예를 들면 레이저 소결 가능 금속 및/또는 기타 적층 제조 재료 중 하나 이상과 함께 또는 그 대신에 이용될 수 있다. 그러한 경우, 터보기계 구성 요소(200)는 알루미늄, 티타늄, 니켈, 코발트, 철 및/또는 기타 종래에 공지되었거나 향후에 개발된 금속을 포함할 수 있다. 주조 금속은 또한 스테인리스강, 강계 복합재, 합금, 초합금 및/또는 주조에 의해 형성될 수 있는 기타 재료 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 어느 경우든, 터보기계 구성 요소(200)는 터보기계, 예를 들면 터보기계(2)(도 1참조)의 고온 가스 경로(HGP) 섹션(204) 내에 배치될 수 있는 바디(202)를 포함한다. 터보기계 구성 요소(200)는 노즐, 회전 블레이드, 휘일, 다이어프램, 쉬라우드 등 및/또는 HGP 섹션(204)을 통해 흐르는 고온 가스와 열적으로 연통하는 기타 부품을 포함할 수 있다. 터보기계 구성 요소(200)는 단지 설명을 목적으로 에어포일 형상을 갖는 것으로서 도시하지만, 터보기계 구성 요소(200)는 전술한 바와 같이 휘일, 다이어프램, 쉬라우드 등을 비롯한 비에어포일 구조를 포함할 수도 있다는 점을 이해할 것이다.
도 3의 예에 따르면 또한 본 명세서에서 논의하는 바와 같이, 바디(202)는 터보기계 구성 요소의 형상을 제공한다. 터보기계 구성 요소(200)는 터보기계 블레이드 또는 노즐 등의 임의의 회전 가능 또는 회전 불가능 고온 가스 경로(HGP) 구성 요소일 수 있으며, 그 터보기계 구성 요소(200)는 보다 일반적으로 가스 터빈, 증기 터빈 및/또는 기타 터보기계 조립체의 HGP 섹션 내에 배치되는 임의의 구성 요소의 형태를 취할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 바디(202)는 본 명세서에서 다른 부분에서 설명한 바와 같은 적층 제조(AM)에 이용 가능한 하나 이상의 레이저 소결 금속을 포함할 수 있다. 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202)는 다른 구성과 맞물리도록 각각 구성되거나 및/또는 단일 터보기계 구성 요소의 하나의 부분을 각각 형성하는 복수의 표면을 포함한다. 바디(202)는 예를 들면 휘일 또는 유사한 구성 요소와 같은 터보기계의 반경방향 외측 구성 요소와 맞물리도록 구성될 수 있고, 터보기계 구성 요소(200)를 다른 구조에 결합하도록 더브테일, 리벳, 핀 등의 인터로킹 피처를 포함할 수 있다. 터보기계 구성 요소의 맥락에서 "반경방향"이란 용어는 터보기계의 중심 축선을 향해 또는 그로부터 멀어지는 이동 라인을 지칭한다. 터보기계의 중심 축선으로부터 외측으로 연장하는 블레이드의 경우, 블레이드의 길이는 실질적으로 반경방향을 따라 연장할 수 있다. 반경방향 "외향" 또는 "외측" 방향은 로터(20)(도 1참조)의 축선으로부터 멀어지는 방향을 지칭하는 반면, 반경방향 "내향" 또는 "내측" 방향은 로터(20)의 축선을 향한 방향을 지칭한다. 바디(202)의 단면이 확대되거나 축소되거나 테이퍼지는 등의 실시예에서, 바디(202)는 단부에서 단부까지 균일한 기하학적 프로파일을 실질적으로 유지할 수 있다.
바디(202)는 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202)의 둘레에서 연속적으로 연장하는 외면(208)을 포함할 수 있다. 외면(208)은 터보기계(2)(도 1 참조)의 고온 가스 경로(HGP) 영역 내에서 배치하도록 구성된 에어포일 단면을 획정하는 형상으로 될 수 있다. 예를 들면, 외면(208)은 예를 들면 선단 에지(LE), 후미 에지(TE), 흡입측 표면(SS) 및 압력측 표면(PS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 압력측 표면(PS)과 흡입측 표면(SS)은 터보기계 구성 요소(200)를 가로질러 흐르는 유체가 둘레 영역(208)(들) 중 해당 부분(들)에 대해 포지티브 또는 네거니티브 합성 압력(resultant pressure)을 가하는 지의 여부에 기초하여 서로 구별될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 터보기계 구성 요소(200)는 본 명세서에서 논의하는 바와 같은 표면 코팅을 수용하도록 형성된 하나 이상의 코팅 포획 피처(210)를 포함할 수 있다. 각 코팅 포획 피처(210)는 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202)로부터 외측으로 연장하도록 외면(208) 상에 배치될 수 있다. 코팅 포획 피처(210)는 바디(202) 상에 배치하도록 된 예를 들면 핀 및/또는 기타 돌출부 등의 종래의 구조와 비교해 그 상에 배치된 열 코팅 재료의 스폴링을 감소 또는 방지하도록 형성 및 치수 설정될 수 있다. 각 코팅 포획 피처(210)는 터보기계 구성 요소(200)의 나머지 부분과 연속적으로 형성될 수 있고, 이에 따라 본 명세서에서 논의하는 바와 같은 하나 이상의 레이저 소결 재료를 포함할 수 있다. 코팅 포획 피처(210)는 추가로 다양한 실시예에서 AM 구성 요소(102)(들)의 일부를 형성할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 코팅 포획 피처(210)는 터보기계 구성 요소(200)와는 별개로 형성하고 나서 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202)에, 예를 들면 도 8과 관련하여 논의하는 바와 같은 접착 재료에 의해 결합될 수 있다.
