(57)【要約】【課題】マルチピース部品のハイブリッド構造のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】マルチピース部品（１７０）は、異なる種類の製造プロセス（１２０，１２２，１２４，１２６）により製造された複数のピース（１７２，１７４，１７６）を含み、複数のピース（１７０）は互いに結合されて、マルチピース部品（２２０）を形成するように構成される。複数のピース（１７２）の少なくとも１つは、積層造形法（１２２）によって製造される。マルチピース部品（１７０）はまた、マルチピース部品（１７０）の複数のピース（１７２，１７４，１７６）を共に結合して保持するホルダーアセンブリ（２２２）を含み、ホルダーアセンブリ（２２２）可逆的な機械式結合を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチピース部品（１７０）であって、
異なる種類の製造プロセスによって製造された複数のピースであって、前記複数のピースは、前記マルチピース部品（１７０）を形成するために互いに結合されるように構成され、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、積層造形法によって製造される、複数のピースと、
前記マルチピース部品（１７０）の前記複数のピースを共に結合して保持するホルダーアセンブリ（２２２）と、を含み、前記ホルダーアセンブリ（２２２）は可逆的な機械式結合を含む、マルチピース部品（１７０）。
【請求項２】
前記積層造形プロセスは、バインダージェットプロセス、三次元印刷プロセス、直接金属レーザー溶融プロセス、直接金属レーザー焼結プロセス、または電子ビーム溶融プロセスを含む、請求項１に記載のマルチピース部品（１７０）。
【請求項３】
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、単結晶であるか、または方向性凝固もしくは等軸性であり、鋳造プロセスまたは成形プロセスによって製造される、請求項１に記載のマルチピース部品（１７０）。
【請求項４】
タービン（１６）システムの構成部品である、請求項１に記載のマルチピース部品（１７０）。
【請求項５】
前記構成部品は、翼形形状を有するベーン（１７２）、外側バンドセグメント（５４，１７４）、および内側セグメント（５２，１７６）を含む第１段ノズルセグメント（１７０）である、請求項４に記載のマルチピース部品。
【請求項６】
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属材料で作られ、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属マトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、または金属間材料で作られている、請求項１に記載のマルチピース部品（１７０）。
【請求項７】
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、前記それぞれのピースの壁内に配置された冷却チャネルを含み、前記冷却チャネルの各々は、約０．３ミリメートル〜約３ミリメートルの幅を有する、請求項１に記載のマルチピース部品（１７０）。
【請求項８】
前記複数のピースは、前記複数のピース間の接合面に沿ってアライメント機構（１９４）および／または結合機構（１８８，１９２，１９６，１９８）を介して互いに結合されるように構成され、前記アライメント機構（１９４）および／または結合機構（１８８，１９２，１９６，１９８）は、雄雌嵌合を含む、請求項１に記載のマルチピース部品（１７０）。
【請求項９】
複数の異なる種類の製造プロセスによりマルチピース部品（１７０）の複数のピースを製造するステップであって、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、積層造形プロセスによって製造される、ステップと、
前記複数のピースを共に結合して前記マルチピース部品（１７０）を組み立てるステップと、
前記マルチピース部品（１７０）の前記組み立てられた複数のピースをホルダーアセンブリ（２２２）により共に固定するステップと、を含む方法。
【請求項１０】
前記積層造形プロセスは、バインダージェットプロセス、三次元印刷プロセス、直接金属レーザー溶融プロセス、または直接金属レーザー焼結プロセスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数のピースを製造するステップは、前記複数のピースのうちの少なくとも１つを鋳造によって製造するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記マルチピース部品（１７０）の前記製造された複数のピースを個々にかつ別々に後処理するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属または金属合金で作られ、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属マトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、または金属間材料で作られている、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、前記それぞれのセグメントの壁内のチャネルを含み、前記チャネルの各々は、約０．３ミリメートル〜約３ミリメートルの幅を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記ホルダーアセンブリ（２２２）は、可逆的な機械式結合を含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、一般にガスタービンに関し、より詳細には、ガスタービンシステム用のマルチピース部品（例えば、ノズル）の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成し、高温の燃焼ガスがタービンを通って流れて負荷および／または圧縮機を駆動する。