(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の別個の要素を製造した後でこれらを組み立てる必要がない、二重壁翼形部鋳造用の完全な統合セラミックコアを正確且つ迅速に生産する改良プロセスを提供する。【解決手段】セラミック粒子を含むスラリを一体鋳造コア４００の幾何学形状の一部分と同等の幾何学形状を内部容積が有する金属コアダイ内に配置する段階と、スラリを硬化してセラミックコア３００の硬化した第１の部分を形成する段階と、セラミックコア３００の硬化した第１の部分を焼成して、セラミックコア３００の凝固した第１の部分を形成する段階とを含むプロセスによって製造されたセラミックコア３００の凝固した第１の部分と、レーザ固化によってセラミックコア３００の凝固した第１の部分上に配置されるセラミックコア３００の凝固した第２の部分３５０とを含む物品である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体鋳造コア（４００）において、
セラミック粒子を含むスラリを、前記一体鋳造コア（４００）の幾何学形状の一部と同等の幾何学形状を内部容積が有する金属コアダイ（２００）内に配置する段階と、
前記スラリを硬化して前記セラミックコア（３００）の硬化した第１の部分を形成する段階と、
前記セラミックコア（３００）の硬化した第１の部分を焼成して、前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分を形成する段階と、
を含むプロセスによって製造された、セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分と、
レーザ固化によって前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分上に配置される、前記セラミックコア（３００）の凝固した第２の部分（３５０）と、
を備える一体鋳造コア（４００）。
【請求項２】
前記凝固した第２の部分（３５０）が、セラミック材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の一体鋳造コア（４００）。
【請求項３】
前記セラミック材料が、アルミナ、ジルコニア、シリカ、イットリア、マグネシア、カルシア、セリア、又は前述のセラミック材料の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の一体鋳造コア（４００）。
【請求項４】
前記セラミックコア（３００）の凝固した第２の部分（３５０）が多層である、
ことを特徴とする請求項１に記載の一体鋳造コア（４００）。
【請求項５】
複数の異なる凝固部分を前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分上にレーザ固化して、前記一体鋳造コア（４００）を形成する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の一体鋳造コア（４００）。
【請求項６】
前記セラミックコア（３００）の凝固した第３、第４及び／又は第５の部分を前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分上にレーザ固化して、前記一体鋳造コア（４００）を形成する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の一体鋳造コア（４００）。
【請求項７】
セラミック粒子を含むスラリを、前記一体鋳造コア（４００）の幾何学形状の一部と同等の幾何学形状を内部容積が有する金属コアダイ（２００）内に配置する段階と、
前記スラリを硬化して前記セラミックコア（３００）の硬化した第１の部分を形成する段階と、
前記セラミックコア（３００）の硬化した第１の部分を焼成して、前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分を形成する段階と、
前記セラミックコア（３００）の凝固した第２の部分（３５０）を前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分上にレーザ固化して、前記一体鋳造コア（４００）を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項８】
