(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼又は合金鋼のうちの少なくとも１つを含む第１の部分（４）と、
前記第１の部分（４）に接合すると共に、ニッケル合金を含み、内部を貫通して延びる弧状冷却特徴部（１０）を含み、前記第１の部分（４）の熱膨張係数から２５％未満だけ逸脱する熱膨張係数を有する、第２の部分（６）と、
を備えるターボ機械構成要素（２）であって、
前記弧状冷却特徴部（１０）は、前記第２の部分（６）の内部に配置され、冷却媒体の一部を前記ターボ機械構成要素（２）の漏出領域（１８）に向けるようになっている、ターボ機械構成要素（２）。
【請求項２】
前記第２の部分（６）を前記第１の部分（４）に接合する溶接継手（８）又はろう付け継手をさらに備える、請求項１に記載のターボ機械構成要素（２）。
【請求項３】
前記第１の部分（４）及び前記第２の部分（６）は、集合的にガスタービンシュラウド（１２）を形成する、請求項１又は請求項２に記載のターボ機械構成要素（２）。
【請求項４】
前記ガスタービンシュラウド（１２）に結合したターボ機械翼形部（１４）をさらに備える、請求項３に記載のターボ機械構成要素（２）。
【請求項５】
前記ターボ機械翼形部（１４）及び前記ガスタービンシュラウド（１２）は、バケット（１６）又はノズルを形成する、請求項４に記載のターボ機械構成要素（２）。
【請求項６】
ターボ機械構成要素（２）の第１の部分（４）を鍛造又は鋳造する段階と、
前記ターボ機械構成要素（２）の第２の部分（６）を付加製造する段階であって、前記第２の部分（６）の内部に弧状冷却特徴部（１０）を形成する段階を含み、前記第２の部分（６）は前記第１の部分（４）の熱膨張係数から２５％未満だけ逸脱する熱膨張係数を有する材料で作られており、前記弧状冷却特徴部（１０）は、前記第２の部分（６）の内部に配置され、冷却媒体の一部を前記ターボ機械構成要素（２）の漏出領域（１８）に向けるようになっている、段階と、
前記第２の部分（６）を前記第１の部分（４）に接合する段階と、
を含む方法。
【請求項７】
前記第１の部分（４）を鍛造又は鋳造する段階は、ステンレス鋼又は合金鋼のうちの少なくとも１つから鍛造又は鋳造する段階を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の部分の材料（６）はニッケル合金を含む、請求項６又は請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記付加製造する段階は、前記ターボ機械構成要素（２）の前記第２の部分（６）を３次元プリンティングする段階を含む、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ガスターボ機械に関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は、ガスターボ機械の構成要素及びこのような構成要素を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスターボ機械構成要素は、所望の耐用年数を実現するために非常に高い温度に耐えるように設計される。このような耐熱性能のいくつかは材料の種類を考慮し、いくつかは構成要素の冷却特徴部の組み込み及び設計を考慮する。しかしながら、材料が高騰し、このような材料の加工能力がより厳しくなるにつれて、所望の耐用年数を有するガスターボ機械構成要素を製造するコストは、ますます難しくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８２４５５１９号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本開示の種々の実施形態は、ターボ機械構成要素及びこのような構成要素を形成する方法を含む。いくつかの実施形態は、ステンレス鋼又は合金鋼のうちの少なくとも１つを含む第１の部分と、第１の部分に接合すると共に、ニッケル合金を含み、内部を貫通して延びる弧状冷却特徴部を含み、第１の部分の熱膨張係数と実質的に類似した熱膨張係数を有する、第２の部分と、を備えるターボ機械構成要素を含み、弧状冷却特徴部は、第２の部分の内部に配置され、冷却媒体の一部をターボ機械構成要素の漏出領域に向けるようになっている。
【０００５】