このようなシステムでは、部品（例えば、ノズルセグメント、ブレード、シュラウドなど）の製造は、少なくとも異なる所望の機械的および物理的特性ならびに／または部品の複雑な形状および特徴に起因して複雑であり得る。複数の面で設計ゴールと目標を満足する部品を構成することは難しい場合がある。例えば、ガスタービンシステムの高温ガス経路内で高温にさらされる部品は、単一材料製造プロセスで達成するのが困難な特定の機械的および／または熱的特性を有することが望ましい場合がある。これらの部品はまた、鋳造などの典型的な製造方法を使用して製造することが困難または不可能である微細な（例えば、小型の）冷却機構を含むことができる。さらに、鋳造などの典型的な製造方法を使用して特定の比較的微細な機構を構成することができる場合でさえ、これらのプロセスは、通常、製造時間、高い欠陥率、および低い歩留まりの点で問題がある。
【発明の概要】
【０００３】
最初に請求する本発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は特許請求される発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は本発明の可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本発明は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
【０００４】
一実施形態では、マルチピース部品は、異なる種類の製造プロセスによって製造された複数のピースを含み、複数のピースは、アセンブリを形成するために互いに結合されるように構成される。複数のピースのうちの少なくとも１つは、積層造形法によって製造される。マルチピース部品はまた、マルチピース部品の複数のピースを共に結合して保持するホルダーアセンブリと、を含み、ホルダーアセンブリは可逆的な機械式結合を含む。
【０００５】
別の実施形態では、マルチピースタービン部品は、積層造形プロセスによって製造された第１のピースと、鋳造プロセスによって製造された第２のピースおよび第３のピースと、を含む。マルチピースタービン部品は、第１のセグメントと第２のセグメントとの間の第１の接合面上の、および第１のセグメントと第３のセグメントとの間の第２の接合面上のアライメント機構を含み、第１のセグメントは第１の接合面で第２のセグメントに結合され、第１のセグメントは第２の接合面で第３のセグメントに結合される。マルチピースタービン部品はまた、マルチピースタービン部品の第１のピース、第２のセグメント、および第３のセグメントを貫通して延在し、結合するホルダーアセンブリを含む。
【０００６】
別の実施形態では、方法は、複数の異なる種類の製造プロセスによりマルチピース部品の複数のピースを製造するステップを含む。複数のピースのうちの少なくとも１つは、積層造形プロセスによって製造される。本方法は、複数のピースを共に結合してマルチピース部品を組み立てるステップを含む。本方法はまた、マルチピース部品の組み立てられた複数のピースをホルダーアセンブリにより共に固定するステップを含む。
【０００７】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。図面を通じて、同様の符号は、同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態によるガスタービンシステムのブロック図である。
【図２】本開示の実施形態による、図１のガスタービンシステムの一部の部分側面断面図である。
【図３】本開示の実施形態による、マルチピースハイブリッド製造プロセスにより図１のガスタービンシステムのマルチピース部品を製造するためのプロセスを示すフローチャートである。
【図４】本開示の実施形態による、図３のマルチピースハイブリッド製造プロセスにより製造することができるマルチピース部品、すなわち図１のガスタービンシステムの第１段ノズルセグメントの斜視図である。
【図５】本開示の実施形態による、図４のノズルセグメントの一部の線５−５に沿った断面図である。
【図６】本開示の実施形態による、図４のノズルセグメントの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の１つまたは複数の特定の実施形態が、以下に説明されることになる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施の全ての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるような、任意のこのような実際の実装の開発においては、例えば、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守のような開発者の特定の目標を達成するために、別の実装によって異なる可能性がある多くの実装の詳細が決定される必要があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、単数の表現「１つの（ａ、ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は１つまたは複数の要素があることを意味するものである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。
【００１１】
上述のように、複雑な部品の製造、特に多数の物理的および機械的な目標特性を有する複雑な部品のための改善されたアプローチが現在必要とされている。従来、これらの部品は、単一の（例えば、全て一度の）製造方法を用いて製造されている。例えば、特定のタービン部品は、現在、鋳造プロセスを使用して製造されており、通常、金属または合金である単一の材料が溶融状態で鋳型内に導入され、続いて凝固して鋳型の形状をとる。しかし、そのようなモノリシックな製造技術は、材料の選択、製造プロセスの自由度、および／または微細な機構を実現する能力に関して様々な制限を導入する可能性がある。
