(57)【要約】【課題】内部に冷却機能が形成された部品の製造方法及び熱管理方法を提供する。【解決手段】部品の製造方法及び熱管理方法は、部品の１以上の部分を形成し、部品の冷却部材をプリントし、１以上の部分を部品の冷却部材に取り付けることを含む。冷却部材は１以上の冷却機能を含む。１以上の冷却機能は部品の表面に近接する１以上の冷却チャネルを含み、プリントにより、１以上の冷却チャネルが部品の表面から約１２７μｍ（０．００５インチ）〜約７６２μｍ（０．０３０インチ）の範囲内に配置されている冷却部材をニアネットシェイプ形状にすることができる。熱管理方法はまた、部品内の１以上の冷却チャネルによって形成される１以上の流体通路によって流体を送ることで、部品を冷却することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品（１００）の製造方法であって、
部品（１００）の１以上の部分（１１０）を形成する工程と、
部品（１００）の冷却部材（１２０）をプリントする工程であって、冷却部材（１２０）が１以上の冷却機能（１２２）を含み、１以上の冷却機能（１２２）が部品（１００）の表面（３２２）に近接する１以上の冷却チャネル（１３０）を含み、プリントにより、１以上の冷却チャネル（１３０）が部品（１００）の表面（３２２）から約１２７μｍ（０．００５インチ）〜約７６２μｍ（０．０３０インチ）の範囲内に配置されている冷却部材（１２０）をニアネットシェイプ形状にすることができる、プリントする工程と、
１以上の部分（１１０）を部品（１００）の冷却部材（１２０）に取り付ける工程と、
を含む方法。
【請求項２】
１以上の冷却機能（１２２）が、１以上の冷却チャネル（１３０）に近接する１以上の冷却穴（４９０）をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
プリントする工程が、１以上の冷却チャネル（１３０）に第１開口（１５０）を作ることをさらに含み、第１開口（１５０）によって１以上の冷却穴（４９０）を１以上の冷却チャネル（１３０）に接続する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
プリントする工程が、１以上の冷却チャネル（１３０）に第２開口（１６０）を作ることをさらに含み、第２開口（１６０）が部品（１００）の表面（３２２）にある、請求項３記載の方法。
【請求項５】
部品（１００）の１以上の部分（１１０）が、１以上の冷却穴（５９０）をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
１以上の部分（１１０）の１以上の冷却穴（５９０）が、冷却部材（１２０）の１以上の冷却穴（４９０）と整列する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
形成する工程が、１以上の部分（１１０）の鋳造又は３Ｄプリントを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
プリントする工程において３Ｄプリント法を用いる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
取り付ける工程が、溶接、ろう付け、液相拡散（ＴＬＰ）接合、拡散接合、機械的連結、又はそれらの組合せを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
１以上の部分（１１０）が第１材料から選択され、冷却部材（１２０）が第２材料から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第１材料が第２材料と同一である、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１材料が第２材料と異なる、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
第１材料が、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、モリブデン、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル基超合金、コバルト超合金、又はそれらの組合せから選択される、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
第２材料が、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、モリブデン、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル基超合金、コバルト超合金、又はそれらの組合せから選択される、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
