(57)【要約】【課題】複合構成要素（３０、２３０）（せん断可能領域加工面（ＳＥＲＥＦ）としても知られる）、およびそのような構成要素を形成する。【解決手段】スロットを金属合金構成要素（１０、２１０）の本体（５０）に形成する。スロット（９０）は、金属合金構成要素（１０、２１０）の壁（６０）を通って延び、スロット（９０）は、角度付き本体インターフェース（１００）を金属合金構成要素（１０、２１０）の壁（６０）に形成される。金属合金構成要素（１０、２１０）のスロット（９０）と結合するためのクーポン（２０）を形成する。クーポン（２０）は、角度付き本体インターフェース（１００）を補完する角度付きクーポンインターフェース（１１０）を有する。クーポン（２０）をスロット（９０）の本体（５０）にろう付けして複合構成要素（３０、２３０）を形成する。【選択図】図１
2019000905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロット（９０）を金属合金構成要素（１０、２１０）の本体（５０）に形成することであって、前記スロット（９０）は、前記金属合金構成要素（１０、２１０）の壁（６０）を少なくとも部分的に通って延び、前記スロット（９０）を前記形成することは、角度付き本体インターフェース（１００）を前記金属合金構成要素（１０、２１０）の前記壁（６０）に形成することを含む形成することと、
前記金属合金構成要素（１０、２１０）の前記スロット（９０）と結合するためのクーポン（２０）を形成することであって、前記クーポン（２０）は、前記角度付き本体インターフェース（１００）を補完する角度付きクーポンインターフェース（１１０）を有する形成することと、
前記クーポン（２０）を前記スロット（９０）の前記本体（５０）にろう付けして複合構成要素（３０、２３０）を形成することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記金属合金構成要素（１０、２１０）が、Ｒｅｎｅ  １２５、Ｒｅｎｅ  ８０、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１、ＧＴＤ−４４４、インコネル（ＩＮ）７３８、ＩＮ７９２、ＭＡＲ−Ｍ２００、ＭＡＲ−Ｍ２４７、ＣＭＳＸ−３、ＣＭＳＸ−４、ＰＷＡ１４８０、ＰＷＡ１４８３、またはＰＷＡ１４８４を含む高ガンマプライム合金または脆い合金を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属合金構成要素（１０、２１０）が、機械内での動作に曝される以前に配置された構成要素である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）が、前記本体（５０）の外側表面（８０）と一致する平面から測定して、約１０度〜約４５度の角度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）が、前記本体（５０）の外側表面（８０）と一致する平面から測定して、約１０度〜約２５度の角度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スロット（９０）を前記本体（５０）に前記形成することが、前記金属合金構成要素（１０、２１０）を切断することを含み、前記クーポン（２０）を前記形成することが、前記クーポン（２０）を鋳造することまたは付加製造することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記本体（５０）は、外側表面（８０）を有し、前記クーポン（２０）は、
前記本体（５０）の前記外側表面（８０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより大きい直径（ＬＤ）、および
前記本体（５０）の内側表面（７０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより小さい直径（ＳＤ）を有し、前記ＬＤは、
ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤ
によって定義され、
Ｚ＝前記壁（６０）の厚さであり、α＝前記本体の前記外側表面（８０）と一致する平面に対して測定された、前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）の角度である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）が、前記複合構成要素（３０、２３０）への張力の適用に応じて主にせん断応力を受けるように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複合構成要素（３０、２３０）が、ターボ機械構成要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
本体（５０）を含む金属合金構成要素（１０、２１０）であって、前記本体（５０）は、
内側表面（７０）および外側表面（８０）を有する壁（６０）と、
前記壁（６０）を少なくとも部分的に通って延び、前記壁（６０）に角度付き本体インターフェース（１００）を含むスロット（９０）とを有する金属合金構成要素（１０、２１０）と、
前記スロット（９０）と結合されたクーポン（２０）であって、前記クーポン（２０）は、前記角度付き本体インターフェース（１００）を補完する角度付きクーポンインターフェース（１１０）を有し、前記クーポン（２０）は、前記本体（５０）の前記外側表面（８０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより大きい直径（ＬＤ）、および前記本体（５０）の内側表面（７０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより小さい直径（ＳＤ）を有し、前記ＬＤは、
ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤ
によって定義され（３Ｄ）、
Ｚ＝前記壁（６０）の厚さであり、α＝前記本体（５０）の前記外側表面（８０）と一致する平面から測定された、前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）の角度であるクーポン（２０）と、
