(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空室構造部（２２）を有する鋳造品（２）を、該鋳造品のデジタル式の幾何学座標の３Ｄモデルの使用下で、セラミックス製の型（１６）を用いて製造する方法であって、以下に記載のステップ、すなわち：
ａ）第１のＣＮＣ製造法により、３Ｄモデルに従ってコア（４）をＣＮＣ製造し；
ｂ）３Ｄモデルに従って決定される鋳造品体積（１２）よりも形状が大きいことを除いて、前記鋳造品（２）の形状とは無関係の任意の形状を有している容積体（８）を準備し；
ｃ）前記容積体（８）が前記コア（４）の周りに配置され、３Ｄモデルに従って加工保持装置（６）によって前記容積体（８）内に前記コア（４）を位置決めし、前記容積体（８）内にモデル材料（１０）を注入し、前記モデル材料（１０）を凝固させてモデル材料ブロックを形成し；
ｄ）第２のＣＮＣ製造法により、３Ｄモデルに従って、前記コア（４）を取り囲む凝固したモデル材料ブロックから前記鋳造品のロストモデル（１４）の外輪郭をＣＮＣ製造し；
ｅ）ロストモデル（１４）の外輪郭にセラミックス製の型（１６）を塗布し、該セラミックス製の型（１６）と前記加工保持装置（６）との位置決め結合部（１８）を形成して３Ｄモデルに従って前記加工保持装置（６）によって前記コア（４）に対して前記セラミックス製の型（１６）を位置決めし；
ｆ）前記加工保持装置（６）内の前記コア（４）の周囲の、前記セラミックス製の型（１６）から前記ロストモデル（１４）を除去し；
ｇ）前記加工保持装置（６）内の前記コア（４）の周囲の、セラミックス製の型（１６）内に金属を注入し；
ｈ）固体の鋳造品へと溶融金属を凝固させ；
ｉ）前記鋳造品から前記セラミックス製の型（１６）及び前記コア（４）を除去する
ステップを含むことを特徴とする、鋳造品を製造する方法。
【請求項２】
前記ステップｃ）において、前記容積体（８）内に、前記コア（４）を取り囲むようにして前記モデル材料（１０）を注入する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップａ）における前記第１のＣＮＣ製造法は、ＣＮＣフライス加工であり、又は例えば３Ｄプリント、選択的レーザ溶融又はレーザ焼結などの付加製造方法である、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｄ）における前記第２のＣＮＣ製造法は、ＣＮＣフライス加工である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密鋳造の分野において、中空室構造部を有する鋳造品を、セラミックス製の型を用いて製造する方法に関する。
【０００２】
精密鋳造は、公知のように、ロスト型内においてロストモデルを使用して行われる。ロスト型は、モデルの一度使用可能なセラミック被覆の形（Gestalt）で形成される。公知の方法は以下のステップを有している：
・硬質材料又は弾性材料からポジティブモデル（製造される鋳造品と同じ形を有する）を製造する；
・モデルへの液体の注ぎかけ及び液体凝固までの冷却により、一時的な型を製造する；
・モデルを取り出す；
・一時的な型の中空室内への第２の液体の注入及び液体凝固までの冷却により、一時的なモデルを形成する；
・一時的な型を溶融又は溶解する；
・固体のセラミックシェルを一時的なモデルの周りに形成するために、セラミックスにより一時的なモデルを被覆する；
・一時的なモデルを溶融又は溶解し、このときに発生する液体をセラミックシェルから排出する；
・溶融金属によりシェルの中空室を充填し、最終的な鋳造品を形成するために凝固させる。
【０００３】