複数の異なる凝固部分を前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分上にレーザ固化して、前記一体鋳造コア（４００）を形成する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記セラミックコア（３００）の凝固した第３、第４及び／又は第５の部分を前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分上にレーザ固化して、前記一体鋳造コア（４００）を形成する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
請求項７の方法によって製造された物品。
【請求項１１】
前記物品がタービン翼形部である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
物品を製造する方法であって、
セラミック粒子を含む第１のスラリを、前記一体鋳造コア（４００）の幾何学形状の一部と同等の幾何学形状を内部容積が有する金属コアダイ（２００）内に配置する段階と、
前記第１のスラリを硬化して前記セラミックコア（３００）の硬化した第１の部分を形成する段階と、
前記セラミックコア（３００）の硬化した第１の部分を焼成して、前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分を形成する段階と、
前記セラミックコア（３００）の凝固した第２の部分（３５０）を前記セラミックコア（３００）の凝固した第１の部分上にレーザ固化して、前記一体鋳造コア（４００）を形成する段階と、
前記一体鋳造コア（４００）を金属を含むワックスダイ内に配置する段階と、
前記一体鋳造コア（４００）と前記ワックスダイとの間にワックスを注入する段階と、
前記注入したワックスを冷却して、ワックス内に内包された前記一体鋳造コア（４００）を備えたワックス構成部品を形成する段階と、
セラミック粒子を含む第２のスラリ内に前記ワックス構成部品を浸漬する段階と、
前記ワックス構成部品を焼成してセラミック外側シェルを生成する段階と、
焼成プロセス中に前記ワックス構成部品から前記ワックスを除去する段階と、
前記セラミック外側シェル内に溶融金属を配置して、所望の金属物品を形成する段階と、
前記セラミック外側シェル及び前記一体鋳造コア（４００）を除去して前記物品を取り出す段階と、
を含む方法。
【請求項１３】
前記物品がタービン翼形部である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、セラミックコア、その製造方法、及びこれから製造される物品に関する。
【技術分野】
【０００２】
内部通路及び該内部通路内に空隙を有する構成部品のような複雑な幾何学形状を有する構成部品は、現在利用可能な方法を用いて鋳造するのは困難である。このような部品の製造に用いるツールは、高価で時間を要し、多くの場合著しいリードタイムを必要とする。この状況は、シェル及び１つ又はそれ以上の別個に形成されるセラミックコアを含む従来の鋳型の性質によって悪化している。セラミックコアは、鋳造中に変位する傾向があり、鋳造公差が小さく鋳造効率（収率）の低下につながる。現在利用可能な方法を用いて鋳造するのが困難な複雑な幾何学形状を有する構成部品の実施例には、ガスタービンエンジン用の中空翼形部、詳細には比較的小さな二重壁翼形部がある。ガスタービンエンジン用のこのような翼形部の実施例は、タービン及び圧縮機セクション両方のロータブレード並びにステータベーン、又は内部冷却を必要とするあらゆる部品を含む。
【０００３】
中空部品を鋳造するための現在の方法では、セラミックコアとシェルは別個に生産される。セラミックコア（中空部品の中空部分を提供するためのもの）は、最初に、セラミックを含むスラリを金属コアダイに注入することによって製造される。硬化及び焼成後、スラリは、凝固されてセラミックコアを形成する。次いで、セラミックコアは、ワックスで包まれ、セラミックシェルは、ワックスパターンの周りに形成される。次いで、セラミックコアを包むワックスが除去され、金属部品を鋳造することができるセラミック鋳型を形成する。これらの現在の方法は、高価であり、長いリードタイムを有し、更に、溶融金属でセラミック鋳型を充填する間にシェルに対するコアの移動が許容される、コアとシェルとの間の信頼性のある位置合わせに欠けることに起因して鋳造収率が低いといった欠点を有する。
【０００４】
翼形部の開発では、このような構成部品が場合によっては部品の生産中にも何回も繰り返されることが一般に必要となるので、該翼形部の開発の期間及びコストは増大することが多い。耐久性要件に適合させるために、タービン翼形部は、不十分な鋳造公差を補償する試みで厚さを増大させ且つ空気流冷却能力を高めて設計されることが多く、結果としてエンジン効率を低下させ、エンジン推力が低下することになる。タービン翼形部を鋳造するための改良方法は、翼形部冷却効率の向上及びより寸法安定性の強化を提供しながら、より広い範囲及びより優れた耐久性を備えた推進システムを可能にすることになる。