각 코팅 포획 피처(210)는 도 4 내지 도 6에 보다 상세하게 도시한 바와 같이 일련의 별개의 부재로 나누어질 수도 있다. 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212)가 바디(202)의 외면(208)에 장착될 수 있고, 제1 부재(212)의 외측 둘레(P1)(도 6에만 도시)를 획정하는 적어도 하나의 측벽(S1)을 포함하도록 형성될 수 있다. 제1 부재(212)가 둥근 형상을 갖는 경우, 단일 측벽(S1)이 포함될 수 있는 반면, 제1 부재(212)의 비원형의 실시예는 복수의 측벽(S1)을 포함할 수 있다. 도 6의 예에서, 제1 부재(212)는 6개의 측벽(S1)을 포함한다. 제1 부재(212)는 비균일 기하학적 프로파일을 가질 수 있고, 도 4 및 도 5의 예에 도시한 바와 같이 제1 부재(212)가 바디(202)로부터 외측으로 연장할수록 보다 좁아지도록 내측으로 테이퍼질 수 있다. 코팅 포획 피처(210)(들)는 또한 제1 부재(212)와 비교해 별개의 기하학적 형상을 갖고 제1 부재(212) 상에 배치된 제2 부재(214)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 부재(214)는 제1 부재(212)의 제1 둘레(P1)보다 작은 제2 둘레(P2)를 획정하는 적어도 하나의 측벽(S2)을 포함할 수 있다. 도 6의 예에서, 제2 부재(214)는 단일의 둥근 측벽(S2)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 제2 부재(214)가 비원형의 구성인 경우에 복수의 측벽을 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 제2 부재(214)는 또한 제1 부재(212)와 비교해, 상이한 형상, 체적 및/또는 기하학적 특성을 특징으로 할 수 있다. 도 4 및 도 5의 예에서, 각 코팅 포획 피처(210)의 부재(212, 214)는 이들이 바디(202)로부터 외측으로 연장할수록 폭이 점점 감소하며, 이에 의해 체스의 졸(pawn) 타입의 형상을 형성할 수 있다. 일례에 따르면, 제1 부재(212)는 실질적으로 절두 원추 또는 절두 피라미드 형상을 갖는 반면, 제2 부재(214)는 실질적으로 타원체 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 부재(214)는 제1 부재(212)보다 작은 체적, 둘레 및 표면적을 가질 수 있다.
코팅 포획 피처(210)는 또한 예를 들면 제1 부재(212)의 측벽(S1)(들)과 제2 부재(214)의 측벽(S2)(들) 사이에 수직으로 배치된 하나 이상의 만입부(216)(도 4 및 도 5 참조)를 포함할 수 있다. 만입부(216)는 코팅 포획 피처(210)의 폭이 만입부(216)에서 좁아졌다가 제2 부재(214)에서 넓어지도록 바로 제1 및 제2 부재(212, 214) 사이에 배치될 수 있다. 제2 부재(214)가 바디(202) 위에서 측방향 폭이 제1 부재(212)보다 작을 수 있지만, 만입부(216)는 코팅 포획 피처(210)의 제1 및 제2 부재(212, 214)의 부분들보다 좁도록 내측으로 만곡될 수 있다. 일례에 따르면, 만입부(216)는 측벽(S1, S2)들의 각도 배향과는 상이한 각도로 내측으로 만곡될 수 있다. 보다 구체적으로, 만입부(216)는 도 5에 라인 F로 나타낸 코팅 포획 피처(210)의 각도 배향에 대해 실질적으로 둔각을 이루는 각도 배향을 가질 수 있다. 도 5에 또한 도시한 바와 같이, 제2 부재(214)는 만입부(216)는 코팅 포획 피처(210)의 배향에 대해 둔각 α로 연장도록 만입부(216)에서 내측으로 만곡될 수 있다. 제1 부재(212)의 측벽(S1)(들)은 마찬가지로 코팅 포획 피처(210)의 배향에 대해 둔각으로 만입부(216)로 내측으로 만곡될 수 있다. 어느 경우든, 만입부(216)는 코팅 포획 피처(210) 상에서 제1 부재(212)와 제2 부재(214) 간의 접속점을 형성한다. 코팅 포획 피처(210)는 각각 표면 코팅이 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202)에 도포될 때에 그 표면 코팅의 일부분을 수용 및 유지하도록 만입부(216)를 포함할 수 있다. 컨포멀 코팅 재료가 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202) 상에 형성되는 것 외에도 코팅 포획 피처(210)의 만입부(216) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 코팅 포획 피처(210)(들)의 측방향 폭은 바디(202)로부터 거리에 비례하여 감소하지만, 코팅 포획 피처(210)의 폭은 만입부(216) 내에서부터 제2 부재(214)로 가면서 약간 증가한다.