ガスタービンの多くのメーカは、改善された複数壁でかつ薄壁のガスタービン羽根を超合金から製作する。このようなガスタービン羽根は、羽根内部冷却の効果を改善するため、より多くの推力を可能にするため、及び満足できる耐用寿命を得るために、複雑化された空気冷却通路を有している。米国特許第５２９５５３０号明細書及び米国特許第５５４５００３号明細書は、改善された複数壁でかつ薄壁のガスタービン羽根デザインに関し、この先行技術は、そのために複雑化された空気冷却通路を有している。
【０００４】
本発明に係る方法は、すべての形式の高価値の鋳造品の製造を可能にする。なぜならば本発明に係る方法は、鋳造品の複雑さとは無関係に、ロスト型内におけるロストモデルの形成を可能にし、同時にロストモデルの破損及び変形のおそれを排除し、変形に対して敏感なコアの使用の必要性を回避するからである。
【０００５】
精密鋳造は、銅、青銅及び金のような金属から繊密な工芸品を製造するために、数千年前に使用された、最も古くから知られている変形プロセスのうちの１つである。第二次世界大戦が、特殊化された合金から成る寸法正確な部品に対する要求を高めた時に、工業生産による精密鋳造は、１９４０年代に一般的になった。今日、複雑な形状及び内部の冷却通路ジオメトリを有する羽根及び案内面のようなガスタービン構成部材を形成するために、精密鋳造はしばしば航空工業及びエネルギ工業において使用されている。
【０００６】
精密鋳造によるガスタービン動翼及びガスタービン静翼の製造は、セラミックス製の鋳造型の製造を含む。この鋳造型は、羽根形状に相当する内面を備えた外側のセラックス製のシェルと、外側のセラックス製のシェルの内部に位置している１つ又は複数のセラミックス製のコアとを有しており、コアは、支持面の内部に形成される内側の冷却通路に相当する。セラミックス製の鋳造型に溶融合金が注入され、次いで冷却され硬化する。外側のセラミックシェル及びセラミックコアは、機械的又は化学的な方法で除去され、これによって外部の成形形状、及び、（１つ又は複数のセラミックコアの形をした）内部の冷却通路の中空形状を有する鋳造された羽根ブレードを露出させることができる。
【０００７】
極めて複雑化されかつ細かいジオメトリ及び寸法を有する型インサート及びコアを形成するために、多数の技術が存在する。同様に、インサートを型内で位置決めし保持するためにも、一連の種々様々な技術が使用される。型装置においてコアを保持するための最も広まっている技術は、小さなセラミックピンの位置決めである。このようなセラミックピンは、型又はコアと一体に又は型及びコアの両方と一体に形成されていてよく、型の表面からコアの表面に向かって延び、コアインサートを位置決め及び支持するのに役立つ。鋳造後に、鋳造品における孔は、例えば溶接又はこれに類した方法によって、好ましくは鋳造品を形成する合金によって、満たされる。
【０００８】
セラミックコアは、典型的には、セラミックス製のコア材料の適宜な液体を、射出成形、圧送成形又は注入することによって、所望のコア形状に形成される。セラミックス製のコア材料は、１つ又は複数のセラミックスパウダ、結合剤又は追加的な添加剤を有しており、これらは、相応に成形されたコア成形型内に注入される。
【０００９】
射出成形用のセラミックス製のコアは、次のようにして製造される。すなわち、まず、コアの対応する鋳造型半部において、耐摩耗性の焼入れ鋼から精密加工によって所望のコア型が形成され、次いで型半部は、所望のコア型に相応するインジェクション容積体にまとめられ、その後で、インジェクション容積体内へのセラミックスの成形材料の噴射が、圧力下で行われる。既に述べたように、成形材料は、セラミックスパウダと結合剤とから成る混合物を有している。セラミックス製の成形材料が「グリーン体（Gruenling）」に硬化された後で、両型半部は分離され、グリーン体が解放される。
【００１０】
グリーン体成形コアは、型から離型された後で、１つ又は複数のステップにおいて高温で焼成され、これによって揮発性の結合剤を除去し、コアを焼結して硬化させることができる。そして例えばニッケルベース又はコバルトベースの超合金のような金属材料の鋳造時に使用するコアが得られる。このような超合金は、通常、単結晶のガスタービン羽根を鋳造するのに使用される。