１以上の冷却チャネル（１３０）が、部品（１００）の表面（３２２）から少なくとも約５０８μｍ（０．０２０インチ）未満離れたところに配置される、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
１以上の冷却チャネル（１３０）が、部品（１００）の表面（３２２）から少なくとも約２５４μｍ（０．０１０インチ）未満離れたところに配置される、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
１以上の冷却チャネル（１３０）が冷却部材（１２０）全体にわたって形状が変化する、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
取り付ける工程後に、１以上の保護コーティング（３４０）を塗布することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１９】
部品（１００）の熱管理方法であって、
部品（１００）の１以上の部分（１１０）を形成する工程と、
部品（１００）の冷却部材（１２０）をプリントする工程であって、冷却部材（１２０）が１以上の冷却機能（１２２）を含み、１以上の冷却機能（１２２）が部品（１００）の表面（３２２）に近接する１以上の冷却チャネル（１３０）を含み、プリントにより、１以上の冷却チャネル（１３０）が部品（１００）の表面（３２２）から約１２７μｍ（０．００５インチ）〜約７６２μｍ（０．０３０インチ）の範囲内に配置されている冷却部材（１２０）をニアネットシェイプ形状にすることができる、プリントする工程と、
１以上の部分（１１０）を部品（１００）の冷却部材（１２０）に取り付ける工程と、
部品（１００）内の１以上の冷却チャネル（１３０）によって形成される１以上の流体通路（３６０）によって流体を送ることで、部品（１００）を冷却する工程と、
を含む方法。
【請求項２０】
１以上の冷却チャネル（１３０）が、部品（１００）の表面（３２２）から少なくとも約５０８μｍ（０．０２０インチ）未満離れたところに配置される、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は製造方法と、製造された部品を用いた熱管理方法に向けられている。特に、本発明は、内部に冷却機能が形成された部品を形成するための製造方法に向けられている。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、効率を上げ、コストを下げるために絶えず改良されている。タービンシステムの効率を上げる１つの方法において、タービンシステムの動作温度を上げることが含まれる。温度を上げるために、連続使用中に高温に耐えることができる材料でタービンシステムを構成しなければならない。
【０００３】
部品の材料やコーティングを改良するほかに、タービン部品の温度性能を高める１つの一般的な方法において、冷却チャネルを使用することが含まれる。冷却チャネルは、ガスタービンの高温部位に用いる金属や合金に組み込まれることが多い。部品に冷却チャネルを作製するのは、困難で時間がかかることがある。ある技法では、複雑な金型を用いて部品にチャネルを鋳造することが含まれる。冷却が必要な高温ガス通路に近い部品表面に対して複雑な金型を位置づけるのは難しいことが多い。他の技法では、鋳造後に部品にチャネルを機械加工することが含まれ、その後、該部品の表面にインサートプレートやインピンジメントプレートを溶接又はろう付けすることで、該表面において開口したチャネルを閉鎖する必要がある。その後、最終部品は溶射を用いてコーティングされる。冷却チャネルを閉鎖することで誤って冷却チャネルを塞いでしまい、ガスタービンの圧縮部からの空気などの冷却流体の流れを遮ってしまうことが多々ある。
【０００４】
選択的レーザ溶融（又は３Ｄプリント）は、作製が難しい部品を製造することができる比較的安価な方法である。しかし、選択的レーザ溶融によってプリントされた部品は、鋳造された高温超合金材料と同じ温度性能を持たない。したがって高温環境での使用は賢明ではないと考えられている。
【０００５】
上記の欠点の１つ以上がない部品の形成方法及び熱管理方法が、当該技術において望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０１７５９５７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示の例示的実施形態によると、部品を形成する方法が提供される。この方法は、部品の１以上の部分を形成し、部品の冷却部材をプリントし、１以上の部分を部品の冷却部材に取り付けることを含む。冷却部材は１以上の冷却機能を含む。１以上の冷却機能は部品の表面に近接する冷却チャネルを含み、プリントにより、１以上の冷却チャネルが部品の表面から約１２７μｍ（０．００５インチ）〜約７６２μｍ（０．０３０インチ）の範囲内に配置されている冷却部材をニアネットシェイプ形状にすることができる。