코팅 포획 피처(210) 내의 부재(212, 214) 및 만입부(216)의 형상 및 위치는 에어포일 상에 배치되는 종래의 구조, 예를 들면 원통형 핀보다 큰 열 보호를 제공한다. 터보기계 구성 요소(200) 상에 배리어 코팅을 유기하기 위한 종래의 구조적 구성은 코팅 재료를 스폴링 또는 기타 기술적 장애로부터 보호하면서 낮은 금속 온도를 유지하는 데에 만족스럽지 못하였다. 본 명세서에서 논의하는 바와 같은 만입부(216)는 코팅 재료가 터보기계 HGP 내의 고온 가스에 대해 덜 취약할 수 있는 공간의 포켓을 생성할 수 있다. 게다가, 제2 부재(214)에 비해 제1 부재(212)의 큰 체적(예를 들면, 보다 큰 원주, 표면적 및 둘레 등을 가짐으로써 제공)은 기타 구조에서 발생할 수 있는 열적 방해 없이 코팅 포획 피처(210)가 바디(202) 내로 열을 전달할 수 있게 한다. 예를 들면, 종래의 구조는 (예를 들면, 제1 및 제2 부재(212, 214)에 도시한 바와 같은) 감소하는 측방향 폭을 특징으로 하지 않을 수 있다. 원통형 또는 비만입형 기하학적 형상이 보다 균일한 열전달 프로파일을 제공할 수 있지만, 그러한 기하학적 형상은 코팅 재료가 포획될 수 있는 만입부(216)가 없다. 코팅 포획 피처(210)의 각 부재(212, 214)의 형상 및 치수는 열에너지가 제2 부재(214)로부터 제1 부재(212)로, 그리고 바디(202)로 이동할 수 있게 하며, 동시에 만입부(216)의 존재는 종래의 구조에서 가능할 수 있었던 것보다 많은 코팅 재료가 터보기계 구성 요소(200) 상에 형성될 수 있게 한다.
도 7을 참조하면, 코팅 포획 피처(210)(들)의 추가적 특징이 터보기계 구성 요소(200) 상에 코팅 재료와 함께 도시되어 있다. 냉각 회로는 터보기계 구성 요소(200) 내에 그리고 적어도 부분적으로 코팅 포획 피처(210)(들) 내에 포함될 수 있는 내부 구조적 피처의 한 가지 형태이다. 도시한 바와 같이, 코팅 포획 피처(210)(들)는 코팅 포획 피처(210)(들)의 목표로 한 부분에 1종 이상의 냉각 유체를 급송하도록 형성된 적어도 하나의 냉각 통로(222)를 선택적으로 포함할 수 있다. 각 냉각 통로(222)는 특정 조건 하에서 터보기계 구성 요소(200)를 통과해 1종 이상의 냉각 유체(터보기계(예를 들면, 압축기(4))의 냉각 유체 저장조 및/또는 기타 부분들로부터 안내되는 액체 및/또는 가스 냉매, 공기 또는 가스)를 전달하도록 크기 설정될 수 있다. 코팅 포획 피처(210)의 냉각 통로(222)는 터보기계 구성 요소(200)의 보다 큰 냉각 회로의 단지 일부분을 형성할 수 있고, 따라서 구조체 전체에 걸쳐 냉각 유체(들)를 수용 및/또는 전달하도록 기타 영역들과 유체 연통할 수 있다. 도 7의 단면도에 도시한 바와 같이, 냉각 통로(222)는 바디(202)의 내부(226)와 유체적으로 결합된 입구(224)를 포함할 수 있다. 내부(226)는 코팅 포획 피처(210)의 냉각 통로(222)를 통해 전달될 냉각 유체의 소스를 포함하거나 그러한 소스와 유체 연통할 수 있다. 냉각 통로(222)는 또한 제1 부재(212)의 측벽(S1)(들) 또는 제2 부재(214) 근처에서, 예를 들면 만입부(216)에서 코팅 포획 피처(210)의 외측에 유체적으로 결합된 하나 이상의 출구(228)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 다른 부분에서 논의한 바와 같이, 코팅 포획 피처(210)의 냉각 통로(222)는 처음에는 표면 코팅(230)으로 덮일 수 있고, 따라서, 출구(228)를 통해 HGP 섹션(204)으로의 냉각 유체의 전달이 불가능하다. 본 명세서에서 다른 부분에서 보다 상세하게 논의하는 바와 같이, 스폴링 발생 중에 제거된 임의의 코팅 재료는 출구(228)를 개방시킬 수 있으며, 표면 코팅(230)(들)이 코팅 포획 피처(210)에 다시 도포되기 전에 2차 냉각 기구로서 출구(228)를 통한 냉각 유체의 전달을 가능하게 한다.