【００１１】
内部の冷却通路を備えた中空のガスタービン羽根の鋳造時に、焼成されたセラミックコアは、鋳造品内に内部の冷却通路を形成するために、セラミックス製の精密鋳造シェル型内に位置決めされる。中空の羽根の精密鋳造における焼成されたセラミックコアは、典型的には、薄い横断面の上流縁と下流縁とを備えた空気力学的に最適化された輪郭を有している。この前側の縁部領域と後側の縁部領域との間において、コアは、縦長の、しかしながらまた別の形に成形された複数の開口を有することができ、これによって、鋳造されたタービン羽根における冷却通路の画定及び製造を目的として、例えば内壁、段部、変向部、リブ及びこれに似た成形部を形成することができる。
【００１２】
焼成されたセラミックコアは、次いで公知のロストワックス法における外側の成形シェルの製造時に使用される。このとき、セラミックコアは、モデル成形型内に配置され、コアの周りにロストモデルが形成され、ワックス、熱可塑性樹脂又はこれに類したもののようなモデル材料が、コアと型の内壁との間の型内の空間に、圧力下で射出される。
【００１３】
セラミックス製の完全な鋳造型は、精密加工された焼入れ鋼から成る別の型（ワックスモデル型と呼ばれる）のまとめられた２つの半部の内部でのセラミックコアの位置決めによって形成される。この別の型は、羽根の所望の形状に相当する射出容積体を画定し、次いで溶融されたワックスが、セラミックコアの周囲でワックスモデル型内に射出される。ワックスが硬化すると、ワックスモデル型の半部は分離されて、取り除かれ、いまや羽根形状に相当するワックスモデルによって取り囲まれているセラミックコアを解放する。
【００１４】
次いで、内部にセラミックコアを備えた一時的なモデルに、シェル型を構成するステップが再び繰り返される。例えばモデル／コア構成群が、繰り返しセラミックスラリ内に浸漬され、過剰のスラリは流出させられ、セラミックスタッコ（Keramikstuck）によって砂処理（besanden）され、次いで空気乾燥させられ、これによって、アッセンブリ上に成形シェルを形成する複数のセラミックス層を形成することができる。生じる取り囲まれたモデル／コアアッセンブリは、次いで、例えば蒸気オートクレーブによってモデルを除去するステップが施され、これにより、一時的なモデルつまりロストモデルを所望のように除去することができる。その結果、内部にセラミックコアを配置された成形シェルが残る。この成形シェルは次いで、金属鋳造のための成形シェルの適切な強度を得るために、高温で焼成される。
【００１５】
ニッケルベース又はコバルトベースの超合金のような溶融金属材料が、予加熱されたシェル型内に注入されて凝固され、これによって、多結晶の又は単結晶の粒子を備えた鋳造品を形成することができる。生じる鋳造羽根ブレードは、なおセラミックコアを有しており、これによってコアの除去後に内部の冷却通路を形成することができる。コアは、洗浄又は他の汎用の技術によって除去することができる。これによって、中空に鋳造された金属製の空力学的に成形された鋳造品が生ぜしめられる。
【００１６】
この公知の精密鋳造方法は、高価でありかつ時間がかかる。新しい羽根デザインの開発には、典型的には、数ヶ月の時間と数十万ドルの投資が必要である。さらに、デザインの決定は、セラミックコアの製造時における、例えばセラミックコアの脆性に起因する、方法に基づく制限によって、かつ細かい部分が多い又は大きなコアの場合における、時間のかかる製造によって、制限されている。金属加工工業は、このような限界を確かに認識し、例えば米国特許第７４３８５２７号明細書に記載された、羽根下流縁における冷却通路を鋳造する公知の方法のように、段階的な改善を開発している。しかしながら、また市場は、ガスタービンのますます高くなる効果及び出力を望んでいるので、現在の製造プロセスの限界は、益々問題になる。
【００１７】