前記クーポン（２０）を前記スロット（９０）の前記本体（５０）に結合するろう付け継手（４０）と
を備える、複合構成要素（３０、２３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、構成要素の製造および修理に関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は、ろう付け技術を使用して構成要素を製造および／または修理するアプローチに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属合金は、工業用途において特に有用であり得る。例えば、金属合金は、一般に、長期間にわたり高温、高圧および／または応力を受ける産業機械内で構成要素を形成するために使用される。ターボ機械、発電電動機械、燃料流システム、航空システムなどのシステムは、それらの部品に金属合金を用いる。これらのシステムの寿命の間、構成要素は、メンテナンスおよび／または修理を必要とし得、これは金属合金の場合には特別な問題を呈し得ることがある。例えば、脆い金属合金または高ガンマプライム合金は、溶接のような特定のタイプの熱処理を受けた場合、構造的に損傷する可能性がある。これにより、これらの合金から形成される構成要素の修理およびメンテナンスが特に困難になる場合がある。さらに、複合部品をこれらのタイプの合金と形成することは、不利になり得る。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の様々な態様は、複合構成要素、およびそのような構成要素を形成する方法を含む。第１の態様では、方法は、スロットを金属合金構成要素の本体に形成することであって、スロットは、金属合金構成要素の壁を少なくとも部分的に通って延び、スロットを形成することは、角度付き本体インターフェースを金属合金構成要素の壁に形成することを含む形成することと、金属合金構成要素のスロットと結合するためのクーポンを形成することであって、クーポンは、角度付き本体インターフェースを補完する角度付きクーポンインターフェースを有する形成することと、クーポンをスロットの本体にろう付けして複合構成要素を形成することとを含む。
【０００４】
本開示の第２の態様は、本体を含む金属合金構成要素であって、本体は、内側表面および外側表面を有する壁と、壁を少なくとも部分的に通って延び、壁に角度付き本体インターフェースを含むスロットとを有する金属合金構成要素と、スロットと結合されたクーポンであって、クーポンは、角度付き本体インターフェースを補完する角度付きクーポンインターフェースを有し、クーポンは、本体の外側表面を横切ってスロットに亘るより大きい直径（ＬＤ）、および本体の内側表面を横切ってスロットに亘るより小さい直径（ＳＤ）を有し、ＬＤは、ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤによって定義され、Ｚ＝壁の厚さであり、α＝本体の外側表面と一致する平面から測定された、角度付き本体インターフェースおよび角度付きクーポンインターフェースの角度であるクーポンと、クーポンをスロットの本体に結合するろう付け継手とを有する複合構成要素を含む。
【０００５】
本開示の第３の態様は、複合構成要素の少なくとも一部を表すコードを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、複合構成要素の少なくとも一部は、コンピュータ化された付加製造システムによってコードの実行時に物理的に生成され、コードは、複合構成要素の少なくとも一部を表すコードを含み、複合構成要素は、本体を含む金属合金構成要素であって、本体は、内側表面および外側表面を有する壁と、壁を少なくとも部分的に通って延び、壁に角度付き本体インターフェースを含むスロットとを有する金属合金構成要素と、スロットと結合されたクーポンであって、クーポンは、角度付き本体インターフェースを補完する角度付きクーポンインターフェースを有し、クーポンは、本体の外側表面を横切ってスロットに亘るより大きい直径（ＬＤ）、および本体の内側表面を横切ってスロットに亘るより小さい直径（ＳＤ）を有し、ＬＤは、ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤによって定義され、Ｚ＝壁の厚さであり、α＝本体の外側表面と一致する平面から測定された、角度付き本体インターフェースおよび角度付きクーポンインターフェースの角度であるクーポンと、クーポンをスロットの本体に結合するろう付け継手とを有する複合構成要素を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。
【０００６】
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の様々な実施形態による複合構成要素の分離された部分の概略図である。
【図２】本開示の様々な実施形態による組み立てられた複合構成要素の概略図である。
【図３】本開示の様々な実施形態による複合構成要素を形成するプロセスを示すフロー図である。
【図４】本開示の様々な実施形態に従って実行されるプロセスの前の金属合金構成要素を示す図である。
【図５】本開示の様々な実施形態によるスロットを形成した後の図４の金属合金構成要素を示す図である。
【図６】本開示の様々な実施形態による複合構成要素の分離された部分の概略図である。
【図７】図６の複合構成要素の一部の異なる概略図である。
【図８】本開示の様々な実施形態による組み立てられた複合構成要素の概略図である。
【図９】本開示の実施形態による図２の複合構成要素の１つまたは複数の部分を表すコードを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む、付加製造プロセスのブロック図である。
【０００８】
本開示の図面が、必ずしも比例尺ではないことに注意すべきである。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、図面間で同様の符号は、同様の要素を表す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に開示される主題は、製造および／または修理に関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は、せん断可能領域加工面（Ｓｈｅａｒ  Ｅｎａｂｌｅｄ  Ｒｅｇｉｏｎａｌｌｙ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｆａｃｅｔｓ：ＳＥＲＥＦ）としても知られる、金属合金を含む複合構成要素を形成するためのアプローチに関する。