【０００５】
最近の翼形部の二重壁構造及び狭い二次流路により、タービン翼形部の鋳造で用いられている既に複雑なセラミックコアが更に複雑になる。セラミックコアは、種々の冷却路及び特徴部を表す翼形部内の種々の内部空隙と完全に一致するので、冷却回路の複雑さが増すにつれ、これに伴いより複雑になる。
【０００６】
ここで図１を参照すると、例示的な二重壁タービン翼形部１００は、タービン翼形部全体を囲む主側壁１２を含む。図１で分かるように、主側壁１２は、前縁及び後縁を含む。主側壁１２内には薄い内部壁１４がある。主側壁１２及び薄い内部壁１４は共に二重壁を形成する。理解されるように、翼形部は、複数の短チャネル隔壁１３、１５、１７、１９及び２１を含む。二重壁構造は、短チャネル隔壁１７、１９及び２１の間に形成され、これらの隔壁の端部は主側壁に付加される。図１で分かるように、主側壁１２、チャネル隔壁、及び薄い内部壁１４の間に形成された複数のチャネル１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０及び３２がある。チャネルは、空気などの流体流が翼形部を冷却することを可能にする。前縁衝突クロスオーバ孔２、中央回路二重壁衝突クロスオーバ孔４及び６、並びに後縁衝突クロスオーバ孔８など、隔壁内に配置された幾つかの衝突クロスオーバ孔が存在し、これらを通って空気が流れて翼形部の冷却を更に行うことができる。
【０００７】
図１で分かるように、例示的な二重壁翼形部は、翼弦中央領域内に４つの衝突キャビティ２２、２４、２６及び２８を含む。衝突キャビティ２２、２４、２６及び２８は、主側壁１２と薄い内部壁１４との間に形成される。図１の二重壁構造物は、タービン翼形部の動作中に十分な冷却をもたらすが、単独での動作中に冷却通路２２、２４、２６及び２８の全ての特徴部を含むセラミックコアを製造するのは困難である。
【０００８】
従って、二重壁構造物は、コアダイを用いて完全な統合セラミックコアを形成することができないので、製造が困難である。その代わりに、セラミックコアは、複数の別個の要素として製造されて、次いで完全な統合セラミックコアに組み立てられる。そのため、この製造方法は時間を要し、収率の低いプロセスである。
【特許文献１】米国特許第３，２２０，９７２号公報
【特許文献２】米国特許第３，５１６，９４６号公報
【特許文献３】米国特許第３，７１５，３３４号公報
【特許文献４】米国特許第３，７７５，４５２号公報
【特許文献５】米国特許第４，２８８，３４５号公報
【特許文献６】米国特許第４，３２３，７５６号公報
【特許文献７】米国特許第４，４２１，９０３号公報
【特許文献８】米国特許第４，７２４，２９９号公報
【特許文献９】米国特許第４，７３０，０９３号公報
【特許文献１０】米国特許第５，０１４，７６３号公報
【特許文献１１】米国特許第５，０３８，０１４号公報
【特許文献１２】米国特許第５，０４３，５４８号公報
【特許文献１３】米国特許第５，３３７，５６８号公報
【特許文献１４】米国特許第５，３９７，２１５号公報
【特許文献１５】米国特許第５，９３１，６３８号公報
【特許文献１６】米国特許第６，０１７，１８６号公報
【特許文献１７】米国特許第６，２５４，３３４  Ｂ１号公報
【特許文献１８】米国特許第６，２６９，５４０  Ｂ１号公報
【特許文献１９】米国特許第６，２８３，７１３  Ｂ１号公報
【特許文献２０】米国特許第６，３３８，６０９  Ｂ１号公報
【特許文献２１】米国特許第６，３７９，５２８  Ｂ１号公報
【特許文献２２】米国特許第６，４０２，４６４  Ｂ１号公報
【特許文献２３】米国特許第６，４１９，４４６  Ｂ１号公報
【特許文献２４】米国特許第６，４２９，４０２  Ｂ１号公報
【特許文献２５】米国特許第６，５０２，６２２  Ｂ２号公報
【特許文献２６】米国特許第６，５０４，１２７  Ｂ１号公報
【特許文献２７】米国特許第６，５１１，２９４  Ｂ１号公報
【特許文献２８】米国特許第６，５４６，７３０  Ｂ２号公報
【特許文献２９】米国特許第６，５６１，７６１  Ｂ１号公報
【特許文献３０】米国特許第６，６２６，２３０  Ｂ１号公報
【特許文献３１】米国特許第６，６６９，４４５  Ｂ２号公報
【特許文献３２】米国特許第６，９７４，３０８  Ｂ２号公報
【特許文献３３】米国特許第７，１３４，８４２  Ｂ２号公報
【特許文献３４】米国特許出願公開第２００５／０００６０４７  Ａ１号公報