精密鋳造技術は、一連の不正確さを生ぜしめる。外輪郭における不正確さは、しばしば汎用の製造技術によって修正することができるのに対して、コアの、内部の構造形状における不正確さは、修正が困難であり、しばしば不正確さを排除することは不可能である。
【００１８】
内部における不正確さは、公知の要因によって生じる。不正確さの原因としては通常、コア構造体の製造時における不正確さ、製造中のワックス型におけるコアの射出成形時における不正確さ、型の取付け時における不正確さ、セラミックス製の型の疲れによる予期しない変化又は不具合、製造中、取付け中及び鋳造工程前又は鋳造工程中における取扱い中における、シェル、コア又は固定エレメントの故障が挙げられる。
【００１９】
コアインサートの正確な設計、寸法設定及び位置決めは、型の製造時における最も難しい問題である。本発明の方法は他の技術にも使用することができるが、精密鋳造のこの観点が、本発明の根底にある。
【００２０】
典型的に、鋳造型及びコアの製造において、精密なディテールを十分な解決策で確実に形成するという可能性は、制限されている。位置決めの精度、確実な寸法設定及び、細部の多い複雑な型の形成に関して、公知のシステムは極めて制限されている。
【００２１】
コアインサートは、通常、汎用のセラミックスの射出成形を使用して、又は、適宜な焼成技術によって行われるセラミックスの成形を使用して製造される成形品である。例えば金属鋳造法で得ることができる精度に比べて、精度が著しく低い点は、セラミックコアの性質である。通常のセラミック鋳造材料組成における極めて大きな収縮、又は亀裂形成、膨出及びその他の障害を生ぜしめる極めて大きな傾向のような欠陥が存在する。従って、欠陥のあるコア及びコア位置決めに起因するコントロール不能な欠点によって生ぜしめられる高い欠陥率及びスクラップ率が存在する。又は許容誤差を上回る鋳造品を修正するためには、そしてこのような鋳造品が、後加工、研削又はこれに類した作業によってそもそも修正が可能であったとしても、後加工時に少なくともかなりの手間もしくはコストが必要である。精密鋳造の生産性及び効果は、主としてこのような制限によって限定される。
【００２２】
精密鋳造の、制限を加える別の観点としては、コア及び一時的なモデルのための、通常金属製の型工具の開発にかかるかなりの準備時間や、これに関連したコストが挙げられる。特にワックス型のジオメトリ及び寸法設定、グリーン体のジオメトリ及び寸法設定、焼成された型、特にコアの最終ジオメトリを含む、型工具の個々の段階の開発、及びこれらの型工具において製造された、鋳造品の配置構成及び寸法設定は、種々様々な製造ステップ中、特にセラミックスのグリーン体の焼成中における歪み、収縮及び亀裂形成を含む、多数の変化値に関連している。当該分野における当業者が良く知っているように、これらのパラメータを予め正確に予測することは不可能であり、精密鋳造型の開発は、実験と誤謬の何回も繰り返される経験に基づくプロセスである。このようなプロセスは、複雑な鋳造品に対しては、当該プロセスを運転できるようになる前に、典型的には２０〜５０週間にわたって実施される。
【００２３】
従って、中空体の複雑な精密鋳造は、特に個別部品の製造に制限されており、比較的多数の部品数の鋳造は、通常、方法及びそのエレメント、特に型工具のサイクル数が制限されていることに基づいて、不可能である。鋳造品のデザインにおける変更は、相応の規模の工具後加工を必要とし、従って極めて高いコスト及び長い時間がかかる。
【００２４】
従来技術は、これらの問題に注目し、このような問題の発生をある程度減じる、改善されたセラミックス組成の使用において、進歩を果たした。
【００２５】
これらの技術によって改善がなされたにも拘わらず、このような技術は、鋳造工程のコストを高めることになり、望まれているすべての改善は得られていない。
【００２６】