【００１２】
これを念頭に置いて、本実施形態は、異なるプロセス（例えば、鋳造、成形、および積層造形法など）による、および／または複数の材料（セラミックス、金属、合金、複合材料など）を使用した部品（例えば、ターボ機械部品）のマルチピースハイブリッド製造に関する。例えば、以下で詳細に説明するように、中心ベーンピース（例えば、翼形部）および２つの端壁ピース（例えば、外側バンドセグメントおよび内側バンドセグメント）を含むマルチピースの第１段ノズルセグメントは、部品の個々のピースを最初に製造し、次いでそれらを組み立てることによって構築することができる。したがって、第１段ノズルセグメントの各ピースは、異なる製造方法を使用して、および／またはそれぞれのピースにより適した異なる材料を使用して、別々に製造することができる。例えば、端壁は鋳造により製造することができ、ベーンは、翼形部の壁内の小さな冷却チャネルなどの微細な機構を製造するのにより適した積層造形プロセス（例えば、直接金属溶融、直接金属焼結、結合剤噴射など）によって製造することができる。次いで、個々のピース（例えば、ベーンおよび端壁）を一緒に組み立てて部品（例えば、第１段ノズルセグメント）を形成する。さらに、部品は複数のピースにより組み立てられているので、各ピースは別々に後処理（例えば、熱処理、表面処理、表面コーティングなどによる）し、別々に機械加工し（例えば、他の機構の中に冷却孔を作るため）、別々に検査し、および／または修理もしくは交換することができる。このように、本実施形態は、異なるプロセスおよび／または複数の材料を使用して高度な設計を可能にするために、製造プロセスに対してより大きな自由度（例えば、わずかな制約）を可能にする。
【００１３】
図１は、ガスタービンシステム１０の実施形態のブロック図であり、システム１０の特定の部分内の冷却を改善するための機構（例えば、冷却チャネル、冷却孔、インピンジメントスリーブ、フローガイドなどの冷却機構）を含むことができる。理解されるように、本明細書に記載のシステムおよび方法は、ガスタービンシステムおよび蒸気タービンシステムなどの任意のタービンシステムで使用することができ、特定の機械またはシステムに限定されることを意図していない。図示するように、システム１０は、圧縮機１２、タービン燃焼器１４、およびタービン１６を含み、タービン１６は、１つまたは複数の別々の段１８を含むことができる。システム１０は、液体燃料および／または天然ガスもしくは合成ガスなどの気体燃料２２を受け取るように構成された１つまたは複数の燃料ノズル２０を含む１つまたは複数の燃焼器１４を含むことができる。
【００１４】
タービン燃焼器１４は、燃料空気混合物を点火して燃焼させた後、高温加圧燃焼ガス２４（例えば、排気）をタービン１６に送る。タービンブレードはシャフト２６に結合され、シャフト２６はまたガスタービンシステム１０の全体にわたっていくつかの他の構成要素に結合される。燃焼ガス２４がタービン１６内のタービンブレードを通過する際に、タービン１６が回転するように駆動されて、シャフト２６を回転させる。最終的に、燃焼ガス２４は、排気口２８を介してガスタービンシステム１０から出る。さらに、シャフト２６を負荷３０に結合することができ、負荷３０はシャフト２６の回転によって駆動される。例えば、負荷３０は、発電機や飛行機のプロペラなど、ガスタービンシステム１０の回転出力を介して動力を生成することができる任意の適切なデバイスであってもよい。
【００１５】
圧縮機ブレードは、圧縮機１２の部品として含まれてもよい。圧縮機１２内のブレードは、シャフト２６に結合され、上述したように、シャフト２６がタービン１６によって回転されるにつれて回転する。吸気口３２は空気３４を圧縮機１２に送り、圧縮機１２内のブレードの回転が空気３４を圧縮して加圧空気３６を発生させる。それから加圧空気３６は、タービン燃焼器１４の燃料ノズル２０内に供給される。燃料ノズル２０は、加圧空気３６と燃料２２とを混合して、燃焼のための適切な混合比を生成する。
【００１６】
図２は、ガスタービンシステム１０の実施形態の部分断面側面図である。図示するように、ガスタービンシステム１０は、長手方向軸または長手方向３８、半径方向軸または半径方向４０、および円周方向軸または円周方向４２を参照して説明することができる。高温燃焼ガス２４は、燃焼器１４（図１）から、図２の矢印４４で示すように、長手方向軸３８にほぼ沿った方向にタービン１６内に流れることができる。タービン１６の各段１８は、シャフト２６に回転可能に取り付けられ得るロータホイールに結合された一組のブレード４６を含む。タービン１６は、各段１８内にタービンノズルセグメント４８を含み、タービンノズルセグメント４８は、高温燃焼ガス２４を、それぞれの段１８の一組のブレード４６に向けて導く。本明細書に記載のタービンノズルセグメント４８は、第１段、第２段、第３段、またはそれらの組み合わせで使用することができ、ここで「第１段」は燃焼器１４のすぐ下流の段を指す。理解されるように、「下流」という用語は、一般に、矢印４４で示すように、長手方向軸３８に沿ったタービン１６を通る燃焼ガス２４の方向を指す。同様に、「上流」という用語は、一般に、長手方向軸３８に沿った反対方向（例えば、圧縮機１２に向かう）を指す。
【００１７】