【００１０】
従来のアプローチとは対照的に、本開示の様々な態様は、複合金属構成要素、およびそのような構成要素を形成する方法を含む。様々な実施形態では、複合金属構成要素は、本体と、本体のスロットを充填するクーポンとを有し、本体とクーポンとの間のインターフェースは、角度付きろう付け継手である。本体とクーポンとの間の角度付きインターフェースは、従来の複合構成要素における実質的に通常のインターフェースとは対照的に、そのインターフェースに加えられた引張応力を主としてせん断応力に伝達することができる。金属合金、特に高ガンマプライム合金または他の脆い合金の組成は、これらの材料に引張強度より著しく大きいせん断強度を与える。したがって、これらの複合構成要素は、本体とクーポンとの間に通常のろう付け継手で形成された従来の複合構成要素より強力であり得る。
【００１１】
いくつかの特定の場合には、本体とクーポンとの間のインターフェースの角度は、約１０〜２５度（表面平面から測定）であるが、場合によっては最大５０度または６０度とすることができる。他の実施形態では、本体とクーポンとの間のインターフェースの角度は、約２５〜３５度であり、他の場合には、約３５〜４５度である。様々な実施形態では、本体とクーポンとの間のインターフェースの角度は、インターフェースの表面積、インターフェースの角度、および本体の壁の厚さならびに継手に近接するクーポンからなる式によって定義される。
【００１２】
様々な実施形態では、複合構成要素は、例えば、本体が現場で使用された元の部品であり、クーポンが構成要素の交換部分であるような改良された構成要素を含むことができる。他の場合には、複合構成要素は、インターフェースで接合された２つの元の部品（現場で使用されたまたは使用されていない）を含むことができ、他の場合には、複合構成要素は、インターフェースに接合された２つの交換部品を含むことができる。
【００１３】
以下の記載において、その一部を形成する添付の図面が参照されるが、これは本教示を実施することができる特定の実施形態の例証として示されるものである。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施することができるように十分に詳しく記載され、本教示の範囲から逸脱することなく他の実施形態が利用されてもよいこと、および変更が行われてもよいことは理解されるはずである。したがって、以下の説明は、単なる例示である。
【００１４】
図１は、金属合金構成要素１０、および金属合金構成要素１０と結合するためのクーポン２０の概略図を示す。図２は、結合されて複合構成要素３０を形成する金属合金構成要素１０およびクーポン２０を示す。また、図２には、金属合金構成要素１０およびクーポン２０をインターフェース（本明細書でさらに説明する）に結合するろう付け継手４０（図示の部分）が示されている。ろう付け継手４０は、金属合金構成要素１０とクーポン２０との間のインターフェースの全体を横切って延びることができ、場合によっては、そのインターフェースを部分的にのみ横切って延びてもよいことが理解される。
【００１５】
図１および図２を参照すると、複合構成要素３０は、金属合金で形成された本体５０を有する、金属合金構成要素１０を含むことができる。場合によっては、金属合金は、高ガンマプライム合金または脆い合金のようなろう付け可能な合金を含むことができる。様々な実施形態では、４０％を超えるガンマプライムパーセンテージを有する合金は、これらの合金が溶接において問題を呈する可能性があるため、本開示の様々な実施形態によるアプローチによく適し得る。例は、ガンマプライム（γ’）析出強化ニッケル基超合金であり、その具体的な例は、Ｒｅｎｅ  １２５、Ｒｅｎｅ  ８０、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１（商標）、ＧＴＤ−４４４（商標）、インコネル（ＩＮ）７３８、ＩＮ７９２、ＭＡＲ−Ｍ２００、ＭＡＲ−Ｍ２４７、ＣＭＳＸ−３、ＣＭＳＸ−４、ＰＷＡ１４８０、ＰＷＡ１４８３、およびＰＷＡ１４８４を含むことができる。これらの合金の各々は、相当量のアルミニウムおよび／またはチタンを含有する結果として、比較的高いガンマプライム（主にＮｉ３（Ａｌ、Ｔｉ））含量を有する。本明細書で述べるように、これらの金属合金は、特に溶接などの特定の熱処理下で構造的に弱くなりやすく、引張応力下での破損または望ましくない摩耗の影響を受けやすい。このように、複合構成要素３０の構成は、引張応力をろう付け継手４０に近接するせん断応力に伝達するのを援助することができる。いくつかの実施形態では、クーポン２０は、金属合金構成要素１０と同じ金属合金、または異なる金属合金を含む。場合によっては、クーポン２０は、金属合金構成要素１０の合金より延性のある金属合金を含むことができる。様々な実施形態では、クーポン２０は、（単結晶、またはＳＤ）Ｒｅｎｅ  Ｎ５、（一方向凝固、またはＤＳ）Ｒｅｎｅ  １０８、および／または（Ｎ４）もしくは（等軸、またはＥＡ）Ｒｅｎｅ  １０８で形成することができる。
【００１６】
引き続き図１〜図３を参照すると、本体５０は、内側表面７０および（対向する）外側表面８０を有する壁６０を有することができる。場合によっては、内側表面７０および外側表面８０は、単に「内側」および「外側」という用語が限定することを意図していないので、これらがろう付け継手４０およびクーポン２０に近接した別個の表面であることを示すに過ぎない。本体５０はまた、壁６０を少なくとも部分的に通って延びるスロット９０を含むことができる（図１の例示では壁６０を完全に通って延びて示されている）。図１に示すように、スロット９０は、本明細書でさらに説明するように、壁６０に角度付き本体インターフェース（面）１００を含むことができる。
【００１７】