グリーン体に対する影響、特にグリーン体の機械加工を含む技術では、セラミックス体の焼成時における寸法の変化が、いまなお一連の不正確さの原因である、ということが経験から分かっている。このような不正確さは、焼成体の望まれているジオメトリ及び寸法の実現を制限している。グリーン体の脆性のために、使用することができる技術は限られており、通常、かなりの手作業が必要になる。そしてたとえ最高の予備措置を講じ、かつ最大の注意深さをもってしても、かなりの割合のコアは、作業工程によって最終的に破壊される。
【００２７】
しかしながら特に不都合にも、従来技術の努力でさえも、型工具開発のサイクル時間を改善するため、又は、形状及び寸法に関して必要な精度を有する最終的な型工具を製造するのに必要となる、必要な繰り返しの数を減じるための、最新のレベルにまでほとんど達していない。従来技術は、規格外に位置するシェル及びコアの型を改訂するための、又は、型工具の開発プロセスを新たに受け入れることなく、デザイン変更のための型を変化させるための、効果的な技術を提供していない。
【００２８】
追加的な従来技術は、特に歯科の使用におけるワックスの粉砕を含んでいるが、このようなワックスの粉砕技術が、精密鋳造において直接的に使用されるわけではない。
【００２９】
ゆえに本発明の課題は、精密鋳造型を製造する方法、特に、改善された高い再現性、寸法安定性及び精度を有する成形コアを製造する方法を提供することである。
【００３０】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。好適な態様は、従属請求項に記載されている。
【００３１】
本発明によって得られる利点は、今までワックスモデル及びコアを噴射するのに必要であった工具の使用が回避されること、及び、高い精度及び複雑なジオメトリを有する精密鋳造型及びコアを製造するための工具開発・サイクル時間が短縮されることである。
【００３２】
本発明に係る方法の別の利点としては、精密鋳造型及び精密鋳造コアのジオメトリ及び寸法を迅速に変更することができ、これによって、その際に工具開発サイクルを繰り返すことなしに、構造変更のためのジオメトリ及び寸法を準備できることが挙げられる。
【００３３】
本発明は、中空室構造部を有する鋳造品を、該鋳造品のデジタル式の幾何学座標の３Ｄモデルの使用下で、セラミックス製の型を用いて製造する方法である。この方法は、以下に記載のステップ、すなわち：
−  （任意にまず初めに）コアの第１の（好ましくは少なくともその最後のステップにおいて鋳造技術的ではない）ＣＮＣ製造法のための、中空室構造体を製造するコアの３Ｄモデルにおけるジオメトリの適合；
ａ）（好ましくはフライス加工による又は、例えば３Ｄプリント、選択的レーザ溶融又はレーザ焼結のような付加製造方法（generatives Fertigungsverfahren）における）第１のＣＮＣ製造法における３Ｄモデルに従ったコアのコンピュータ数値制御された（ＣＮＣ）製造；
ｂ）加工保持装置におけるコアの位置決め；
ｃ）（好ましくは３Ｄモデルに応じて加工保持装置におけるコアの位置決めによって空間的に決定される、鋳造品体積を全面的に上回る）鋳造品よりも大きな容積体内への、コアを取り囲むようにしてのモデル材料（好ましくはモデルワックス）の注入、及びモデル材料の凝固；
ｄ）（好ましくは最後のステップにおいて鋳造技術的ではない）第２のＣＮＣ製造法（例えば、好ましくはフライス加工による切削加工）における、３Ｄモデルに従った、コアを取り囲む凝固したモデル材料からの鋳造品の一時的な（ロスト）モデルの外輪郭のＣＮＣ製造；
ｅ）ロストモデルの外輪郭へのセラミックス製の（好ましくは耐高温性のセラミックスから成る）型シェルの塗布、及び該セラミックス製の型と加工保持装置との位置決め結合部の形成；
ｆ）加工保持装置におけるコアの周囲の、セラミックス製の型からのロストモデルの溶融除去；
ｇ）セラミックス製の鋳造型の焼結；
ｈ）加工保持装置におけるコアの周囲の、セラミックス製の型内への溶融金属の注入；
ｉ）固体の鋳造品への溶融金属の凝固、及び