코팅 포획 피처(210) 상에 형성된 표면 코팅(230)의 위치는 본 개시의 기술적 이점을 입증한다. 도시한 바와 같이, 표면 코팅(230)은 복수의 층을 포함하도록 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이, 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212)는 X-Y 평면에서 제2 부재(214)의 제2 폭(W2)보다 작은 X-Y 평면에서의 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 코팅 포획 피처(210)의 각 부재(212, 214)의 상이한 사이즈(예를 들면, 폭(W1, W2) 및/또는 둘레(P1, P2)(도 6 참조)로 도시함)는 표면 코팅(230)의 일부분이 만입부(216) 내에 형성되어 유지될 수 있게 한다. 만입부(216) 내에 유지되는 표면 코팅(230)의 부분은 기계적 충격 및/또는 터보기계 HGP 내에서의 고온 유체에 대해 특히 저항성을 가질 수 있다. 추가로, 표면 코팅(230)의 일부분은 냉각 통로(222)로부터의 출구(228)(들)에 또는 그 근처에 배치될 수 있고, 이에 의해 스폴링의 발생 시에 냉각 유체가 HGP 섹션(204) 내로 흐를 수 있게 한다. 터보기계 구성 요소(200) 상에 형성 시에, 표면 코팅(230)의 일부분이 코팅 포획 피처(210)의 만입부(216)(들) 내에 "포획"될 것이며, 이에 의해 터보기계 구성 요소(200)가 실제 배치될 때에 제위치에 유지될 수 있다. 표면 코팅(230)에 있어서의 만입부(216)(들) 내에 포획된 부분들은 그로부터의 추가적 열전도를 제공함으로써 터보기계 구성 요소(200)의 온도를 더욱 감소시킬 수 있다. 따라서, 표면 코팅(230)의 포획된 양은, 감소된 금속 온도와 보다 복잡하고 고가의 금속 합금에 대한 감소된 필요성을 여전히 제공하면서도 터보기계 구성 요소(200)를 냉각하는 데에 냉각 유체가 덜 사용되게 할 수 있다. 코팅 포획 피처(210)(들)의 구조적 특징은 또한 표면 코팅이 종래의 에어 포일 구조에 비해 큰 두께를 갖고 형성되게 할 수 있다.
표면 코팅(230)은 복수의 층을 포함할 수 있다. 베이스 코팅층(232)은 바디(202)의 압력측 표면(PS) 또는 흡입측 표면(SS)의 선택된 부분 상에 컨포멀 코팅되는 것 외에도, 부재(212, 214) 상에는 물론 코팅 포획 피처(210)(들)의 만입부(216) 내에 형성될 수 있다. 베이스 코팅층(232)은 바디(202) 및 코팅 포획 피처(210)(들)의 재료 조성(예를 들면, 레이저 소결 금속)을 그 위의 열 코팅으로 인한 오염 또는 열화로부터 보호하도록 형성될 수 있다. 베이스 코팅층(232)은 예를 들면 그 아래의 금속층에 접착될 수 있는 세라믹-금속 복합재로 형성된 금속 본드층을 포함할 수 있다. 그러한 재료는 금속 및/또는 세라믹에 접합될 수 있는 예를 들면 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및/또는 기타 금속 또는 비금속 재료를 포함할 수 있다.
표면 코팅(230)은 베이스 코팅층(232) 외에도 다른 코팅층 및/또는 재료를 포함할 수 있다. 제1 열 배리어 코팅(thermal barrier coating: TBC)층(234)이 베이스 코팅층(232) 상에, 그 제1 TBC층(234)이 형성 후에 코팅 포획 피처(210)(들)를 완전히 덮도록 배치될 수 있다. 제1 TBC층(234)은 1종 이상의 열 전도성 세라믹 재료를 포함할 수 있고, 적용 가능한 경우에 베이스 코팅층(232)에 접합될 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 제1 TBC층(234) 내에 사용하기에 적절한 세라믹 재료는, 예를 들면 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ), 뮬라이트(알루미나와 실리카로 형성된 저밀도 화합물), 알루미나(예를 들면, 1종 이상의 알파상 알루미늄 산화물), 예를 들면 세리아(CeO2)와 같은 다른 세라믹과 조합된 YSZ, 금속-유리 복합재, 및/또는 희토류 지르콘산염 및/또는 희토류 금속 산화물 등의 기타 재료를 포함할 수 있다. 제1 TBC층(234)은 터보기계의 HGP 내에 배치될 윤곽 형성 에어포일 프로파일을 실질적으로 획정할 수 있다. 원하거나 적용 가능한 경우, 제2 TBC층(236)이 또한 제1 TBC층(234) 상에 형성될 수 있고, 이에 의해 본 예에서 표면 코팅(230)이 3개의 층을 포함하게 할 수 있다. 제2 TBC층(236)은 제1 TBC층(234)과 동일한 재료 조성을 가질 수 있거나 상이한 재료 조성을 가져 터보기계 구성 요소(200) 상에 원하는 열전도 프로파일을 제공할 수 있다. 표면 코팅(230)의 각 층(232, 234, 236)이 동일한 재료 조성을 갖거나 상이한 재료 조성을 갖는 것이 가능하다.