複合構成要素３０はまた、スロット９０と結合されたクーポン２０を含むことができ、クーポン２０は、角度付き本体インターフェース１００を補完する角度付きクーポンインターフェース（面）１１０を有する。角度付きクーポンインターフェース（面）１１０は、クーポン２０の外側表面１２０と内側表面１３０との間に亘ることができる。様々な実施形態では、角度付きクーポンインターフェース１１０の角度は、角度付き本体インターフェース１００の角度と等しいか、またはほぼ（例えば、測定誤差のマージン内で）等しく、本体５０の外側表面８０と一致する平面（Ｐ）から測定して、両方とも角度（α）と呼ばれる。図１および図２に示すように、クーポン２０は、外側表面８０を横切ってスロット９０に亘るより大きい直径（ＬＤ）、および内側表面７０を横切ってスロット９０に亘るより小さい直径（ＳＤ）を有するように、テーパを有することができる。様々な実施形態では、ＬＤは、以下によって定義される：
ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤ（式１）
Ｚ＝壁６０の厚さである。場合によっては、角度（α）は、約１０度〜約６０度である。しかし、他の特定の実施形態では、角度（α）は、約１０度〜約２５度である。他の場合には、角度（α）は、約２５〜３５度であり、他の場合には、角度（α）は、約３５〜４５度である。本明細書で述べるように、角度（α）は、これらの特定の金属合金のために設計されており、近接するろう付け継手４０、角度付き本体インターフェース１００および角度付きクーポンインターフェース１１０は、複合構成要素３０への張力の適用に応じて主にせん断応力を受けるように構成される。場合によっては、複合構成要素３０は、燃焼構成要素またはガスもしくは蒸気タービン構成要素などのターボ機械構成要素を含むことができる。
【００１８】
図３は、様々な実施形態による方法のプロセスを例示するフロー図を示す。図４および図５は、図３を参照して説明したプロセスのいくつかを示す。様々な実施形態では、方法は、以下を含むことができる：
プロセスＰ１：スロット９０を金属合金構成要素１０の本体５０に形成し、スロット９０は、壁６０を少なくとも部分的に通って延びるように形成される（図４および図５）。様々な実施形態では、スロット９０を形成することは、角度付き本体インターフェース１００を壁６０に形成することを含む。様々な実施形態では、金属合金構成要素１０は、機械、例えば、ターボ機械、発電電動機械または他の機械内の動作に曝される、以前に配置された構成要素を含むことができる。場合によっては、金属合金構成要素１０は、タービンバケット、ブレードまたはノズルを含む。金属合金構成要素１０は、例えば、ターボ機械、発電電動機械、またはエンジンシステムなどの高温および／または高圧に曝される様々な産業機械または他の機械のいずれかに、任意の機械構成要素を含むことができることが理解される。他の実施形態では、金属合金構成要素１０は、動作中にまだ展開されていない元の機器構成要素を含むことができる。いくつかの特定の場合には、スロット９０を本体５０に形成することは、例えば、鋸または他の機械加工ツールを用いて金属合金構成要素１０を切断することを含む。他の場合には、金属合金構成要素１０は、スロット９０を含む元の構成要素として、従来の成形、鋳造などによって、または本明細書でさらに説明する付加製造技術によって形成することができる。
【００１９】
プロセスＰ２：金属合金構成要素１０のスロット９０と結合するためのクーポン２０を形成し、クーポン２０は、金属合金構成要素１０の角度付き本体インターフェース１００を補完する角度付きクーポンインターフェース１１０を有して形成される（図１に示すクーポン２０）。場合によっては、クーポン２０は、鋳造または他の従来の製造技術によって形成され、他の実施形態では、クーポン２０は、本明細書でさらに説明する付加製造技術によって形成される。様々な実施形態では、クーポン２０は、金属合金、例えば、金属合金構成要素１０の組成と同様の金属合金、または別個の金属合金を含む。本明細書で述べるように、角度付き本体インターフェース１００および角度付きクーポンインターフェース１１０は、本体５０の外側表面８０と一致する平面（Ｐ）から測定して、約１０度〜約４５度の角度（α）を有するように形成することができる。クーポン２０およびスロット９０は、壁６０の厚さ（Ｚ）に応じて、広範囲の角度（α）、より大きい直径（ＬＤ）およびより小さい直径（ＳＤ）を有するように形成され得ることが理解される。様々な実施形態では、直径（ＬＤ、ＳＤ）は、修理を必要とする金属合金構成要素１０の一部によって部分的に決定される。例えば、金属合金構成要素１０が修理を必要とする場合、金属合金構成要素１０の一部が除去され（例えば、切断され）、スロット９０が形成されてクーポン２０を収容する。これらの場合、壁６０の厚さ（Ｚ）に沿った直径の寸法は、インターフェース角度（α）の範囲を制限する。
【００２０】
プロセスＰ３：クーポン２０およびスロット９０を形成した後、このプロセスは、クーポン２０をスロット９０の本体５０にろう付けして複合構成要素３０（図２）を形成することを含むことができる。様々な実施形態では、従来のろう付け技術を使用して、角度付き本体インターフェース１００および角度付きクーポンインターフェース１１０に沿ってろう付け継手４０を形成することができる。様々な実施形態では、ろう付け温度は、約９２５°Ｃ（約１７００°Ｆ）〜１２６０°Ｃ（約２３００°Ｆ）の範囲とすることができる。いくつかの特定の場合には、ろう付け温度は、約１０６５°Ｃ（約１９５０°Ｆ）〜約１２３０°Ｃ（約２２５０°Ｆ）の範囲とすることができる。場合によっては、ろう付け継手の厚さは、約０．００２５ミリメートル（ｍｍ）（約０．１ミル）〜約０．０５インチ（約２ミル）とすることができる。いくつかの特定の場合には、ろう付け継手の厚さは、約０．０２５ミリメートル（ｍｍ）（約１ミル）〜約０．１ｍｍ（約４ミル）とすることができる。本明細書で述べるように、近接する角度付き本体インターフェース１００および角度付きクーポンインターフェース１１０（例えば、ろう付け継手４０に接触するか、またはほぼ接触する）は、複合構成要素３０への張力の適用に応じて主にせん断応力を受けるように構成される。
【００２１】