ｊ）鋳造品からのセラミックス製の型及びコアの除去、
というステップを含む。
【００３４】
例えばガスタービン羽根を精密鋳造によって本発明のように製造することは、タービン羽根の輪郭に相当する内面を有する外側のセラミックス製のシェルと、外側のセラミックス製のシェルの内部に位置決めされていて、支持面の内部に形成される内部の冷却通路に相当する１つ又は複数のセラミックス製のコアと、を備えるセラミックス製の鋳造型の製造を含む。溶融された合金が、セラミックス製の鋳造型内に注入され、次いで冷却されて、硬化する。外側のセラミックシェル及び１つ又は複数のコアは、機械的又は化学的な方法で除去され、これによって、外側の成形形状と、（１つ又は複数のコアの形状をした）内部の冷却通路の中空形状とを備えた、鋳造された羽根ブレードを露出させることができる。
【００３５】
しかしながら、本発明によれば、セラミックコアは、製造される鋳造品の３Ｄモデルに従った中空室構造体の相補型（Komlementaerform）又はネガティブ型として、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ  Computer Numeric Control）により製造される。ステップａ）のこの第１のＣＮＣ製造法において、フライス加工及び／又は、例えば３Ｄプリント、選択的レーザ溶融又はレーザ焼結のような付加製造方法を使用することができる。
【００３６】
３Ｄモデルは、任意の第１のステップにおいて、ＣＡＤを用いて、当該３Ｄモデルが精密鋳造のため及び特にＣＮＣ製造のために適するべく特に寸法設定されるように、適合させることができる。
【００３７】
（ステップａ）及び／又はｄ）における）本発明に係るＣＮＣ方法において、作業を実施する工作機械を制御するための命令は、コア及び／又はモデルの３Ｄモデルの少なくとも１つの部分に対応して、生ぜしめられる。
【００３８】
本発明によれば、ステップａ）において、再現可能な高い精度を有する少なくとも１つの成形コアインサートが、例えばセラミックス製のコアインサートの原料の注入、セラミックスの焼成、及び例えばフライス加工のような１つ又は複数の加工技術を使用した、コアエレメントの最終加工によっても形成される。
【００３９】
セラミックインサートは、均一の多孔性を有する予備焼結された又は焼結セラミックスのブロックから加工することができ、後続の処理及び取扱い中における収縮が許容される。なぜならば、予見可能だからである。すなわち、予備焼結された又は焼結セラミックスのブロックを、極めて均一なかつ極めて良好に予想可能な収縮で製造することが可能である。これは、（多孔性及び収縮特性が著しく変化する）汎用の形式で製造されたコアに比べて正確な鋳造を可能にする。
【００４０】
コアの表面は、加工後に被覆することができ、これによって、鋳造のための滑らかな成形表面を得ることができる。セラミックスの表面は、型内において初期成形される鋳造品の相応に滑らかな表面を模写する。
【００４１】
ステップｂ）において、１つ又は複数の加工されたコアインサートは、好ましくは該コアインサートに合わせて形成された加工保持装置内で位置決めされ、これによって、全体として最高の部材寸法安定性または部材寸法精度を、特にコア輪郭と外輪郭との間においても保証することができる。なぜならば、加工保持装置は、コアジオメトリと、ロストモデルの外輪郭の後続の高精度のＣＮＣ形状付与（例えばステップｄ）におけるワックスブロックのＣＮＣフライス加工）との間における少なくとも１つの基準点を決定するための基礎としても役立つからである。
【００４２】
ステップａ）において、例えば５軸ＣＮＣフライス加工機において最後のコアがフライス加工された後で、ステップｃ）においてモデル材料が、特に温度を導かれて（Temperatur-gefuehrt）、保持装置の容積体内に注入され、凝固時に、その内部に１つ又は複数のコアインサートを備えたモデル材料ブロックを形成する。このとき容積体は、好ましくは、全面的に、３Ｄモデルによる鋳造品体積を超えるような大きさを有している。鋳造品体積は、３Ｄモデルによれば、加工保持装置内におけるコアの位置によって空間的に決定されている。