냉각 통로(222)(들)의 출구(228)들은 코팅 포획 피처(210)에서 표면 코팅(230) 아래에 배치될 수 있다. 냉각 통로(222)(들)가 냉각 유체 공급원, 예를 들면 바디(202)의 내부(226) 내와 유체 연통할 수 있지만, 냉각 통로(222)(들)는 초기에는 바디(202) 및 코팅 포획 피처(210)의 냉각을 거의 또는 전혀 제공하지 않을 수 있다. 즉, 표면 코팅(230)은 터보기계 구성 요소(200)가 실제 배치될 시에 HGP 섹션(204)으로부터의 실질적으로 모든 열을 흡수하여 열전도할 수 있다. 코팅 포획 피처(210)가 대부분의 경우에 표면 코팅(230)의 열화를 막도록 구성되지만, 여전히 스폴링이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 제1 부재(212)에 대한 제2 부재(214)의 사이즈 및 형상은 임의의 가능한 스폴링을 코팅 포획 피처(210)의 상부에 집중시킬 수 있다. 이 경우, 표면 코팅(230)의 임의의 부분적인 열화 또는 제거도 마찬가지로 냉각 통로(222)(들)로부터의 출구(228)(들) 근처에 집중될 수 있다. 표면 코팅(230)이 열화하여 출구(228)(들)를 드러내는 경우, 냉각 유체는 임시 냉각 솔루션으로서 코팅 포획 피처(210)(들)에 보내질 수 있다. 즉, 표면 코팅(230)이 열화하는 경우, 수리업자 또는 운용자가 터보기계 구성 요소(200) 상의 표면 코팅(230)의 임의의 손실된 부분을 교체할 때까지, 터보기계 구성 요소(200)는 냉각 통로(222)(들) 내의 유체를 이용하여 냉각될 수 있다. 따라서, 냉각 통로(222)(들)의 그러한 2차 냉각 기능은, 스폴링 및/또는 열 보호체의 손실을 겪을 수 있는 종래의 구조에 비해 터보기계 구성 요소(200)가 보다 긴 기간 동안 작동할 수 있게 한다.
이하 도 8을 참조하면, 코팅 포획 피처(210)(들)는 몇몇 경우에 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202)와는 별개로 형성될 수 있고, 이에 따라 중간 재료에 의해 서로 기계적으로 결합될 수 있다. 도시한 바와 같이, 접착 재료(240)가 제1 부재(212)를 바디(202)의 외면(208)에 기계적으로 접합할 수 있다. 접착 재료(240)는 몇몇 경우에, 예를 들면 구성 요소가 터보기계 내에 실제 배치된 후에 소정 기간이 경과한 후 표면 코팅(230)(들)(도 7 참조)으로 다시 코팅되는 경우에 바람직할 수 있다. 접착 재료(240)는 예를 들면 두 금속을 함께 기계적으로 결합할 수 있는 폴리머 재료를 비롯하여 당업계에 공지된 1종 이상의 열전도 접합 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 접착 재료(240)는 2개의 이상의 금속 구성 요소를 서로 결합하는 데에 적합한 용접 접합 및/또는 기타 기계적 결합을 포함할 수 있다. 접착 재료(240)로 바디(202) 상에 추가적 코팅 포획 피처(210)를 장착하는 것은 제조업자 또는 수리업자가 배치 시에 코팅 포획 피처(210)의 개수를 그 원래의 개수로부터 조절할 수 있게 한다.
도 9를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 상이한 배향을 갖는 코팅 포획 피처(210)들이 도시되어 있다. 코팅 포획 피처(210)는 도 4 내지 도 8에서 일례로서 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202)로부터 수직으로 외측으로 배향된 것으로서 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 다를 수도 있다. 예를 들면, 제조업자 또는 수리업자는 코팅 포획 피처(210)(들)의 각도 배향을 조절하여, 코팅 포획 피처(210)(들) 아래에 추가적 코팅 재료를 가두는 대신에 코팅 포획 피처(210)(들) 상에 형성되는 최종 표면 코팅(들)(도 7 참조)의 두께를 감소시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 코팅 포획 피처(210)는 코팅 포획 피처(210)의 중심 축선(C)과 압력측 표면(PS) 또는 흡입측 표면(SS)의 선택된 부분 간의 비수직 각도 θ로 바디(202)로부터 외측으로 연장할 수 있다. 비수직 각도 θ는 바디(202)에 대한 부재(212, 214)들의 각도 배향을 나타낼 수 있고, 또 다른 실시예에서는 코팅 포획 피처(210)의 부재(212, 214) 각각은 바디(202)에 대해 별개의 비수직 각도 θ를 가질 수도 있다.
도 10을 살펴보면, 코팅 포획 피처(210)는 선택적으로는 표면 코팅(230)을 포획하거나 및/또는 냉각 유체를 전달하기 위한 추가적 내부 특징을 포함하도록 구성될 수도 있다. 코팅 포획 피처(210)는 선택적으로는 제1 부재(212) 내에서부터 제2 부재(214)의 최외측 단부까지 연장하는 중공 내부(250)를 포함할 수 있다. 중공 내부(250)는 실질적으로 원통형일 수 있거나, 제1 및 제2 부재(212, 214)와 유사한 프로파일을 가질 수 있다(예를 들면, 제1 부재(212) 내의 실질적으로 피라미드형 내부 섹션 위에 제2 부재(214) 내의 실질적으로 타원체형 내부 섹션). 어느 경우든, 중공 내부(250)는 냉각 통로(222)(들)로부터의 출구(228)(들)와 유체적으로 결합되어, 표면 코팅(230)이 열화 또는 파손되는 경우에 2차 냉각 기능을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 다른 부분에서 언급한 바와 같이, 냉각 유체는 냉각 통로(222)(들)를 통해 중공 내부(250) 내로 전달되어, 바디(202)의 외면(206)에서 저온을 유지할 수 있다. 이러한 대안적인 냉각은 코팅 포획 피처(210)(들) 상의 표면 코팅(230)의 임의의 손실 부분을 교체가 가능할 때까지 계속될 수 있다.