【特許文献３５】米国特許出願公開第２００５／００７０６５１  Ａ１号公報
【特許文献３６】米国特許出願公開第２００５／０１５６３６１  Ａ１号公報
【特許文献３７】米国特許出願公開第２００５／０２０５２３２  Ａ１号公報
【特許文献３８】米国特許出願公開第２００６／００６５３８３  Ａ１号公報
【特許文献３９】米国特許出願公開第２００６／０１５３６８１  Ａ１号公報
【特許文献４０】米国特許出願公開第２００６／０２３３６４１  Ａ１号公報
【非特許文献１】HARVEY ET AL; "Non-Axisymmetric Turbine End Wall Design: Part 1 Three-Dimensional Linear Design System; ASME Paper; 99-GT-337; Presented at the International Gas Turbine  & Aeroengine Congress & Exhibition, Indianapolis,Indiana; 8 pages; June 7-June 10, (1999)
【非特許文献２】KRAUSS ET AL; "Rheological Properties of Alumina Injection Feedstocks!; Materials Research; 8; pp 187-189; (2005)
【非特許文献３】SIEVERDING; "Secondary Flows in Straight and Annular Turbine Cascades!; in Thermodynamics and Fluid Mechanics of Turbomachinery, Volume II; Eds. A. S. Ucer, P. Stow, and Ch. Hirsch; NATP ASI Series; Martinus Nijhoff Publishers; pp 621-664 (1985)
【非特許文献４】SHIH ET AL; "Controlling Secondary-Flow Structure by Leading-Edge Airfoil Fillet and Inlet Swirl to Reduce Aerodynamic Loss and Surface Heat Transfer"; Transactions of the ASME; 125; pp 48-56; January (2003)
【非特許文献５】TAKEISHI ET AL; "An Experimental Study of the Heat Transfer and Film Cooling on Low Aspect Ratio Turbine Nozzles"; The American Society of Mechanical Engineers, 345 E. 47th St., New York, N. Y. 10017; ASME Paper 89-GT-187; Presented at the Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, June 4-8, Toronto, Ontario Canada; 9 pages (1989)
【非特許文献６】THEILER, ET AL.; "Deposition of Graded Metal Matrix Composites by Laser Beam Cladding"; BIAS Bremen Institute of Applied Beam Technology, Germany; http://www.bias.de/WM/Publikationen/Deposition%20f%20graded.pdf; 10 pages; June 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、複数の別個の要素を製造した後でこれらを組み立てる必要がない、二重壁翼形部鋳造用の完全な統合セラミックコアを正確且つ迅速に生産する改良プロセスを有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で開示されるのは、セラミック粒子を含むスラリを一体鋳造コアの幾何学形状の一部分と同等の幾何学形状を内部容積が有する金属コアダイ内に配置する段階と、スラリを硬化してセラミックコアの硬化した第１の部分を形成する段階と、セラミックコアの硬化した第１の部分を焼成して、セラミックコアの凝固した第１の部分を形成する段階とを含むプロセスによって製造されたセラミックコアの凝固した第１の部分と、レーザ固化によってセラミックコアの凝固した第１の部分上に配置されるセラミックコアの凝固した第２の部分とを含む物品である。