いくつかの特定の場合には、複合構成要素３０を形成した後、追加のプロセスが、熱間静水圧（ＨＩＰ）熱処理（ＨＴ）を複合構成要素３０に実行することを含むことができる。このＨＩＰ  ＨＴは、クーポン２０をスロット９０の本体５０にろう付けした後に生じ得る。このＨＩＰ  ＨＴは、複合構成要素３０の多孔度を減少させる／密度を増加させるために、高温（例えば、最大約１４００°Ｃ）および高圧（例えば、最大約３００メガパスカル（ＭＰａ））での不活性ガス（例えば、アルゴン）の使用を含む、当該技術分野で知られている任意の従来のＨＩＰプロセスを含むことができる。
【００２２】
本明細書に記載のプロセスは、任意の順序で実行することができ、本明細書に記載の本開示の精神から逸脱することなく、いくつかのプロセスを省略することができることが理解される。
【００２３】
図１および図２の複合構成要素３０の実施形態は単一のクーポン２０を示しているが、複合構成要素３０は、本開示の様々な実施形態に従ってスロット９０を充填するように組み合わせることができる複数のクーポン２０を含むことができることが理解される。すなわち、単一のクーポン２０が図１および図２に示されているが、複合構成要素３０のスロット９０を充填するために２つ以上のクーポン２０を形成することができることが理解される。場合によっては、一対のクーポン（例えば、クーポン２０と同様）が、スロット９０で本体５０と、例えば、内側表面７０および外側表面８０の各々からの１つと結合することができる。これらの場合、一対のクーポンは、ほぼ同じより短い直径（ＳＤ）値を共有することができ、そのより長い直径（ＬＤ）値は、複合構成要素３０の幾何学的形状のためにわずかに異なる可能性がある。これらのクーポンは、互いに、および／または本体５０と、１つまたは複数のろう付け継手４０を用いて結合することができる。
【００２４】
追加の実施形態では、スロット９０を本体５０に形成することは、壁６０を通る２つの異なる方向から１つまたは複数のスロット９０を形成することを含むことができる。すなわち、様々な実施形態では、１つまたは複数スロット９０は、１つまたは複数の表面（例えば、内側表面７０、外側表面８０）から（本明細書で説明するように）本体５０に形成することができる。例えば、図６および図７の金属合金構成要素２１０の概略図に示すように、スロット９０は、対向する表面（例えば、内側表面７０および外側表面８０）から（本明細書で説明するように）形成することができ、スロット９０と結合して複合構成要素２３０（図８）を形成するために、複数のクーポン２０（図６）を（本明細書で説明するように）形成することができる。場合によっては、２つのクーポン２０（図６）が、金属合金構成要素２１０の対向する側面（例えば、内側表面７０および外側表面８０）のスロット９０と結合するように形成される。クーポン２０は、本明細書で説明するように、スロット９０と結合して複合構成要素の別の実施形態を形成することができる。様々な実施形態では、２つのスロット９０が対向する表面から形成され、それらのスロット９０は、金属合金構成要素２１０を通って開口２５０を形成するように接続することができるが、他の実施形態では、これらのスロット９０は、壁６０の一部によって分離されたままであってもよい。様々な実施形態では、別個のスロット９０は、（例えば、式１によって支配されるような）別個の寸法を有することができるが、別の場合には、別個のスロット９０は、壁６０に対して実質的に対称であり得る。これらの実施形態では、例えば、壁６０の対向する表面７０、８０を通る２つの別個のスロット９０を用いて、より大きい直径（ＬＤ）は、複合構成要素３０のより大きい直径（ＬＤ）に比べて小さくすることができ、これにより複合構成要素２３０が（複合構成要素３０に対して）より小さいインターフェース角度（α）を有することを可能にする一方で、複合構成要素２３０への張力の適用に応じて主にせん断応力を受けるように構成されたままである。
【００２５】
複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の１つまたは複数の部分は、いくつかの方法で形成することができる。一実施形態では、本明細書で述べるように、複合構成要素３０の少なくとも一部は、成形、鋳造、機械加工（例えば、切断）などの従来の製造技術によって形成することができる。しかし、一実施形態では、付加製造は、複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の少なくとも一部、例えば、金属合金構成要素１０、金属合金構成要素２１０および／またはクーポン２０を製造するのに特に適している。本明細書で使用する場合、付加製造（ＡＭ）は、従来のプロセスの場合である材料の除去ではなく、材料の連続した層形成を介して対象物を製造する任意のプロセスを含み得る。付加製造は、あらゆる種類の工具、金型または器具を使用することなく、かつ廃棄材料をほとんどまたは全く伴わずに複雑な幾何学的形状を形成することができる。その大部分が切り取られて廃棄される金属（例えば、合金）の固体ビレットまたはプラスチックおよび／もしくはポリマーなどの他の材料から構成要素を機械加工する代わりに、付加製造に使用される唯一の材料は、部品を成形するために必要とされる材料である。付加製造プロセスは、これらに限定されないが、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、直接デジタル製造（ＤＤＭ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）および直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）を含むことができる。現在の設定では、ＤＭＬＭが有益となり得る。
【００２６】