【０００８】
本開示の他の例示的実施形態によると、部品の熱管理方法が提供される。この方法は、部品の１以上の部分を形成し、部品の冷却部材をプリントし、１以上の部分を部品の冷却部材に取り付け、部品内の１以上の冷却チャネルによって形成される１以上の流体通路によって流体を送ることで、部品を冷却することを含む。冷却部材は１以上の冷却機能を含む。１以上の冷却機能は部品の表面に近接する１以上の冷却チャネルを含む。プリントにより、１以上の冷却チャネルが部品の表面から約１２７μｍ（０．００５インチ）〜約７６２μｍ（０．０３０インチ）の範囲内に配置されている冷却部材をニアネットシェイプ形状にすることができる。冷却チャネルは流体が送られる流体通路を形成する。
【０００９】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明を、本発明の原理を一例として示す添付の図面と共に解釈することで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態による、内部に複数の冷却チャネルが形成された部品の斜視図である。
【図２】冷却機能を含む部品の冷却部材の分解斜視図である。
【図３】本開示の一実施形態による、内部に冷却機能が形成された部品の冷却部材の斜視図である。
【図４】本開示の一実施形態による、部品に形成された冷却チャネルを示す、部品の図３の線４−４に沿った断面図である。本開示の一実施形態による、供給通路と出口通路とを含む１以上の冷却チャネルを示す、部品の図２の線４−４に沿った断面図である。
【図５】本開示の一実施形態による、部品に形成された冷却機能を示す、部品の図３の線５−５に沿った断面図である。
【図６】本開示の一実施形態による、流体の層流を乱す機能を示す、部品に形成された冷却チャネルの図５の線６−６に沿った断面図である。
【００１１】
可能な限り、図面全体を通して同じ部分を示すのに同じ参照番号を用いる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
製造方法と、製造された部品を用いた熱管理方法とを提供する。本開示の実施形態により、本願明細書に開示する特徴の１つ以上を含まない方法及び物と比較して、付加的な冷却及び加熱を実現し、新たな部位の冷却を可能にし、新たな材料による冷却を可能にし、より冷たい流れ及び／又はより熱い流れがタービン部品内の流れから誘導されるようにし、タービン部品の耐用寿命を延ばすことができ、実施形態のタービン部品を使用するタービンシステムをより効率的にすることができ、タービン部品をより簡単に製造できるようにし、以前は作製できなかった冷却機能を製造できるようにし、従来の製造方法を用いた他の方法では作れない部品を製造できるようにし、タービン部品又はそれらの組合せをハイブリッド材料で構成することができる。
【００１３】
本発明の１つ以上の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、実際の実装の特徴がすべて本明細書に記載されているとは限らない。かかる実際の実装を開発する際、工学プロジェクトや設計プロジェクトにおけるのと同様に、システム関連の制約やビジネス関連の制約に従うなど、開発者の特定の目標を達成するために実装固有の様々な決定を行わなければならず、実装ごとに異なりうることを理解すべきである。さらに、かかる開発努力は複雑で時間がかかる場合があるが、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、組立、製造における日常的な取り組みであることを理解すべきである。
【００１４】
本発明の種々の実施形態の要素を示す際、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「ｓａｉｄ」という冠詞は、該要素が１つ以上あることを意味するものである。「備える」、「含む」、「有する」という用語は包含を意図した表現であり、記載要素以外の追加要素が存在しうることを意味するものである。
【００１５】