도 7 및 도 11을 참조하면, 본 개시는 코팅 포획 피처(210)의 도움으로 터보기계 구성 요소(200) 상에 표면 코팅(230)을 형성하는 방법을 제공한다. 제1 프로세스(P1)는 하나 이상의 코팅 포획 피처(210)(들)를 그 상에 갖는 터보기계 구성 요소(200)를 형성하는 것을 포함한다. 터보기계 구성 요소(200)와 코팅 포획 피처(210)는 단일 유닛의 일부분으로서 함께 형성될 수 있거나, 별개로 형성되어 접착 재료(240)(도 8 참조)를 이용하거나 종래에 공지된 또는 향후에 개발될 기타 접합 기법에 의해 함께 결합될 수도 있다. 프로세스(P1) 후에는 터보기계 구성 요소(200)는 단열용 표면 코팅(230)을 받아들일 준비가 되었다.
이어서, 그 방법은 터보기계 구성 요소(200) 상에 표면 코팅(230)을 형성하는 프로세스(P2)로 이어질 수 있다. 프로세스(P2)는 복수의 하위 프로세스 P2-1, P2-2, P2-3으로 나눠질 수 있고, 이들은 각각 표면 코팅(230)의 하나의 층에 대응한다. 표면 코팅(230)이 다른 개수의 층(예를 들면, 1개의 층, 2개의 층, 3개보다 많은 층 등)을 포함하는 경우, 프로세스(P2)의 하나 이상의 하위 프로세스는 생략될 수 있거나, 표면 코팅(230)에 추가된 임의의 추가적인 층들을 위해 추가적 하위 프로세스가 추가될 수도 있다. 프로세스(P2-1)에서, 베이스 코팅층(232)이 터보기계 구성 요소(200)의 바디(202) 상에는 물론, 전술한 바와 같은 코팅 포획 피처(210)의 부재(212, 214)와 만입부(216) 내에 형성될 수 있다. 베이스 코팅층(232)은 전술한 바와 같은 금속과 세라믹 재료의 조합을 포함할 수 있다. 베이스 코팅층(232)이 형성된 후, 그 방법은 베이스 코팅층(232) 상에 제1 TBC층(234)을 형성하는 하위 프로세스(P2-2)로 이어질 수 있다. 추가로, 그 방법은 제1 TBC층(234) 상에 제2 TBC층(236)을 형성하는 다른 하위 프로세스(P2-3)를 포함할 수 있다. TBC층(234, 236)들은 전술한 바와 같은 세라믹 재료를 포함할 수 있고, 추가로 다른 재료 조성을 가질 수도 있다. 표면 코팅(230)이 프로세스(P2)에서 터보기계 구성 요소(200) 및 코팅 포획 피처(210) 상에 형성된 후, 그 방법은 끝날 수 있거나("완료"), 선택적으로는 추가적 프로세스로 진행할 수도 있다.
몇몇 경우에, 프로세스(P1, P2)는 터보기계 구성 요소(200)가 터보기계 조립체, 예를 들면 터보기계(2)(도 1참조) 내에 조립되기 전에 실시될 수 있다. 이 경우, 그 방법은 터보기계(2)의 HGP 섹션 내에 터보기계 구성 요소(200)를 설치하는 프로세스(P3)로 이어질 수 있다. 프로세스(P3)는 터보기계(2)의 HGP 섹션(204)과 유체 연통하는 휘일, 로터 및/또는 기타 커플링 구성 요소에 터보기계 구성 요소(200)를 결합하는 것을 수반할 수 있다. 프로세스(P3) 후에는 터보기계 구성 요소(200)는 터보기계(2) 내에서 작동시키고 표면 코팅(230)에 의해 HGP 섹션(204)에서의 고온으로부터 보호될 준비가 되었다. 터보기계 구성 요소(200) 상에 코팅 포획 피처(210)의 존재는 본 명세서에서 다른 부분에서 언급한 바와 같이 저온을 유지하면서 스폴링으로부터 터보기계 구성 요소(200)를 보호할 것이다. 이어서, 그 방법은 터보기계 구성 요소(200)가 터보기계(2)의 HGP 섹션 내에 배치된 후에 끝날 수 있다("완료"). 이어서, 수리업자 또는 제조업자는 그 내에 터보기계 구성 요소(200) 및 코팅 포획 피처(210)를 갖는 터보기계(2)의 작동을 개시하여, 코팅 포획 피처(210) 없이 달성할 수 있는 것보다 큰 단열을 제공할 수 있다.
몇몇 대안적인 실시예에서는 설명한 동작들이 언급한 순서에서 벗어나 이루어질 수 있거나, 예를 들면 수반되는 동작에 의존하여 실제로 실질적으로 동시에 또는 반대의 순서로 실시될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다. 또한 당업자라면 추가적인 프로세스가 추가될 수 있다는 점을 인식할 것이다.