【００１１】
本明細書で開示されるのは、セラミック粒子を含むスラリを一体鋳造コアの幾何学形状の一部分と同等の幾何学形状を内部容積が有する金属コアダイ内に配置する段階と、スラリを硬化してセラミックコアの硬化した第１の部分を形成する段階と、セラミックコアの硬化した第１の部分を焼成して、セラミックコアの凝固した第１の部分を形成する段階と、セラミックコアの凝固した第２の部分をセラミックコアの凝固した第１の部分上にレーザ固化して、一体鋳造コアを形成する段階とを含む一体鋳造コアを製造する方法である。
【００１２】
本明細書で開示されるのは、セラミック粒子を含む第１のスラリを一体鋳造コアの幾何学形状の一部分と同等の幾何学形状を内部容積が有する金属コアダイ内に配置する段階と、第１のスラリを硬化してセラミックコアの硬化した第１の部分を形成する段階と、セラミックコアの硬化した第１の部分を焼成して、セラミックコアの凝固した第１の部分を形成する段階と、セラミックコアの凝固した第２の部分をセラミックコアの凝固した第１の部分上にレーザ固化して、一体鋳造コアを形成する段階と、金属を含むワックスダイ内に一体鋳造コアを配置する段階と、一体鋳造コアとワックスダイとの間にワックスを注入する段階と、注入したワックスを冷却してワックス内に内包された一体鋳造コアを備えたワックス構成部品を形成する段階と、セラミック粒子を含む第２のスラリ内にワックス構成部品を浸漬する段階と、ワックス構成部品を焼成してセラミック外側シェルを生成する段階と、焼成プロセス中にワックス構成部品からワックスを除去する段階と、セラミック外側シェル内に溶融金属を配置して所望の金属物品を形成する段階と、セラミック外側シェル及び一体鋳造コアを除去して、物品を取り出す段階とを含む物品の製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を説明する文脈において（特に以下の請求項の関連において）、数詞が無い場合は、本明細書で特に指定しない限り又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数と複数の両方を包含するものと解釈すべきである。数量に関して用いる修飾語「約」は、記載の数値を含め、文脈によって決定付けられる意味を有する（例えば、特定の量の測定に付随するある程度の誤差を含む）。本明細書で開示される全ての範囲は終点を含めるが、該終点は単独で互いに組み合わせることができる。
【００１４】
本明細書では、セラミックコアのセクションのレーザ固化を含む、タービン翼形部の鋳造におけるセラミックコアの製造方法が開示される。例示的な実施形態では、セラミックコアの第１の部分は、スラリを金属コアダイの一部分に注入することによって製造される。スラリは、硬化されて焼成され、セラミックコアの第１の部分を形成する。第１の部分は、一般に、セラミックコアの主要部分であり、すなわち、他の部分（例えば、付加される第２、第３、第４、及び他の部分）よりも一体鋳造コアの大部分を含む。次いでセラミックコアの第２の部分は、レーザ固化によりセラミックコアの第１の部分上に配置され、一体鋳造コアを形成する。第２の部分はまた、セラミックコアの２次部分と呼ばれる。レーザ固化によるセラミックコアの製造は、従来の製造プロセスで行われるような、コアを複数の要素へ分解した後、１つの統合コアへ組立てるのを防ぐことによって製造精度及び速度を改善する。
【００１５】
セラミックコアの第１の部分（主要部分）を製造するのに用いられる金属コアダイは、一般に、スラリがチャネルに入るのを防ぐ充填剤で遮断又は充填したチャネルを選択している。或いは、金属コアダイは、必要に応じて特定の選択チャネルなしに構築することができる。一般に、金属コアダイの開口部が硬化コアダイを再度覆うのを防止するこれらのチャネルを遮断することが望ましい。次いでセラミック粒子を含むスラリは、金属コアダイ内に配置される。
【００１６】
金属コアダイ（セラミックコアの第１の部分を生産するのに用いられる）は、一般に、一体鋳造コアの全容積の約５０％以上である、全容積を含むチャネルを含むのが望ましい。１つの実施形態では、金属コアダイのチャネルの全容積は、一体鋳造コアの全容積の約６０％以上である。別の実施形態では、金属コアダイのチャネルの全容積は、一体鋳造コアの全容積の約７０％以上である。
【００１７】