「プリント」という用語は、３Ｄプリント法を指す。３Ｄプリント法の例には、直接金属レーザ溶融（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｌｔｉｎｇ（ＤＭＬＭ））、直接金属レーザ焼結（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＤＭＬＳ））、選択的レーザ焼結（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＳＬＳ））、選択的レーザ溶融（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｌｔｉｎｇ（ＳＬＭ））、電子ビーム溶解（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｍｅｌｔｉｎｇ（ＥＢＭ））など、当業者に知られている方法が含まれるが、これらに限定されない。本願明細書で用いられるように、「３Ｄプリント法」という用語は上記の方法だけでなく、材料を層ごとに蓄積することを含む他の適切な現行の方法又は未来の方法も示すものである。
【００１６】
図１を参照すると、一実施形態において、部品１００は、タービンシステムの静止部品、回転部品、又は燃焼機器である。静止部品の例には、ノズル、羽根、側板、近流路シール、トランジションピース、及びそれらの組合せを含まれるが、これらに限定されない。部品１００は１以上の部分１１０と冷却部材１２０とを含む。冷却部材１２０は１以上の部分１１０に、ろう付け、溶接、又は機械的手段などの適切な接合技術で取り付けられるが、これらに限定されない。例えば、図１において、部品１００、すなわちノズルは、第１端部１１４と第２端部１１２とに取り付けられる冷却部材１２０、すなわち翼を含む。
【００１７】
部品１００を製造するために、１以上の部分１１０を形成する。１以上の部分１１０を形成するのに適した方法には、鋳造又はプリントが含まれる。一実施形態において、１以上の部分１１０は鋳造などの従来の製造方法を用いて形成されるが、これに限定されない。金型を用いて１以上の部分１１０を鋳造して、望ましい材料を用いて所望の形状を形成し、所望の強度と熱的特性を得るようにしてもよい。
【００１８】
冷却部材１２０又は１以上の部分１１０をプリントするにおいて、３Ｄプリントを用いて１以上の冷却機能１２２を形成することを含むことができる（図２及び図５参照）。１以上の冷却機能１２２は、冷却チャネル１３０と冷却穴４９０及び冷却穴５９０を含む。１以上の冷却チャネル１３０は部品１００の表面３２２に近接している。他の実施形態において、図２に示すように、冷却部材１２０又は部分１１０の一部分に１以上の冷却チャネル１３０をプリントしてもよく、その後、１以上の冷却チャネル１３０を含む冷却部材１２０又は部分１１０のプリントされた部分を、冷却チャネルのない冷却部材１２０又は部分１１０の他の部分に取り付ける。冷却部材１２０又は部分１１０の他の部分を、鋳造、鍛造、又はプリントなどの方法を用いて形成してもよいが、これらに限定されない。３Ｄプリントには、コーティング機構（図示せず）を用いて基板（図示せず）に噴霧粉を散布することが含まれる。基板は、管理された雰囲気、例えば、アルゴンや、窒素や、他の適した不活性ガスや、それらの組合せなどの不活性ガスを有するチャンバ（図示せず）内に配置される。噴霧粉を、例えば、電子ビーム溶解や、レーザ溶融や、他のエネルギー源による他の溶融によって溶融して、部品１００の冷却部材１２０又は１以上の部分１１０の一部分など、３Ｄ製品の一部又は一層を形成する。この工程を繰り返すことで、冷却部材１２０又は部分１１０などの３Ｄ製品を形成する。
【００１９】
３Ｄプリントにおいて、熱可塑性物質、金属、金属材料、セラミック材料、他の適した材料、又はそれらの組合せである噴霧粉を用いることができる。噴霧粉に適した材料には、ステンレス鋼、工具鋼、コバルト・クロム、チタン、アルミニウム、それらの合金、ニッケル基超合金、又はそれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、噴霧粉の材料は、タービンシステムの高温ガス通路に適した合金の材料と一致する。冷却部材１２０の材料は、部分１１０用に選択した材料と同一でもよいし異なっていてもよい。１以上の部分１１０を第１材料から選択してもよく、冷却部材１２０を第２材料から選択してもよい。一実施形態において、第１材料は第２材料と異なっていてもよい。また、第１材料は第２材料と同一でもよい。１以上の部分１１０用の第１材料の適切な例には、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、モリブデン、アルミニウム、チタン、金、銀、ステンレス鋼、それらの合金、ニッケル基超合金、コバルト超合金、又はそれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。冷却部材１２０用の第２材料の適切な例には、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、モリブデン、アルミニウム、チタン、金、銀、ステンレス鋼、それらの合金、ニッケル基超合金、コバルト超合金、又はそれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。