各ノズルセグメント４８は、バンドセグメント５２と５４（例えば、内側バンドセグメントと外側バンドセグメント）との間で半径方向４０に延在する、円周方向に離間したベーン５０（例えば、各々が翼形部を画定する）を含むことができる。隣接するバンドセグメント５４（例えば、外側バンドセグメント）は、共に結合して、隣接するバンドセグメント５２の内側環状リングの周りに延在する外側環状リング（例えば内側バンドセグメント）を形成することができる。ベーン５０は、バンドセグメント５２、５４（例えば、内側バンドセグメントおよび外側バンドセグメント）によって形成される２つの環状リングの間に延在することができる。ガスタービンシステム１０はまた、シュラウドセグメント５６を含むことができ、シュラウドセグメント５６は、バンドセグメント５４（例えば、外側バンドセグメント）の下流に配置されて、ベーン５０を通過して流れる高温燃焼ガス２４をブレード４６に導くことができる。高温ガス（例えば、燃焼ガス２４）の流路に沿って配置された構造体または構成要素は、被加熱構造体または被加熱構成要素と呼ぶことができる。一例では、被加熱構造体は、タービンノズルセグメント４８のブレード４６および他の部品（例えば、ベーン５０）であってもよい。いくつかの実施形態では、被加熱構造体（例えばベーン５０）を冷却するために、破線７８で示すように、インピンジメントスリーブ、冷却チャネル、冷却孔などの冷却機構を被加熱構造体内に配置することができる。例えば、矢印７９で示す冷却空気を圧縮機１２からまたは他の場所から導いて、矢印８１で示すように冷却機構を通して導くことができる。
【００１８】
本実施形態は、異なるプロセス（例えば、鋳造、成形、および積層造形法など）および／または複数の材料（例えば、セラミック、金属、合金、複合材料など）による部品のマルチピースハイブリッド製造に関する。開示されたマルチピースハイブリッド製造プロセスは、ガスタービンシステム１０の任意の適切な部品またはセグメントを製造するために使用することができることが理解されよう。非限定的な例として、マルチピースハイブリッド製造プロセスは、上述され、以下でより詳細に説明するように、第１段ノズルセグメントを製造するために使用することができる。開示されたマルチピースハイブリッド製造プロセスはまた、任意の好適なマルチピース部品（例えば、自動車産業、航空産業、医療産業、ガスおよび鉱業、スポーツ用品、ツールおよび機器などに使用される部品）を製造するために使用することができる。
【００１９】
図３は、本技術の実施形態による、マルチピース部品を製造するためのマルチピースハイブリッド製造プロセス１００の一例を示すフローチャートである。図示する実施形態では、プロセス１００は、一般に、部品のピースを製造するステップ（ブロック１０２）と、部品のピースを後処理するステップ（ブロック１０４）と、その後に部品のピースを組み立てるステップ（ブロック１０６）と、を含む。特定の実施形態では、製造中に遭遇する問題に応じて、プロセス１００は、部品のピースを分解するステップ（ブロック１０８）、部品の１つもしくは複数のピースを後処理するステップ（ブロック１０４）または修理するステップ（１１０）、ならびに部品のピースを再組み立てするステップ（ブロック１０６）を含むことができる。
【００２０】
図示するように、部品のピースの製造（ブロック１０２）は、複数の個別の製造または製造技術を含むことができる。例えば、特定の実施形態では、製造技術は、鋳造によりピースを製造するステップ（ブロック１２０）、積層造形法によりピースを製造するステップ（ブロック１２２）、成形によりピースを製造するステップ（ブロック１２４）、および／または他の適切な方法もしくはプロセスによりピースを製造するステップ（ブロック１２６）を含むことができる。部品（例えば、最終的な組み立てられた製品）は、一般に、後で組み立てられる複数のピースまたはセグメントを含むことが理解されよう。異なる製造プロセスを使用することができるので、ピースを異なる材料で作ることができ、従来の製造技術を用いては不可能な材料（例えば、種々の合金、金属およびセラミック）の組み合わせを有するマルチピース部品が得られる。これらのピースは、互いに複雑に変化する異なる形状または特徴を有していてもよく、また、本技術は、部品の複雑なピースのためのより微細な分解能の製造技術（例えば、積層造形法）の使用を可能にし、一方、あまり複雑でない幾何学的形状を有する部品のピースについては、より速くおよび／またはより低いコストの製造技術を用いることができる。したがって、部品の様々なピースは、各ピースの所望の特性および複雑さに応じて、列挙された製造プロセス（例えば、プロセス１２０、１２２、１２４、および１２６）から選択された適切なプロセスにより製造することができる。
【００２１】
ブロック１２０によって表される製造プロセスは、鋳造に適した材料（例えば、金属または金属合金）から部品のピースを形成することができる任意の適切な鋳造プロセスを含むことができる。例えば、特定の実施形態では、製造プロセス１２０は、遠心鋳造、ダイカスト、ガラス鋳造、インベストメント鋳造、ロストフォーム鋳造、ロストワックス鋳造、永久鋳型鋳造、高速鋳造、砂型鋳造、スリップ鋳造などの様々な鋳造プロセスを含むことができる。特定の実施形態では、金属または合金を、溶融形態（例えば、液体として）または金属粒子を含むスラリーとして鋳型に導入することができる。後者の場合には、金属粒子をその後焼結して鋳型内の部品のピースを凝固させ、鋳型を取り除いて部品のピースを得ることができる。特定の実施形態では、鋳造プロセスを用いて単結晶部品を形成することができる。特定の実施形態では、鋳造された部品は、方向性凝固または等軸性であってもよい。
【００２２】
ブロック１２２によって表される製造プロセスは、金属、ポリマー、セラミック、またはそれらの組み合わせなどの、積層造形法に適した材料から部品のピースを形成することができる任意の適切な積層造形プロセスを含むことができる。製造プロセス１２２は、材料噴射、バインダー噴射またはバインダー噴射プロセス、材料押出、パウダーベッド融着、シートラミネーション、指向性エネルギー堆積、三次元（３Ｄ）印刷、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）、電子ビーム溶融プロセスなどの様々な積層造形プロセスを含むことができる。
【００２３】