スラリは、一般に、焼成すると凝固して、形状及び容積が金属コアダイの内部形状及び容積と実質的に同一である凝固したセラミックコアを形成するセラミックの粒子を含む。次いで、金属コアダイの隙間及びチャネルに配置されているスラリは、硬化されて、セラミックコアの硬化した第１の部分を形成する。スラリが硬化すると、金属コアダイは除去される。
【００１８】
こうして得られたセラミックコアの硬化した第１の部分は焼成されて、セラミックコアの凝固した第１の部分を得る。次いで、レーザ固化によりセラミックコアの第２の部分（二次部分）がセラミックコアの第１の部分の上に配置され、一体鋳造コアを形成する。
【００１９】
次に、統合セラミックコアがワックスダイの内側に配置される。ワックスダイは金属製である。ワックスは、一体鋳造コアと金属との間に注入される。ワックスを冷却させる。次いで、ワックスダイがワックス構成部品を残して除去され、一体鋳造コアはワックス内に内包される。次に、ワックス構成部品は、インベストメント鋳造プロセスを受け、セラミックスラリ内に繰り返し浸漬され、内面が所望の構成部品の外面に対して幾何学形状が一致したセラミックスラリ被膜を形成する。次いで、セラミックスラリ被膜の内側に配置されたワックス構成部品が焼成プロセスを受け、ここでワックスがセラミック鋳型を残して除去される。次に、溶融金属は、セラミック鋳型に注入されて、所望の金属構成部品を生成することができる。上述のように、構成部品は、例えばタービン翼形部などのタービン構成部品とすることができる。
【００２０】
ここで図２を参照すると、セラミックコアの第１の部分を製造するための金属コアダイ２００は、複数のコアダイ２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０を含む。図２に示すように、複数のコアダイ２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０を組み合わせると、これらは、複数の短チャネル隔壁１１３、１１５、１１７、１１９及び１２１を含む金属コアダイ２００を提供する。同様に、金属コアダイ２００内に含まれるのは、複数のコアダイ間に形成された複数のチャネル１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１３０及び１３２である。
【００２１】
スラリは、金属コアダイ２００に鋳造される。スラリを硬化すると、セラミックコアの硬化した第１の部分は、金属コアダイから除去される。次いでセラミックコアの硬化した第１の部分は焼成を受け、セラミックコアの凝固した第１の部分を形成する。図３は、金属コアダイ２００から得られるセラミックコア３００の凝固した第１の部分の例示的な図である。
【００２２】
図４から分かるように、一体鋳造コアを形成する幾何学形状及び容積を有する凝固した第２の部分３５０は、次に、レーザ堆積プロセス中の凝固した第１の部分上に配置される。図４は、セラミックコア３５０の凝固した第２の部分が上に配置されて一体鋳造コア４００を形成した、セラミックコア３００の凝固した第１の部分を示す例示的な図である。
【００２３】
上述のように、凝固した第２の部分３５０（二次部分）は、レーザ固化プロセスによって調製される。このようなプロセスは、一般に種々の他の名称で呼ばれる。これらは、「レーザクラッディング」、「レーザ溶接」、レーザエンジニアリングネット成形」、及び同様のものを含む。（「レーザ固化」、又は「レーザ堆積」は、通常本明細書で用いる用語である）。プロセスの非限定的実施例は、引用により本明細書に組み込まれる以下の米国特許で提供され、すなわち、：第６，４２９，４０２号（Ｄｉｘｏｎ他）、第６，２６９，５４０号（Ｉｓｌａｍ他）、第５，０４３，５４８号（Ｗｈｉｔｎｅｙ他）、第５，０３８，０１４号（Ｐｒａｔｔ他）、第４，７３０，０９３号（Ｍｅｈｔａ他）、第４，７２４，２９９号（Ｈａｍｍｅｋｅ）及び第４，３２３，７５６号（Ｂｒｏｗｎ他）。レーザ固化に用いる機器及びプロセスは、引用により全体が本明細書に組み込まれる、米国出願シリアル番号１１／２４０，８３７及び１１／１７２，３９０に詳細に記載されている。
【００２４】
一般に、レーザビーム固化プロセスは、基板の表面上の溶融プールへの消耗粉末又はワイヤーの送給を含む。基板は、通常、プロセスによって形成されることになる物品のベース部分である。本達明の場合、セラミックコアの凝固した第１の部分は、レーザ固化が起こる基板表面を提供する。溶融プールは、高強度の熱源を提供するレーザビームとの相互作用によって生成され維持される。基板は、ビームに対して走査される。走査が進むにつれて、溶融基板領域及び溶融堆積材料は凝固し、クラッドトラックが表面上に堆積される。連続したトラックを並置して堆積することによって層が連続して形成される。多層構造体は、複数トラックを重ねて堆積することによって生成される。