付加製造プロセスの例を説明するために、図９は、対象物９０２を生成するための例示的なコンピュータ化された付加製造システム９００の概略／ブロック図を示す。この例では、システム９００は、ＤＭＬＭ用に構成される。本開示の一般的な教示は、他の形態の付加製造に同様に適用可能であることが理解される。対象物９０２は、二重壁のタービン要素として示されているが、付加製造プロセスは、複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の少なくとも一部、例えば、金属合金構成要素１０、金属合金構成要素２１０および／またはクーポン２０を製造するのに容易に適合させることができることが理解される。ＡＭシステム９００は、一般に、コンピュータ化された付加製造（ＡＭ）制御システム９０４と、ＡＭプリンタ９０６とを含む。ＡＭシステム９００は、後述するように、複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の少なくとも一部を定義する一組のコンピュータ実行可能命令を含むコード９２０を実行し、ＡＭプリンタ９０６を使用して対象物を物理的に生成する。各ＡＭプロセスは、例えば、細粒粉末、液体（例えば、ポリマー）、シートなどの形態の異なる原材料を使用することができ、そのストックは、ＡＭプリンタ９０６のチャンバ９１０に保持することができる。この場合、複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の少なくとも一部は、金属、合金、プラスチック／ポリマーまたは同様の材料で作製することができる。図示されているように、アプリケータ９１２は、空白キャンバスとして広がる原材料９１４の薄層を形成することができ、これから最終対象物の各連続スライスが形成される。他の場合には、アプリケータ９１２は、例えば、材料がポリマーである場合に、コード９２０によって定義される通りに先行の層上に次の層を直接適用または印刷することができる。示されている例では、レーザまたは電子ビーム９１６は、コード９２０によって定義されるように、各スライスの粒子を融合するが、これは迅速に硬化する液体プラスチック／ポリマーが採用される場合には必要ではない。ＡＭプリンタ９０６の様々な部品は、各新しい層の追加に対応するように移動することができ、例えば、各層の後で、ビルドプラットフォーム９１８は降下することができ、ならびに／またはチャンバ９１０および／もしくはアプリケータ９１２は上昇することができる。
【００２７】
ＡＭ制御システム９０４は、コンピュータプログラムコードとしてコンピュータ９３０に実装されて示されている。この点に関して、コンピュータ９３０は、メモリ９３２、プロセッサ９３４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース９３６、およびバス９３８を含むものとして示されている。さらに、コンピュータ９３０は、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース９４０および記憶システム９４２と通信するように示されている。一般に、プロセッサ９３４は、本明細書で説明する複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の少なくとも一部を表すコード９２０からの命令の下でメモリ９３２および／または記憶システム９４２に記憶される、ＡＭ制御システム９０４などのコンピュータプログラムコードを実行する。コンピュータプログラムコードの実行時に、プロセッサ９３４は、メモリ９３２、記憶システム９４２、Ｉ／Ｏデバイス９４０および／またはＡＭプリンタ９０６からデータを読み出すことおよび／またはこれにデータを書き込むことができる。バス９３８は、コンピュータ９３０の構成要素の各々の間の通信リンクを提供し、Ｉ／Ｏデバイス９４０は、ユーザがコンピュータ９３０と対話することを可能にする任意のデバイスを備えることができる（例えば、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイなど）。コンピュータ９３０は、ハードウェアおよびソフトウェアの様々な可能性のある組み合わせだけを表す。例えば、プロセッサ９３４は、単一のプロセッシングユニットを備えることができ、または１つまたは複数の位置、例えば、クライアントおよびサーバにおける１つまたは複数のプロセッシングユニットにわたって分散することができる。同様に、メモリ９３２および／または記憶システム９４２は、１つまたは複数の物理的位置に存在することができる。メモリ９３２および／または記憶システム９４２は、磁気媒体、光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）などを含む、様々なタイプの非一時的コンピュータ可読記憶媒体の任意の組み合わせを備えることができる。コンピュータ９３０は、ネットワークサーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、携帯デバイス、携帯電話、ポケットベル、携帯情報端末などのような任意のタイプのコンピューティングデバイスを備えることができる。
【００２８】
付加製造プロセスは、複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の少なくとも一部を表すコード９２０を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ９３２、記憶システム９４２など）から開始する。前述のように、コード９２０は、外側電極を定義する一組のコンピュータ実行可能命令を含み、これはシステム９００によるコードの実行時に頂上を物理的に生成するために使用することができる。例えば、コード９２０は、外側電極の正確に定義された３Ｄモデルを含むことができ、ＡｕｔｏＣＡＤ（登録商標）、ＴｕｒｂｏＣＡＤ（登録商標）、ＤｅｓｉｇｎＣＡＤ  ３Ｄ  Ｍａｘなどの多様な公知のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアシステムの一部から生成することができる。この点において、コード９２０は、任意の現在知られているまたは後に開発されるファイルフォーマットとすることができる。例えば、コード９２０は、３ＤシステムのステレオリソグラフィＣＡＤプログラム用に生成された標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）、または付加製造ファイル（ＡＭＦ）とすることができ、付加製造ファイルは、アメリカ機械学会（ＡＳＭＥ）規格であり、これは実行可能なマークアップ言語（ＸＭＬ）ベースのフォーマットであり、任意のＣＡＤソフトウェアが、ＡＭプリンタで製造されることになる任意の三次元対象物の形状および構成を表現できるように設計されている。コード９２０は、必要に応じて、異なるフォーマット間で変換すること、一組のデータ信号に変換すること、一組のデータ信号として送受信してコードに変換して記憶することなどができる。コード９２０は、システム９００への入力とすることができ、かつ部品設計者、知的財産（ＩＰ）プロバイダ、設計会社、システム９００のオペレータもしくは所有者から、または他のソースから到来することができる。いずれにしても、ＡＭ制御システム９０４は、コード９２０を実行し、複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の少なくとも一部を連続した薄いスライスに分割し、それらは液体、粉末、シートまたは他の材料の連続した層でＡＭプリンタ９０６を使用して組み立てられる。ＤＭＬＭの例では、各層は、コード９２０によって定義された正確な幾何学的形状に溶融されて前の層に融合される。続いて、複合構成要素３０（図２）および／または複合構成要素２３０（図８）の部分は、任意の様々な仕上げプロセス、例えば、二次的な機械加工、シーリング、研磨、イグナイタチップの他の部分への組み付けなどを施され得る。