ブロック１２２によって表される積層造形プロセスは、他の方法で製作することが困難または不可能であり得る微細な機構（例えば、冷却チャネル、冷却孔、フローガイドなどの小さいおよび／または複雑な機構）を含む部品のピースを製造するために使用できることが理解できる。加えて、多種多様な材料を積層造形法で使用することができるので、これにより、部品を構成するための材料の選択肢がより自由になる。例えば、特定の実施形態では、ＤＭＬＭおよびＤＭＬＳを使用して、金属または金属合金で製造されるのにより適した部品のピースを製造することができる。さらなる実施例では、特定の実施形態では、バインダー噴射プロセスを使用して、ニッケルおよびコバルト基超合金などの高強度材料および／または分散強化材料で作製するのにより適したピースを製造することができる。特定の実施形態では、これらの材料は、アルミナイド（例えば、ニッケルアルミナイド、チタンアルミナイド）、シリサイド（例えば、チタンシリサイド、ニオブシリサイド）、金属マトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、炭化ケイ素、窒化ホウ素、繊維、ナノチューブなどの強化材料を有するセラミックマトリックスなどの、セラミックおよび／または金属間材料を含むことができる。
【００２４】
ブロック１２４によって示される製造プロセスは、部品のピースを成形に適した材料から形成することができる任意の適切な成形プロセスを含むことができる。例えば、特定の実施形態では、製造プロセス１２４は、ブロー成形、圧縮成形、押出成形、射出成形、熱成形などの様々な成形プロセスを含むことができる。製造プロセス１２６は、部品のピースを製造するために使用することができる、上に列挙されていない他の適切なプロセス（例えば、フライス加工、スタンピング）を含んでもよい。このように、部品の各ピースは、所望の材料特性（例えば、機械的特性、熱的特性、電気的特性など）、幾何学的形状、サイズ、寸法、形状、コスト、製造効率、製造速度などを含むがこれらに限定されない要因を考慮して、適切なプロセスにより別々に製造することができる。
【００２５】
ブロック１０２でピースの製造が完了すると、部品を組み立てる前に、ピースの一部または全部に１つまたは複数の後処理ステップ１０４を施すことができる。あるいは、特定の実施形態では、後処理１０４を省略することができる。特定の実施形態では、後処理１０４は、ピースを熱処理するステップ（ブロック１４０）、ピースを修正するためにピースを機械加工するステップ（ブロック１４２）、ピースに１つもしくは複数の表面コーティングを適用するステップ（ブロック１４４）、および／またはピースを検査するステップ（ブロック１４６）を含むことができる。個々のピースを後処理する自由は、多くの利点をもたらす。例えば、異なる後処理および／または検査は、そのような処理および／または検査が必要でなくてもよいピースからの介入または複雑さなしに、目標のピースに効率的に適用することができる。さらに、部品の他のピースに影響を及ぼすことなく、あるいは全体的な部品の歩留まりに影響を及ぼすことなく、識別された任意の欠陥に対処することができ、あるいは部品のピースを欠陥のないピースに交換することができる。
【００２６】
ブロック１０４で部品のピースの後処理が完了すると、図６に関して以下でより詳細に説明するように、ピースを組み立てて（ブロック１０６）部品を形成することができる。ブロック１０６のアセンブリは、部品を形成するピースを取り外し可能に結合（例えば、機械的に結合）および／または固定的に結合（例えば、溶接またはろう付け）する１つまたは複数のステップを含むことができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、マルチピース部品を製造するための図示されたプロセス１００は、例えば、使用中または設置中に損傷または摩耗した部品、または製造中に損傷を受けた部品を修理または再製造するためのステップを含むこともできる。例えば、特定の実施形態では、プロセス１００は、部品のピースを分解するステップ（ブロック１０８）、ピースを修理するステップ（ブロック１１０）、続いて部品の再組み立てを行うステップ（ブロック１０６）を含む。例えば、部品のピースが損傷しているまたは欠陥があると判断されると、部品の個々のピースを分解して、特定のピースの修理または交換のために容易にアクセスできるようにすることができる。修理または交換が完了すると、ピースを再組み立て（例えば、プロセス１０６）して、部品を形成することができる。いくつかの実施形態では、部品のピースが整備の対象であると判断されると、部品のピースを分解し（ブロック１０８）、ブロック１１０に記載した修理に加えてまたはその代わりに、１つまたは複数のピースに後処理１０４（例えば、熱処理、機械加工、表面コーティング、および／または検査）を行うことができる。後処理１０４および／または修理１１０が完了すると、ピースを再組み立てして（例えば、プロセス１０６）部品を形成することができる。
【００２８】
非限定的な例として、図４は、上述したマルチピースハイブリッド製造プロセス（例えば、プロセス１００）を使用して製造することができる部品１７０の一例を示す。図４は、第１のピース１７２、第２のピース１７４、および第３のピース１７６を含む部品１７０の一例の斜視図を示す。図示する実施形態では、部品１７０は、ベーン１７２、端壁１７４（例えば、図２の外側バンドセグメント５４に対応する）、および端壁１７６（例えば、図２の内側バンドセグメント５２に対応する）を含むノズルセグメント１７０（例えば、第１段ノズル）である。ベーン１７２は、一般に、第１の端部１７８と第２の端部１８０との間、および前縁１８２と後縁１８４との間に延在する翼形形状を有する。ベーン１７２は、図６で説明するように、端壁１７４と１７６との間に結合されてノズルセグメント１７０を形成するように構成される。
【００２９】
端壁１７４は、第１の側面１８６と第２の側面１８７との間に延在する１つまたは複数の開口部１７５、ならびに第１の側面１８６に配置された結合機構１８８（例えば、雌コネクタまたは開口部）を含むことができる。端壁１７６は、第１の側面１９０と第２の側面１９１との間に延在する１つまたは複数の開口部１７７、ならびに第１の側面１９０に配置された結合機構１９２を含むことができる。結合機構１８８、１９２は、ベーン１７２の第１の端部１７８および第２の端部１８０にそれぞれ配置された対応する機構（例えば、アライメント機構１９４）と接合するように構成することができる。例えば、特定の実施形態では、結合機構１８８、１９２は、スナップ嵌合機構、摩擦嵌合機構、締めしろ嵌合機構、形態嵌合機構を含むことができるが、これらに限定されない。例えば、特定の実施形態では、結合機構１８８、１９２は、それぞれ、第１の側面１８６、１９０に対して隆起部分を含み、隆起部分は、それぞれの第１の端部１７８およびそれぞれの第２の端部１８０の周辺部または輪郭に一致する周辺部または輪郭をそれぞれ有することができる。例えば、特定の実施形態では、これらの周辺部または輪郭は、翼形、涙滴、または耳の形状を有する。