【００２５】
レーザ固化プロセスで用いるセラミックコア材料は、一般に粉末形態である。一般に、凝固した第２の部分３５０にはあらゆるセラミック材料を用いることができる。一般に、好適な浸出材料を用いて除去することができるセラミックを使用することが望ましい。所望のセラミック材料に対する前駆体を用いてもよい。好適なセラミックの実施例には、アルミナ、ジルコニア、シリカ、イットリア、マグネシア、カルシア、セリア、又は同様のもの、或いは前述の少なくとも１つを含む組み合わせが含まれる。アルミナ及びアルミナ含有混合物は、多くの場合好ましいコア材料である。セラミックコア材料はまた、バインダーなどの種々の他の添加剤を含むことができる。以下に更に記載するように、セラミック材料の粉末粒径は、大部分は粉末のタイプ及びレーザ堆積装置のタイプによって決まることになる。
【００２６】
レーザ固化によって堆積されるセラミックコアの凝固した第２の部分は、一般に、金属コアダイへのスラリの鋳造前に遮断されるチャネル又は隙間の大きさを有する。
【００２７】
１つの実施形態では、複数の異なる凝固した部分は、セラミックコアの凝固した第１の部分上にレーザ固化されて、一体鋳造コアを形成することができる。別の実施形態では、セラミックコアの凝固した第３、第４及び／又は第５の部分は、レーザ固化によってセラミックコアの凝固した第１の部分に付加することができる。次いで、一体鋳造コアを用いて、上述のように所望の構成部品又は物品を製造することができる。本方法はまた、二重壁タービンン翼形部用の一体鋳造コアを製造するのに有利に用いることができる。
【００２８】
１つの実施形態では、レーザ固化によって付加されたセラミックコアの部分は、一般に、一体鋳造コアの全容積の５０％よりも小さな容積を有する。別の実施形態では、レーザ固化によって付加されたセラミックコアの部分は、一般に、一体鋳造コアの全容積の３０％よりも小さな容積を有する。更に別の実施形態では、レーザ固化によって付加されたセラミックコアの部分は、一般に、一体鋳造コアの全容積の２０％よりも小さな容積を有する。更に別の実施形態では、レーザ固化によって付加されたセラミックコアの部分は、一般に、一体鋳造コアの全容積の５％よりも小さな容積を有する。
【００２９】
一体鋳造コアを形成する本方法は、従来のコアダイプロセスを用いて、より低コストでより高収率のセラミックコアの凝固した第１の部分を生産することができるので有利である。レーザ固化は、追加の組立体要件なしでコアの主要部分上にセラミックコアの二次部分の堆積を可能にする。
【００３０】
本発明は、例示的な実施形態を参照しながら説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更がなされ、本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は、当業者であれば理解されるであろう。加えて、本発明の本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して特定の状況又は内容を適応させるために多くの修正を行い得る。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】二重壁タービン翼形部の例示的な断面図。
【図２】セラミックコアの凝固した第１の部分を製造するための金属コアダイの断面図。
【図３】金属コアダイから得られるセラミックコアの凝固した第１の部分の断面図の例示的な図。
【図４】セラミックコアの凝固した第１の部分とするようにその上に配置して一体鋳造コアを形成したセラミックコアの凝固した第２の部分とを示す例示的な断面図。
【符号の説明】
【００３２】
２、４、６、８  衝突クロスオーバ孔
１２  側壁
１３、１５、１７、１９、２１、１１３、１１５、１１７、１１９、１２１  チャネル隔壁
１４  内部壁
１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４、１３０、１３２  チャネル
１００  二重壁タービン翼形部
１１２  
２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０  コアダイ
３００  セラミックコア
３５０  第２の部分
４００  一体鋳造コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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