본 명세서에서 이용하는 용어들은 단지 특정 실시예를 설명하고자 하는 것이지, 본 개시를 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 이용하는 바와 같은 단수 형태 및 "상기"와 같은 표현은 문맥에서 달리 명확하게 나타내지 않는다면 복수의 형태도 포함하고자 한 것이다. 또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이란 용어는, 본 명세서에서 사용될 때에, 언급하는 특징, 정수, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재를 상술하는 것이지 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 공정, 요소, 성분 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하진 않는다는 점을 이해할 것이다. "선택적" 또는 "선택적으로"란 표현은 그 이후에 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생하거나 발생하지 않을 수 있고, 그 기재 사항은 이벤트가 발생하는 경우와 발생하지 않는 경우를 포함함을 의미한다.
본 명세서 및 청구 범위에서 사용되는 바와 같은 근사 관련 표현은 관련된 기본적인 기능에 변화를 초래하는 일 없이 허용 가능하게 변할 수 있는 임의의 양적 표현을 수식하는 데에 적용될 수 있다. 따라서, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 표현들에 의해 수식되는 값은 명시한 그 정확한 값에 제한되지 않는다. 적어도 몇몇 예에서, 그러한 근사 관련 표현은 그 값을 측정하는 장비의 정밀도에 상응할 수 있다. 본 명세서 및 청구 범위에 걸쳐, 범위의 한계들은 조합되거나 및/또는 교체될 수 있으며, 그러한 범위는 문맥 또는 표현이 달리 지시하지 않는다면 그에 속하는 모든 하위 범위와 동일시 취급되고 그 하위 범위를 포함할 것이다. 소정 범위의 특정 값에 적용되는 바와 같은 "대략"이란 표현은 양쪽 값 모두에 적용되며, 그 값을 측정하는 장비의 정밀도에 달리 의존하지 않는다면, 그 기재한 값의 +/-10%를 나타낼 수 있다.
아래의 청구 범위의 모든 수단 또는 단계 플러스 기능의 요소들의 대응하는 구조, 재료, 동작 및 그 등가물은 특정하게 청구된 다른 청구된 요소와 조합하여 상기 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 동작을 포함하는 것으로 의도된 것이다. 본 개시 내용의 설명은 예시와 기술의 목적으로 제공되었지만, 완전한 것이거나 개시된 형태의 개시 내용에 한정되는 것으로 의도된 것이 아니다. 당업자에게는 본 개시 내용의 범위 및 취지를 벗어나지 않고 많은 변형 및 변경이 명백할 것이다. 실시예는 본 개시 내용의 원리와 실제 적용을 가장 잘 설명하고 당업계의 통상의 기술자가 다양한 실시예와 생각되는 특정 용도에 적합한 실시예의 변형에 대한 본 개시 내용을 이해할 수 있도록 하기 위해 선택되고 기술된 것이다.
2: 터보기계
4: 압축기
8: 공기
10: 연소기
2: 연료
16: 연소 가스
18: 터빈
20: 로터
24: 외부 부하
100: AM 시스템
102: AM 구성 요소
110: 용융 비임 소스
112: 용융 비임 소스
114: 용융 비임 소스
116: 용융 비임 소스
118: 축조 플랫폼
120: 제어 시스템
122: AM 프린터
124: 프로그램 코드
126: 컴퓨터
130: 메모리
132: 저장 시스템
134: 프로세서 유닛(PU)
136: 입출력 I/O 인터페이스
138: 버스
140: O 디바이스
142: 챔버
164: 도포기
166: 원료
168: 리니어 이송 시스템
170: 레일
172: 레일
174: 리니어 액추에이터
176: 부재
178: 원료 소스
179: 오버플로우 챔버
180: 가스 혼합물
182: 불활성 가스
184: 펌프
186: 밸브 시스템
188: 필터
190: 수직 조절 시스템
200: 터보기계 에어포일
202: 바디
208: 둘레 영역
210: 코팅 포획 피처
212: 제1 부재
214: 제2 부재
216; 만입부
222: 냉각 통로
224: 입구
226: 내부
228: 출구
230: 표면 코팅
232: 베이스 코팅층
234: 제1 TBC층
236: 제2 TBC층
240: 접착 재료
250: 중공 내부
102A: 2개의 AM 구성 요소
102B: 2개의 AM 구성 요소

Claims (15)

  1. 터보기계(2) 구성 요소로서:
    터보기계(2)의 고온 가스 경로(HGP) 섹션 내에 배치되는 외면(208)을 갖는 바디(202); 및
    상기 바디(202)의 외면(208) 상에 장착되고 상기 터보기계(2)의 HGP 섹션(204)과 열적으로 연통하는 코팅 포획 피처(coating-capturing feature)(210)
    를 포함하며, 상기 코팅 포획 피처(210)는,
    상기 바디(202)의 외면(208) 상에 배치되고 상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제1 부재(212);
    상기 제1 부재(212) 상에 배치되고 상기 코팅 포획 피처(210)의 제2 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제2 부재(214)로서, 상기 제1 부재(212)는 상기 제2 부재(214)를 상기 바디(202)의 외면(208)으로부터 분리시키는 것인 제2 부재(214); 및
    상기 제1 부재(212)와 상기 제2 부재(214) 사이에 배치된 만입부(216)