市販の材料の適切な例には、Ｃｏ−Ｃｒ（７０Ｃｏ、２７Ｃｒ、３Ｍｏ）、ステンレス鋼３１６、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）合金６２５及びＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）合金７１８、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）合金７３８（ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）はＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ケンタッキー州プリンストン市、より入手可能）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）（ゼネラル・エレクトリックの商標）、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）２８２（登録商標）合金（ヘインズ  インターナショナル、インディアナ州コスモ市、より入手可能）、ＵＤＩＭＥＴ（登録商標）合金５００（Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ケンタッキー州プリンストン市、より入手可能）が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態において、冷却部材１２０の材料は、１以上の部分１１０を形成する材料よりも高い熱伝導率を有するように選択してもよく、それにより効率を上げることができ、部品１００の表面３２２の温度を変化させるのに必要な流体が少なくなる。
【００２０】
３Ｄプリント法の一例は、例えば、コンピュータ支援設計プログラムの所定の設計ファイル又は３次元ファイルの２次元スライス（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｌｉｃｅ）を用いる選択的レーザ溶融である。２次元スライスの厚さにより、選択的レーザ溶融の解像度が決まる。例えば、冷却部材１２０などの所定の部品をプリントする際に、２次元スライスが厚さ２０μｍであれば、２次元スライスが厚さ１００μｍである場合よりも解像度は高くなる。一実施形態において、プリントにより形成された冷却部材１２０又は１以上の部分１１０はニアネットシェイプであり、内部に形成された１以上の冷却穴４９０、５９０及び複数の冷却チャネル１３０などの複数の冷却機能１２２を含む。図２に示すように、冷却部材１２０は翼でもよく、ニアネットシェイプを有し、内部に形成された冷却穴４９０、冷却穴５９０、及び冷却チャネル１３０などの複数の冷却機能１２２を有する。一実施形態において、冷却部材１２０を単一部品としてプリントしてもよい（図１参照）。他の実施形態において、図２及び図３に示すように、複数の冷却チャネル１３０と１以上の冷却穴４９０とを含む第１部分２６０と、必要に応じて複数の冷却穴５９０を含む１以上の第２部分２８０として、冷却部材１２０を形成してもよい。図２及び図３に示すように、第１部分２６０の１以上の冷却穴４９０を、第２部分２８０の１以上の冷却穴５９０と一直線に並べてもよい。第１部分２６０を、破線２７０で示す（図３参照）任意の適した接合技術を用いて１以上の第２部分２８０に接合してもよい。プリントされた冷却部材１２０は第１端２２２と第２端２２４とを含む。第１端２２２又は第２端２２４は、ろう付けや、溶接や、機械的連結手段などの任意の適した接合方法を用いて部分１１０に取り付けてもよいが、これらに限定されない。図１に示すように、溶接やろう付けによって、冷却部材１２０の第１端２２２は第１端部１１４に取り付けられ、冷却部材１２０の第２端２２４は第２端部１１２に取り付けられ、接続部１４０で示している。取り付けの適切な例には、アーク溶接、ビーム溶接、ろう付け、液相拡散（ＴＬＰ；transient liquid phase）接合、拡散接合が含まれるが、これらに限定されない。
【００２１】