【００３０】
上述したように、図示したベーン１７２は、組み立て中に結合機構１８６、１９０に対応してそれらに挿入される、第１の端部１７８および第２の端部１８０のアライメント機構１９４（例えば、雄コネクタまたはピラー）を含む。例えば、図示するように、アライメント機構１９４は、１つまたは複数の突起を含むことができ、結合機構１８８、１９０（例えば、隆起部分に配置される）上に配置された結合機構１９６、１９８は、突起（例えば、アライメント機構１９４）を受け入れるように構成された１つまたは複数の凹部を含むことができる。このように、これらのアライメント機構１９４および結合機構１９６、１９８は、ベーン１７２と端壁１７４、１７６との間のアライメントおよび／または結合を助けることができる。他の実施形態では、アライメント機構１９４および結合機構１９６、１９８は、他の適切な機構を含むことができることが理解されよう。
【００３１】
ベーン１７２は、冷却チャネル２００などの１つまたは複数の冷却機構を含むことができる。図示する実施形態では、冷却チャネル２００は、前縁１８２と後縁１８４との間のベーン１７２の壁またはシェル２０２内に延在することができる。例えば、図５は、線５−５に沿った図４のベーン１７２の断面図を示す。このように、図５は、冷却チャネル２００を、壁２０２内に互いに距離または間隔２０４をもって配置することができることを示している。間隔２０４は一定であってもよいし、各対または隣接する冷却チャネル２００の間で変化してもよい。冷却チャネル２００はそれぞれ、特徴サイズ２０６（例えば、幅、直径）を有することができる。いくつかの実施形態では、特徴サイズ２０６は、約０．３ミリメートル〜約３ミリメートルであってもよい。特徴サイズ２０６は、一定であってもよいし、冷却チャネル２００ごとに異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、ベーン１７２は、微細な寸法および／または複雑な形状を有することができる、他の冷却機構および／または流れ誘導機構を含むことができる。
【００３２】
少なくとも冷却チャネル２００の微細な寸法および／または分布に起因して、ベーン１７２を製造するために特定のプロセスを用いることがより適切であり得ることが理解されよう。例えば、鋳造（ブロック１２０）によってこれらの冷却チャネル２００を製造することは困難であり、積層造形プロセス（ブロック１２２）によってこれらの冷却チャネル２００を製造する方が容易またはより適切である場合がある。さらに、ノズルセグメント１７０を高温ガス経路に沿って配置することがあり得るので、ノズルセグメント１７０の少なくとも一部は、セラミックおよび／または金属間材料（アルミナイド、シリサイド、金属マトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、補強材料を有するセラミックマトリックスなど）などの高い機械的強度の材料で作られることが望ましい場合がある。そのようなものとして、特定の実施形態では、ノズルセグメント１７０のベーン１７２は、様々な材料選択を可能にするためにバインダー噴射プロセスによって製造することができる。いくつかの実施形態では、端壁１７４および端壁１７６は、鋳造（例えば、プロセス１２０）によって製造することができる。いくつかの実施形態では、端壁１７４、１７６は、ベーン１７２を製造するために使用されるものとは異なる材料を使用して製造することができる。例えば、特定の実施形態では、端壁１７４、１７６は、金属または金属合金で作られてもよく、ベーン１７２は、セラミックおよび／または金属間材料で作られてもよい。このように、ノズルセグメント１７０は、異なる個々のピースについて異なるプロセスにより、および／または異なる材料により製造されてもよい。
【００３３】
図６は、図４に示すようなベーン１７２および端壁１７４、１７６ならびに組み立てられたノズルセグメント１７０を共に保持するホルダーアセンブリ２２２を含む例示的なノズルセグメント２２０の分解図を示す。図示する実施形態では、ホルダーアセンブリ２２２は、貫通ボルト２２４、第１のナット２２６、第２のナット２２８、第１のクロスメンバ２３０、および第２のクロスメンバ２３２を含む機械式結合を含む。図示する端壁１７４は、第２の側面１８７上に空間またはキャビティ２３４を含み、クロスメンバ２３０は、（例えば、雄雌嵌合、形態嵌合などにより）空間２３４に受け入れられるようなサイズである。例えば、クロスメンバ２３０は、厚さ２３６、第１の側面２３８、および第２の側面２４０を有する板状の形状を有することができる。いくつかの実施形態では、厚さ２３６は、空間２３４の深さ２４２よりも小さくすることができ、クロスメンバ２３０の形状または寸法は、クロスメンバ２３０が、空間２３４内に嵌合し、端壁１７４の１つまたは複数の開口部１７５を完全に覆うことができるようになっている。いくつかの実施形態では、第１の側面２３８は、端壁１７４の第２の側面１８７上の機構との嵌合を形成するか、または雄雌結合を形成することができる機構を含むことができる。
【００３４】
同様に、端壁１７６は、第２の側面１９１上に空間またはキャビティ２５０を含むことができ、クロスメンバ２３２は、空間２５０に受け入れられる（例えば、雄雌嵌合、形態嵌合などにより）ように構成することができる。例えば、クロスメンバ２３２は、厚さ２５２、第１の側面２５４、および第２の側面２５６を有することができる。いくつかの実施形態では、厚さ２５２は、空間２５０の深さ２５８よりも小さくすることができ、クロスメンバ２３２の形状または寸法は、クロスメンバ２３２が、空間２５０内に嵌合し、端壁１７６の１つまたは複数の開口部１７７を完全に覆うことができるようになっている。いくつかの実施形態では、第１の側面２５４は、バンドセグメント１７６の第２の結合側面１９１の機構との嵌合を形成するか、または雄雌嵌合を形成する機構を含むことができる。