    를 포함하는 것인 터보기계 구성 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210) 내에 형성된 냉각 통로(222)를 더 포함하며, 상기 냉각 통로(222)는 상기 바디(202)의 내부(226)에 유체적으로 결합된 입구(224), 및 상기 제1 부재(212)의 상기 적어도 하나의 외측벽 또는 상기 제2 부재(214)의 상기 적어도 하나의 외측벽을 통해 유체적으로 결합된 출구(228)를 포함하는 것인 터보기계 구성 요소.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210)와 상기 바디(202)는 각각 레이저 소결 금속을 포함하는 것인 터보기계 구성 요소.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바디(202)와 상기 코팅 포획 피처(210) 상에 배치된 표면 코팅(230)을 더 포함하며, 상기 표면 코팅(230)은,
    상기 바디(202)의 외면(208), 상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212)의 적어도 하나의 측벽 및 상기 코팅 포획 피처(210)의 제2 부재(214)의 적어도 하나의 측벽 상에 컨포멀(conformal) 코팅되며, 상기 코팅 포획 피처(210)의 만입부(216) 내에 적어도 부분적으로 배치되는 베이스 코팅층(232);
    상기 베이스 코팅층(213) 상에 배치되는 제1 열 배리어 코팅(TBC)층(234); 및
    상기 제1 TBC층(234) 상에 배치되는 제2 TBC층(236)
    을 포함하는 것인 터보기계 구성 요소.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 코팅층(232), 상기 제1 TBC층(234) 및 상기 제2 TBC층(236)은 각각 상이한 재료 조성을 갖는 것인 터보기계 구성 요소.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210)는 상기 바디(202)의 외면(208)에 대해 비수직 각도로 상기 바디(202)로부터 외측으로 연장하는 것인 터보기계 구성 요소.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바디(202)는 상기 터보기계(2)의 HGP 섹션(204) 내에 배치되는 노즐 또는 회전 블레이드의 일부분을 포함하는 것인 터보기계 구성 요소.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212)는 실질적으로 절두 피라미드 또는 절두 원추형이며, 상기 코팅 포획 피처(210)의 제2 부재(214)는 실질적으로 타원체인 것인 터보기계 구성 요소.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212)와 상기 바디(202)의 외면(208) 사이에 개재된 접착 본드를 더 포함하는 것인 터보기계 구성 요소.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210)는 상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212) 내에서부터 상기 코팅 포획 피처(210)의 제2 부재(214)의 최외측 단부까지 연장하는 중공 내부(250)를 포함하는 것인 터보기계 구성 요소.
  11. 장치로서:
    터보기계(2)의 고온 가스 경로(HGP) 섹션 내에 배치하는 외면(208)을 갖는 터보기계(2) 구성 요소;
    상기 터보기계(2) 구성 요소의 외면(208) 상에 장착되고 상기 터보기계(2)의 HGP 섹션(204)과 열적으로 연통하는 코팅 포획 피처(210); 및
    표면 코팅(230)
    를 포함하며, 상기 코팅 포획 피처(210)는,
    상기 터보기계(2) 구성 요소의 면(208) 상에 배치되고 상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제1 부재(212);
    상기 제1 부재(212) 상에 배치되고 상기 코팅 포획 피처(210)의 제2 둘레를 획정하는 적어도 하나의 외측벽을 갖는 제2 부재(214)로서, 상기 제1 부재(212)는 상기 제2 부재(214)를 상기 터보기계(2) 구성 요소의 외면(208)으로부터 분리시키는 것인 제2 부재(214); 및
    상기 제1 부재(212)와 상기 제2 부재(214) 사이에 배치된 만입부(216)
    를 포함하며, 상기 표면 코팅(230)은,
    상기 터보기계(2) 구성 요소의 외면(208), 상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212)의 적어도 하나의 측벽 및 상기 코팅 포획 피처(210)의 제2 부재(214)의 적어도 하나의 측벽 상에 컨포멀 코팅되며, 상기 코팅 포획 피처(210)의 만입부(216) 내에 적어도 부분적으로 배치되는 베이스 코팅층(232); 및
    상기 베이스 코팅층(232) 상에 배치되는 적어도 하나의 열 배리어 코팅(TBC)층(234, 236)
    을 포함하는 것인 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 베이스 코팅층(232)과 상기 적어도 하나의 TBC층(234, 236)은 각각 상이한 재료 조성을 갖는 것인 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210)는 상기 터보기계(2) 구성 요소의 외면(208)에 대해 비수직 각도로 상기 터보기계(2) 구성 요소로부터 외측으로 연장하는 것인 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 코팅 포획 피처(210)의 제1 부재(212)는 실질적으로 절두 피라미드 또는 절두 원추형이며, 상기 코팅 포획 피처(210)의 제2 부재(214)는 실질적으로 타원체인 것인 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 터보기계(2) 구성 요소와 상기 코팅 포획 피처(210)는 각각 레이저 소결 금속을 포함하는 것인 장치.
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