【００２９】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、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］
スロット（９０）を金属合金構成要素（１０、２１０）の本体（５０）に形成することであって、前記スロット（９０）は、前記金属合金構成要素（１０、２１０）の壁（６０）を少なくとも部分的に通って延び、前記スロット（９０）を前記形成することは、角度付き本体インターフェース（１００）を前記金属合金構成要素（１０、２１０）の前記壁（６０）に形成することを含む形成することと、
前記金属合金構成要素（１０、２１０）の前記スロット（９０）と結合するためのクーポン（２０）を形成することであって、前記クーポン（２０）は、前記角度付き本体インターフェース（１００）を補完する角度付きクーポンインターフェース（１１０）を有する形成することと、
前記クーポン（２０）を前記スロット（９０）の前記本体（５０）にろう付けして複合構成要素（３０、２３０）を形成することと
を含む、方法。
［実施態様２］
前記金属合金構成要素（１０、２１０）が、Ｒｅｎｅ  １２５、Ｒｅｎｅ  ８０、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１、ＧＴＤ−４４４、インコネル（ＩＮ）７３８、ＩＮ７９２、ＭＡＲ−Ｍ２００、ＭＡＲ−Ｍ２４７、ＣＭＳＸ−３、ＣＭＳＸ−４、ＰＷＡ１４８０、ＰＷＡ１４８３、またはＰＷＡ１４８４を含む高ガンマプライム合金または脆い合金を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記金属合金構成要素（１０、２１０）が、機械内での動作に曝される以前に配置された構成要素である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）が、前記本体（５０）の外側表面（８０）と一致する平面から測定して、約１０度〜約４５度の角度を有する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）が、前記本体（５０）の外側表面（８０）と一致する平面から測定して、約１０度〜約２５度の角度を有する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記スロット（９０）を前記本体（５０）に前記形成することが、前記金属合金構成要素（１０、２１０）を切断することを含み、前記クーポン（２０）を前記形成することが、前記クーポン（２０）を鋳造することまたは付加製造することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記本体（５０）は、外側表面（８０）を有し、前記クーポン（２０）は、
前記本体（５０）の前記外側表面（８０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより大きい直径（ＬＤ）、および
前記本体（５０）の内側表面（７０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより小さい直径（ＳＤ）を有し、前記ＬＤは、
ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤ
によって定義され、
Ｚ＝前記壁（６０）の厚さであり、α＝前記本体の前記外側表面（８０）と一致する平面に対して測定された、前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）の角度である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）が、前記複合構成要素（３０、２３０）への張力の適用に応じて主にせん断応力を受けるように構成される、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記複合構成要素（３０、２３０）が、ターボ機械構成要素を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記クーポン（２０）が、前記金属合金構成要素（１０、２１０）の前記金属合金または前記金属合金とは異なる金属合金を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
前記ろう付け後に熱間静水圧（ＨＩＰ）熱処理（ＨＴ）を前記複合構成要素（３０、２３０）に実行することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１２］
本体（５０）を含む金属合金構成要素（１０、２１０）であって、前記本体（５０）は、
内側表面（７０）および外側表面（８０）を有する壁（６０）と、
前記壁（６０）を少なくとも部分的に通って延び、前記壁（６０）に角度付き本体インターフェース（１００）を含むスロット（９０）とを有する金属合金構成要素（１０、２１０）と、
前記スロット（９０）と結合されたクーポン（２０）であって、前記クーポン（２０）は、前記角度付き本体インターフェース（１００）を補完する角度付きクーポンインターフェース（１１０）を有し、前記クーポン（２０）は、前記本体（５０）の前記外側表面（８０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより大きい直径（ＬＤ）、および前記本体（５０）の内側表面（７０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより小さい直径（ＳＤ）を有し、前記ＬＤは、
ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤ
によって定義され、
Ｚ＝前記壁（６０）の厚さであり、α＝前記本体（５０）の前記外側表面（８０）と一致する平面から測定された、前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）の角度であるクーポン（２０）と、
前記クーポン（２０）を前記スロット（９０）の前記本体（５０）に結合するろう付け継手（４０）と
を備える、複合構成要素（３０、２３０）。
［実施態様１３］
前記金属合金構成要素（１０、２１０）が、Ｒｅｎｅ  １２５、Ｒｅｎｅ  ８０、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１、ＧＴＤ−４４４、インコネル（ＩＮ）７３８、ＩＮ７９２、ＭＡＲ−Ｍ２００、ＭＡＲ−Ｍ２４７、ＣＭＳＸ−３、ＣＭＳＸ−４、ＰＷＡ１４８０、ＰＷＡ１４８３、またはＰＷＡ１４８４を含む高ガンマプライム合金または脆い合金を含む、実施態様１２に記載の複合構成要素（３０、２３０）。
［実施態様１４］
前記角度αが、前記本体（５０）の前記外側表面（８０）と一致する前記平面から測定して、約１０度〜約４５度である、実施態様１２に記載の複合構成要素（３０、２３０）。
［実施態様１５］
前記角度αが、前記本体（５０）の前記外側表面（８０）と一致する前記平面から測定して、約１０度〜約２５度である、実施態様１２に記載の複合構成要素（３０、２３０）。
［実施態様１６］
前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）が、前記複合構成要素（３０、２３０）への張力の適用に応じて主にせん断応力を受けるように構成される、実施態様１２に記載の複合構成要素（３０、２３０）。
［実施態様１７］
前記複合構成要素（３０、２３０）が、ターボ機械構成要素を含む、実施態様１２に記載の複合構成要素（３０、２３０）。
［実施態様１８］
前記クーポン（２０）が、前記金属合金構成要素（１０、２１０）の前記金属合金または前記金属合金とは異なる金属合金を含む、実施態様１２に記載の複合構成要素（３０、２３０）。
［実施態様１９］
複合構成要素（３０、２３０）の少なくとも一部を表すコード（９２０）を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記複合構成要素（３０、２３０）の前記少なくとも一部は、コンピュータ化された付加製造システム（９００）によって前記コード（９２０）の実行時に物理的に生成され、前記コード（９２０）は、
前記複合構成要素（３０、２３０）の前記少なくとも一部を表すコード（９２０）を備え、前記複合構成要素（３０、２３０）は、
本体（５０）を含む金属合金構成要素（１０、２１０）であって、前記本体（５０）は、
内側表面（７０）および外側表面（８０）を有する壁（６０）と、
前記壁（６０）を少なくとも部分的に通って延び、前記壁（６０）に角度付き本体インターフェース（１００）を含むスロット（９０）とを有する金属合金構成要素（１０、２１０）と、
前記スロット（９０）と結合されたクーポン（２０）であって、前記クーポン（２０）は、前記角度付き本体インターフェース（１００）を補完する角度付きクーポンインターフェース（１１０）を有し、前記クーポン（２０）は、前記本体（５０）の前記外側表面（８０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより大きい直径（ＬＤ）、および前記本体（５０）の内側表面（７０）を横切って前記スロット（９０）に亘るより小さい直径（ＳＤ）を有し、前記ＬＤは、
ＬＤ＝（（２＊Ｚ）／ｔａｎα）＋ＳＤ
によって定義され、
Ｚ＝前記壁（６０）の厚さであり、α＝前記本体（５０）の前記外側表面（８０）と一致する平面から測定された、前記角度付き本体インターフェース（１００）および前記角度付きクーポンインターフェース（１１０）の角度であるクーポン（２０）と、
前記クーポン（２０）を前記スロット（９０）の前記本体（５０）に結合するろう付け継手（４０）と
を備える、記憶媒体。
［実施態様２０］
前記コード（９２０）が前記クーポン（２０）を表す場合、前記コンピュータ化された付加製造システム（９００）が、前記コード（９２０）の実行時に前記クーポン（２０）を物理的に生成するか、または前記コード（９２０）が前記金属合金構成要素（１０、２１０）を表す場合、前記コンピュータ化された付加製造システム（９００）が、前記コード（９２０）の実行時に前記金属合金構成要素（１０、２１０）を物理的に生成する、実施態様１９に記載の記憶媒体。
【符号の説明】
【００３０】
１０  金属合金構成要素
２０  クーポン
３０  複合構成要素
４０  ろう付け継手
５０  本体
６０  壁
７０  壁の内側表面
８０  壁の外側表面
９０  スロット
１００  本体インターフェース
１１０  角度付きクーポンインターフェース
１２０  クーポンの外側表面
１３０  クーポンの内側表面
２１０  金属合金構成要素
２３０  複合構成要素
２５０  開口
９００  ＡＭシステム
９０２  対象物
９０４  ＡＭ制御システム
９０６  ＡＭプリンタ
９１０  チャンバ
９１２  アプリケータ
９１４  原材料
９１６  電子ビーム
９１８  ビルドプラットフォーム
９２０  コード
９３０  コンピュータ
９３２  メモリ
９３４  プロセッサ
９３６  入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース
９３８  バス
９４０  外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
９４２  記憶システム
【図１】
2019000905.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019000905.tif 000008
【図７】
2019000905.tif 000009
【図８】
2019000905.tif 000010
【図９】
2019000905.tif 000011
【外国語明細書】
2019000905000001.pdf