【００３５】
さらに、クロスメンバ２３０およびクロスメンバ２３２は各々、それぞれの第１の側面と第２の側面との間に延在する開口部または孔２６０を有する。ベーン１７４および端壁１７４、１７６が互いに結合されると、孔２６０が１つまたは複数の開口部１７５、１７７の少なくとも１つとアライメントされ、貫通ボルト２２４が、保持機構２２６（例えば、ナット２２６）を通り、クロスメンバ２３０上の孔２６０を通り、ベーン１７２の１つまたは複数の開口部１７５、１７７を通り、クロスメンバ２３２上の孔２６０を通り、別の保持機構（例えば、ナット２２８）を通って、軸２６２（例えば、半径方向軸２６２）に沿って延在することができる。貫通ボルト２２４および保持機構２２６、２２８は、ベーン１７２と端壁１７４、１７６との間の結合を固定するように締め付けられてもよい。いくつかの実施形態では、ホルダーアセンブリ２２２は、任意の数の貫通ボルトおよび任意の数の保持機構を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ホルダーアセンブリ２２２は、任意の数のクロスメンバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ホルダーアセンブリ２２２は、ナットおよびボルト（例えば、フランジ結合、溝結合など）を使用する任意の他の機械式結合を含んでもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、例えば、マルチピース部品の組立後処理中に、組み立てられるノズルセグメント２２０の１つまたは複数の要素間の接合部をろう付けしてもよい。例えば、クロスメンバ２３０と端壁１７４との間に（例えば、第１の側面２３８の円周に沿って）形成される接合部、および／またはクロスメンバ２３２と端壁１７６との間に（例えば、第１の側面２５４の円周に沿って）形成される接合部は、ガス漏れ（例えば、１つまたは複数の開口部１７５、１７７内への）を実質的に低減または排除するためにろう付けしてもよい。さらなる例として、締め付けられた貫通ボルト２２４とナット２２６、２２８との間に形成された接合部をろう付けして、ガス漏れを実質的に低減または排除することができる。
【００３７】
この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意の装置またはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
［実施態様１］
マルチピース部品（１７０）であって、
異なる種類の製造プロセスによって製造された複数のピースであって、前記複数のピースは、アセンブリを形成するために互いに結合されるように構成され、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、積層造形法によって製造される、複数のピースと、
前記マルチピース部品（１７０）の前記複数のピースを共に結合して保持するホルダーアセンブリ（２２２）と、を含み、前記ホルダーアセンブリ（２２２）は可逆的な機械式結合を含む、マルチピース部品（１７０）。
［実施態様２］
前記積層造形プロセスは、バインダージェットプロセス、三次元印刷プロセス、直接金属レーザー溶融プロセス、直接金属レーザー焼結プロセス、または電子ビーム溶融プロセスを含む、実施態様１に記載のマルチピース部品（１７０）。
［実施態様３］
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、単結晶であるか、または方向性凝固もしくは等軸性であり、鋳造プロセスまたは成形プロセスによって製造される、実施態様１に記載のマルチピース部品（１７０）。
［実施態様４］
前記アセンブリは、タービン（１６）システムの構成部品である、実施態様１に記載のマルチピース部品（１７０）。
［実施態様５］
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属材料で作られ、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属マトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、または金属間材料で作られている、実施態様１に記載のマルチピース部品（１７０）。
［実施態様６］
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、前記それぞれのピースの壁内に配置された冷却チャネルを含み、前記冷却チャネルの各々は、約０．３ミリメートル〜約３ミリメートルの幅を有する、実施態様１に記載のマルチピース部品（１７０）。
［実施態様７］
前記複数のピースは、前記複数のピース間の接合面に沿ってアライメント機構（１９４）および／または結合機構（１８８，１９２，１９６，１９８）を介して互いに結合されるように構成され、前記アライメント機構（１９４）および／または結合機構（１８８，１９２，１９６，１９８）は、雄雌嵌合を含む、実施態様１に記載のマルチピース部品（１７０）。
［実施態様８］
マルチピースタービン部品（１７０）であって、
積層造形プロセスにより製造された第１のピース（１７２）と、
鋳造プロセスにより製造された第２のピース（１７４）および第３のピース（１７６）と、
第１のセグメントと第２のセグメントとの間の第１の接合面上の、および前記第１のセグメントと第３のセグメントとの間の第２の接合面上のアライメント機構（１９４）であって、前記第１のセグメントは前記第１の接合面で前記第２のセグメントに結合され、前記第１のセグメントは前記第２の接合面で前記第３のセグメントに結合される、アライメント機構（１９４）と、