【００４３】
モデル材料ブロックを含む、上に述べた加工保持装置は、その後で例えばＣＮＣ５軸フライス加工機に位置決めされ、これによって次いで行われる、ロストワックスモデルの外輪郭のフライス加工時にも、最高の加工精度を保証することができる。モデル材料ブロックは、ＣＮＣ工作機械において、部材構造に関する要求を、最高の表面品質及び寸法精度に相応して加工することができる。コアに対するステップｄ）におけるこの加工の位置精度は、既に機械構造において汎用の嵌合及び位置決め処置によって、加工保持装置におけるコアの緊締時及びＣＮＣ工作機械における加工保持装置の緊締時に保証することができる。しかしながら、代替的に又は追加的に、コアに（及び／又は加工保持装置に）、特にステップｄ）の前においてＣＮＣ工作機械によって制御される基準位置決めジオメトリが設けられていてもよく、これによって、この基準位置決めジオメトリに基づくＣＮＣ工具移動命令を方向付けること及び／又はコントロールすることができる。
【００４４】
つまりセラミックス製の完全な鋳造型は、以下のように形成される：すなわち、モデル材料用の容積型の内部におけるセラミックコアの位置決め及び、その内部における例えばワックスのようなモデル材料の鋳造によって、その硬化後に、ロスト型のブランクが生じる。ワックスが硬化すると、鋳造品の外輪郭（ほぼタービンエレメントの形状）が、ＣＮＣ方法で好ましくフライス加工される。そして内部にセラミックコアを備えたこのロストモデルは、シェル型を形成するためのステップに繰り返し使用される。例えばモデル／コア構成群は、セラミックスラリ内に繰り返し浸漬させられ、過剰のスラリは流出させられ、セラミックスタッコ又は砂によって湿潤され、次いで空気乾燥させられ、これによって、その上に型シェルが形成される複数のセラミック層を形成することができる。このようにして生じる取り囲まれたモデル／コア形態は、次いで、モデルを例えば蒸気オートクレーブによって除去するステップにもたらされ、これによって所望のように一時的なモデル又はロストモデルを除去することができ、その結果、セラミックコアが内部に配置された型シェルが残る。次いでこの型シェルが高温で焼成され、金属鋳造のための適宜な強度を有する型シェルを製造することができる。
【００４５】
ニッケルベース又はコバルトベースの超合金のような、液状の金属材料が、予加熱されたシェル型内に注入されて凝固され、これによって、同軸の又は方向付けられて凝固した多結晶のコア又は単結晶のコアを備えた鋳造品を生ぜしめることができる。このようにして鋳造された羽根は、なおセラミックコアを有しており、このコアの除去後に内部の冷却通路を形成することができる。コアは、洗浄又は汎用の技術によって、除去することができる。そして本発明によって、中空に鋳造された金属製の鋳造品が生ぜしめられる。
【００４６】
本発明の方法の最大の利点の１つは、成形品を製造するための作業時間の短縮と、型の開発プロセスの加速である。従来技術における汎用の開発の繰り返しプロセスは、本発明によれば大幅に減じられるか、又はそれどころか回避される。なぜならば、特に最終的な「正味の」型を、例えば焼結縮み及び収縮のような、セラミックスの鋳造成形技術における後での型構成工程を考慮して得る必要がないからである。最終的な型を直接製造することができるので、所望の形状及び寸法の精密鋳造品を本発明により製造することは、もはや困難でなく、また時間もかからない。特に、従来技術において必要であった試行錯誤の手順のループを回避することができる。
【００４７】
本発明のこのような及びその他の利点及び特徴については、一実施形態を示す図面を参照しながら、以下で詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】中空室構造部を有する鋳造品を製造する本発明に係る方法の連続するステップの１つを概略的に示す図である。