一実施形態において、図１に示すように、冷却部材１２０は内部に形成される冷却チャネル１３０と、冷却穴４９０と、第１開口１５０すなわち供給通路と、第２開口１６０すなわち出口通路とを含む単一のプリント部品である。他の実施形態において、図２及び図３に示すように、冷却部材１２０は段階的に形成される。ある段階において、冷却チャネル１３０及び／又は冷却穴４９０及び／又は第１開口１５０及び第２開口１６０を含む複数の冷却機能１２２を含む第１部分２６０をプリントする。別の段階において、１以上の第２部分２８０を３Ｄプリント又は従来の鋳造技術を用いて形成する。上述のように、第１材料を用いて第１部分２６０を形成してもよく、第２材料を用いて１以上の第２部分２８０を形成してもよい。一実施形態において、第１材料と第２材料とは同一である。他の実施形態において、第１材料と第２材料とは異なる。第１部分２６０と１以上の第２部分２８０を形成した後、第１部分２６０と１以上の第２部分２８０とを接合線２７０に沿って接合することで、冷却部材１２０を組み立てる（図３参照）。第１部分２６０と１以上の第２部分２８０とを接合するのに、アーク溶接、ビーム溶接、ろう付け、液相拡散（ＴＬＰ）接合、拡散接合など、任意の適切な接合方法を用いることができるが、これらに限定されない。
【００２２】
図４に示すように、冷却穴４９０から冷却チャネル１３０への第１開口１５０すなわち供給通路と、冷却材が冷却チャネル１３０を出る第２開口１６０すなわち出口通路もまた、冷却部材１２０又は冷却部材１２０の第１部分２６０にプリントすることができる。第１開口１５０すなわち入口を、部品１００の全長に延びる冷却穴４９０に接続してもよい。第１開口１５０と第２開口１６０は冷却チャネル１３０によって相互に接続されている。一実施形態において、第２開口１６０は円筒形の穴でもよいが、冷却チャネル１３０を出た冷却材が部品の下流部分に被膜を作れるように形成した穴でもよい。第２開口１６０すなわち出口通路は、１つ以上の冷却チャネル１３０からの冷却材が入る溝でもよく、冷却材は溝に沿って広がり、その後膜として溝を出る（図１参照）。
【００２３】
図５を参照すると、３Ｄプリントを使用することで、部品１００の冷却部材１２０の表面３２２から約１２７μｍ（０．００５インチ）〜約７６２μｍ（０．０３０インチ）の範囲内の距離３５０に１以上の冷却チャネル１３０を配置することができる。また、３Ｄプリントにより、部品１００の冷却部材１２０の表面３２２から少なくとも約５０８μｍ（０．０２０インチ）未満の距離３５０に１以上の冷却チャネル１３０を配置することができる（図５参照）。冷却チャネル１３０と部品１００の表面３２２との間の距離３５０は、少なくとも約１２７μｍ（０．００５インチ）以下まで小さくしてもよい。冷却チャネル１３０と部品１００の表面３２２との間の距離３５０は、部品１００の冷却チャネル１３０全長にわたって一定でもよい。他の実施形態において、距離３５０は部品１００の冷却チャネル１３０の全長にわたって変化してもよい（図４参照）。距離３５０は約１２７μｍ（０．００５インチ）〜約１５２４μｍ（０．０６０インチ）でもよいし、約２５４μｍ（０．０１０インチ）〜約１２７０μｍでもよいし、約２５４μｍ（０．０１０インチ）〜約１０１６μｍでもよいし、約２５４μｍ（０．０１０インチ）〜約５０８μｍ（０．０２０インチ）でもよいし、約５０８μｍ（０．０２０インチ）未満でもよいし、約２５４μｍ（０．０１０インチ）でもよいし、約１２７μｍ（０．００５インチ）でもよい。それに対し、冷却チャネルを有する部材を形成するのに用いられる従来の鋳造方法では、冷却チャネルは表面から約２５４０μｍ（０．１００インチ）のところに配置される。
【００２４】
３Ｄプリントを用いて冷却部材１２０又は１以上の部分１１０に１以上の冷却チャネル１３０を形成すれば、冷却チャネルを部品の表面に掘削する必要がないので、製造工程が減り、時間と資源の節約になる。また、内部に冷却チャネル１３０が形成される冷却部材１２０又は１以上の部分１１０をプリントすれば、開口した冷却チャネルをインサートプレートを用いて閉鎖する必要がないので、製造工程が減り、時間と資源が削減される。また、３Ｄプリント法により、冷却チャネル１３０とその内部の１以上の流体通路３６０の形状（長さ、幅、高さ、深さ）を、冷却部材１２０内の冷却チャネル１３０の長手方向に変化させることができる。例えば、冷却チャネル１３０をある部位で収縮するか狭め、又は他の部位で広げることで、部品１００の局部的な冷却又は加熱の必要性に適合するようにしてもよい。冷却チャネル１３０の寸法を必要に応じて変更してもよく、該寸法は一端から他端まで一定である必要はない。一実施形態において、冷却チャネル１３０は、約２５４μｍ（０．０１０インチ）〜約２５４０μｍ（０．１００インチ）、又は約７６２μｍ（０．０３０インチ）〜約１５２４μｍ（０．０６０インチ）の幅及び深さを有する半円形でもよい。
【００２５】
一実施形態において、冷却部材１２０を１以上の部分１１０に接合する前に、熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）及び／又は溶体化処理の任意の工程を実行して、プリントされた冷却部材１２０又は１以上の部分１１０を強化する。ＨＩＰ操作中、孔や微小割れなどの内部の欠陥は、温度と加圧によって閉じられ修復される。溶体化処理中、有害な析出物はすべて材料マトリックス中に溶体化されることで、最良の特性を得る。これらの熱処理により、新たな結晶粒の形成により結晶粒組織を変化させることで、最終的にプリントされた冷却部材１２０を強化する。