前記マルチピースタービン部品（１７０）の前記第１のピース（１７２）、前記第２のセグメント、および前記第３のセグメントを貫通して延在し、結合するホルダーアセンブリ（２２２）と、を含むマルチピースタービン部品（１７０）。
［実施態様９］
前記マルチピースタービン部品（１７０）は第１段ノズルセグメント（２２０）であり、前記第１のセグメントは翼形形状を有するベーン（５０）であり、前記第２のセグメントは外側バンドセグメントであり、前記第３のセグメントは内側セグメントである、実施態様８に記載のマルチピースタービン部品（１７０）。
［実施態様１０］
前記ホルダーアライメント機構（１９４）は、雄雌嵌合を形成する突起および凹部を含む、実施態様８に記載のマルチピースタービン部品（１７０）。
［実施態様１１］
前記ホルダーアセンブリ（２２２）は、可逆的な機械式結合を含む、実施態様８に記載のマルチピースタービン部品（１７０）。
［実施態様１２］
前記第１の部品は、前記第１の部品内に冷却チャネルを含む、実施態様８に記載のマルチピースタービン部品（１７０）。
［実施態様１３］
前記第１のセグメントは、前記第２のセグメントおよび前記第３のセグメントとは材料的に異なる材料で作られている、実施態様８に記載のマルチピースタービン部品（１７０）。
［実施態様１４］
複数の異なる種類の製造プロセスによりマルチピース部品（１７０）の複数のピースを製造するステップであって、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、積層造形プロセスによって製造される、ステップと、
前記複数のピースを共に結合して前記マルチピース部品（１７０）を組み立てるステップと、
前記マルチピース部品（１７０）の前記組み立てられた複数のピースをホルダーアセンブリ（２２２）により共に固定するステップと、を含む方法。
［実施態様１５］
前記積層造形プロセスは、バインダージェットプロセス、三次元印刷プロセス、直接金属レーザー溶融プロセス、または直接金属レーザー焼結プロセスを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１６］
複数のピースを製造するステップは、前記複数のピースのうちの少なくとも１つを鋳造によって製造するステップを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１７］
前記マルチピース部品（１７０）の前記製造された複数のピースを個々にかつ別々に後処理するステップを含む、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１８］
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属または金属合金で作られ、前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、金属マトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、または金属間材料で作られている、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１９］
前記複数のピースのうちの少なくとも１つは、前記それぞれのセグメントの壁内のチャネルを含み、前記チャネルの各々は、約０．３ミリメートル〜約３ミリメートルの幅を有する、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様２０］
前記ホルダーアセンブリ（２２２）は、可逆的な機械式結合を含む、実施態様１４に記載の方法。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  タービン燃焼器
１６  タービン
１８  別々の段
２０  燃料ノズル
２２  気体燃料
２４  燃焼ガス
２６  シャフト
２８  排気口
３０  負荷
３２  吸気口
３４  空気
３６  加圧空気
３８  長手方向軸または方向
４０  半径方向軸または方向
４２  円周方向軸または方向
４４  矢印
４６  ブレード
４８  タービンノズルセグメント
５０  ベーン
５２  バンドセグメント（内側バンドセグメント）
５４  バンドセグメント（外側バンドセグメント）
５６  シュラウドセグメント
７８  破線
７９  矢印
８１  矢印
１００  マルチピースハイブリッド製造プロセス
１０２  ブロック
１０４  ブロック
１０６  ブロック
１０８  ブロック
１１０  ブロック
１２０  ブロック
１２２  ブロック
１２４  ブロック
１２６  ブロック
１４０  ブロック
１４２  ブロック
１４４  ブロック
１４６  ブロック
１７０  部品
１７２  第１のピース
１７４  第２のピース
１７５  開口部
１７６  第３のピース
１７７  開口部
１７８  第１の端部
１８０  第２の端部
１８２  前縁
１８４  後縁
１８６  第１の側面
１８７  第２の側面
１８８  結合機構
１９０  第１の側面
１９１  第２の側面
１９２  結合機構
１９４  アライメント機構
１９６  結合機構
１９８  結合機構
２００  冷却チャネル
２０２  シェル
２０４  間隔
２０６  特徴サイズ
２２０  ノズルセグメント
２２２  ホルダーアセンブリ
２２４  貫通ボルト
２２６  第１のナット
２２８  第２のナット
２３０  第１のクロスメンバ
２３２  第２のクロスメンバ
２３４  キャビティ
２３６  厚さ
２３８  第１の側面
２４０  第２の側面
２４２  深さ
２５０  キャビティ
２５２  厚さ
２５４  第１の側面
２５６  第２の側面
２５８  深さ
２６０  孔
２６２  軸
【図１】
2018123827.tif 000003
【図２】
2018123827.tif 000004
【図３】
2018123827.tif 000005
【図４】
2018123827.tif 000006
【図５】
2018123827.tif 000007
【図６】
2018123827.tif 000008
【外国語明細書】
2018123827000001.pdf