【図２】中空室構造部を有する鋳造品を製造する本発明に係る方法の連続するステップの１つを概略的に示す図である。
【図３】中空室構造部を有する鋳造品を製造する本発明に係る方法の連続するステップの１つを概略的に示す図である。
【図４】中空室構造部を有する鋳造品を製造する本発明に係る方法の連続するステップの１つを概略的に示す図である。
【図５】中空室構造部を有する鋳造品を製造する本発明に係る方法の連続するステップの１つを概略的に示す図である。
【図６】中空室構造部を有する鋳造品を製造する本発明に係る方法の連続するステップの１つを概略的に示す図である。
【図７】中空室構造部を有する鋳造品を製造する本発明に係る方法の、連続するステップの１つを概略的に示す図である。
【００４９】
図１によれば、最初の方法ステップで、デジタル式の幾何学座標を有する、鋳造品２（図７）の３Ｄモデル（図示せず）を使用して、第１のＣＮＣ製造法によって、つまりＣＮＣフライス加工（図示せず）によって、３Ｄモデルに従ってコア４が製造される。
【００５０】
図２によれば、次の方法ステップで、加工保持装置６内でコア４が位置決めされる。コア４の周りに容積体（Volumen）８が配置され、同様に加工保持装置６内で位置決めされかつ固定される。
【００５１】
図３によれば、次の方法ステップで、コア４を取り囲むようにモデルワックス１０が容積体８内に注入される。容積体８は、鋳造品体積（Gussteilkubatur）１２よりも大きく、モデルワックス１０は、全面的に鋳造品体積１２を超えるまでコア４を取り囲むように容積体８に注入される。鋳造品体積１２の三次元位置は、鋳造品２（図７）の３Ｄモデル（図示せず）に従って、加工保持装置６内でのコア４の位置によって決定される。
【００５２】
図４によれば、次の方法ステップで、いまやモデル材料１０がコア４の周りで凝固し、容積体８は除去される。
【００５３】
図５によれば、次の方法ステップで、鋳造品２（図７）の一時的な（ロスト）モデル１４の外輪郭がコア４の周りに製造される。つまり、凝固したモデル材料１０から、３Ｄモデル（図示せず）に従った第２のＣＮＣ製造法によって、つまり同様にＣＮＣフライス加工（図示せず）によって製造される。
【００５４】
図６によれば、次の方法ステップで、ロストモデル１４の外輪郭にセラミックス製の型１６が塗布される。このとき、セラミックス製の型１６と加工保持装置６との位置決め結合部１８が形成され、この結果、セラミックス製の型１６は、コア４に対して、鋳造品２（図７）の３Ｄモデル（図示せず）に従って寸法正確に、加工保持装置６によって位置決めされる。次の方法ステップで、コア４を取り囲むセラミックス製の型１６からロストモデル１４が除去される（コア４及びセラミックス製の型１６は引き続き加工保持装置６によって保持されかつ互いに位置決めされる）。これによって、セラミックス製のコア４の表面とセラミックス製の型１６の内面との間に、中空型２０が形成される。次の方法ステップで、この中空型２０内に、溶融金属（図示せず）が注入される。次の方法ステップで、この溶融金属が冷却される。
【００５５】
溶融金属（図示せず）は凝固して固体の鋳造品２を形成し、この鋳造品２は、図７に示すように、次の方法ステップで、該鋳造品２からのセラミックス製の型１６及びコア４の除去によって見えるようになり、大きな寸法精度を有する、コア４に相当する中空室構造部２２を有する部材として使用することができる。
【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】
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【図７】
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