【００２６】
図４に示すように、表面３２２を保護コーティング３４０で覆ってもよい。保護コーティング３４０は接着コーティング３４２や接着コーティング３４２に塗布される遮熱コーティング３４４など、任意の数の層を含んでもよいが、これらに限定されない。冷却部材１２０を１以上の部分１１０に接合する前に保護コーティング３４０を塗布してもよい。溶接、ろう付け、又は他の適切な機械的接合手段によって冷却部材１２０を１以上の部分１１０に接合した後に、保護コーティング３４０を塗布してもよい。
【００２７】
部品内の１以上の冷却チャネル１３０によって形成される１以上の流体通路３６０で流体を送ることで、部品１００の表面３２２を変化させ、冷却又は加熱する。形状の変更は、部品１００内の１以上の冷却チャネル１３０の長手方向の特定箇所における温度の変化を最大限又は最小限にするように設計してもよい。形状の変更により、１以上の冷却チャネル１３０によって表面３２２の熱的特性を非常に特定的に操作することができる。形状の変更により、本願明細書に開示した１つ以上の特徴を含まない方法や物と比較して、最小の費用と時間で部品設計の熱管理特性を変更することができる。
【００２８】
図６を参照すると、一実施形態において、１以上の冷却チャネル１３０は１以上の流体通路３６０を通る流体の層流を乱す１以上の機能を含んでもよい。層流を乱す１以上の機能にタービュレータ４０６を含むことができ、タービュレータ４０６は１以上の流体通路３６０の流体を中央から両側へ、また両側から中央へ混ぜ合わせて、１以上の流体通路３６０を効果的に長くする。タービュレータ４０６はまた、１以上の冷却チャネル１３０の表面積を増加して、１以上の流体通路３６０を流れる流体から表面３２２へ、又は表面３２２から１以上の流体通路３６０への熱伝達を増加することができる。タービュレータ４０６の適切な例には、フィン４１０や隆起４１２が含まれるが、これらに限定されない。タービュレータ４０６は任意の適切な形状又はサイズにすることができ、冷却チャネル１３０の１以上の内面上に、所望の効果を実現するために任意の適切な配置又は間隔で含むことができる。タービュレータ４０６は３Ｄプリント法を用いて１以上の冷却チャネル１３０内に形成して、単一の均質な部品としてもよい。
【００２９】
また、熱管理方法が提供される。この方法は、部品１００の１以上の部分１１０を形成することを含む（図１参照）。この方法は、冷却部材１２０（図１参照）又は第１部分２６０と１以上の第２部分２８０をプリントし、部品１００の冷却部材１２０（図２及び図３参照）を組み立てることを含む。この方法は、１以上の部分１１０を部品１００の冷却部材１２０に取り付けることを含む（図１参照）。この方法は、部品１００内の１以上の冷却チャネル１３０によって形成される１以上の流体通路３６０によって流体を送ることで、部品１００を冷却することを含む（図４及び図６参照）。
【００３０】
好ましい実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ、均等物をそれらの要素の代わりに用いることができることは当業者によって理解されるであろう。さらに、本発明の教示に、その本質的な範囲から逸脱することなく種々の修正を行うことで、特定の状況や材料に適合することができる。したがって、本発明は、本発明を実行するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の請求項の範囲内にあるすべての実施形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００３１】
１００  部品
１１０  部分
１１２  第２端部
１１４  第１端部
１２０  冷却部材
１２２  冷却機能
１３０  冷却チャネル
１４０  接続部
１５０  第１開口
１６０  第２開口
２２２  第１端
２２４  第２端
２６０  第１部分
２７０  接合線
２８０  第２部分
３２２  表面
３４０  保護コーティング
３４２  接着コーティング
３４４  遮熱コーティング
３５０  距離
３６０  流体通路
４０６  タービュレータ
４１０  フィン
４１２  隆起
４９０、５９０  冷却穴
【図１】
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【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】
2015067902.tif 000008
【外国語明細書】
2015067902000001.pdf