本発明の第１の態様は、ステンレス鋼又は合金鋼のうちの少なくとも１つを含む第１の部分と、第１の部分に接合すると共に、ニッケル合金を含み、内部を貫通して延びる弧状冷却特徴部を含み、第１の部分の熱膨張係数と実質的に類似した熱膨張係数を有する、第２の部分と、を備えるターボ機械構成要素を含み、弧状冷却特徴部は、第２の部分の内部に配置され、冷却媒体の一部をターボ機械構成要素の漏出領域に向けるようになっている。
【０００６】
本発明の第２の態様は、ターボ機械構成要素の第１の部分を鍛造又は鋳造する段階と、ターボ機械構成要素の第２の部分を付加製造する段階であって、第２の部分の内部に弧状冷却特徴部を形成する段階を含み、第２の部分は第１の部分の熱膨張係数と実質的に類似した熱膨張係数を有する材料で作られており、弧状冷却特徴部は、第２の部分の内部に配置され、冷却媒体の一部をターボ機械構成要素の漏出領域に向けるようになっている、段階と、第２の部分を第１の部分に接合する段階と、を含む方法を有する。
【０００７】
本発明の第３の態様は、ターボ機械構成要素のあるセクションを付加製造する段階であって、セクションの内部に弧状冷却特徴部を形成する段階を含み、弧状冷却特徴部は、セクションの内部に配置され、冷却媒体の一部をターボ機械構成要素の漏出領域に向けるようになっている、段階と、ターボ機械構成要素のセクションをターボ機械構成要素の予め形成されたベースセクションに接合する段階と、を含む方法を有し、ターボ機械構成要素のセクションの熱膨張係数とベースセクションの熱膨張係数とは実質的に類似している。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴は、本開示の種々の実施形態を示した添付図面を参照しながら、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の種々の実施形態によるターボ機械構成要素の分解された３次元斜視図。
【図２】本開示の種々の実施形態による図１のターボ機械構成要素の一部が透過された３次元斜視図。
【図３】本開示の種々の実施形態による図１−２のターボ機械構成要素の一部の３次元斜視図。
【図４】本開示の種々の実施形態による図１−３のターボ機械構成要素の一部の拡大３次元斜視図。
【図５】本開示の種々の実施形態による図１−３のターボ機械構成要素の一部の第２の拡大３次元斜視図。
【図６】本開示の種々の実施形態によるターボ機械バケットセットの３次元斜視図。
【図７】本開示の種々の実施形態によるプロセスを示すフローチャート。
【図８】本開示の種々の実施形態によるターボ機械構成要素を表すコードを記憶する非一時的な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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の図面は必ずしも縮尺通りではない点に留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１１】
前述のように、本明細書に開示される主題は、ガスターボ機械に関する。より具体的には、本明細書に開示される主題は、ガスターボ機械の構成要素及びこのような構成要素を製造する方法に関する。
【００１２】
従来の方法とは対照的に、本開示の種々の態様は、（ガス）ターボ機械構成要素の、例えば高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素の冷却特徴部、及びこのような構成要素を含んで形成されるターボ機械構成要素を形成するための方法を含む。種々の特定の態様は、従来の鍛造又は鋳造によってターボ機械構成要素の一部を形成すること、及び付加製造を使用してターボ機械構成要素の残余部（第２の部分）を形成することを含み、第２の部分は冷却特徴部を含んでいる。このプロセスは、冷却特徴部を形成した後に第１の部分と第２の部分を接合することをさらに含むことができる。
【００１３】
種々の実施形態において、冷却特徴部は、緩やかな又は弧状の通路を含むことができ、これによって冷却媒体が構成要素を通って流れることができ、熱を構成要素から有効に逃がすことができる。種々の実施形態において、構成要素の第１の部分及び構成要素の第２の部分は、同じ材料で形成することができる。しかしながら、種々の実施形態において、第２の部分は、第１の部分とは異なる材料で形成されるが、第２の部分の熱膨張係数は、第１の部分とほぼ同じ（又は類似）である。例えば、熱膨張係数は、約５−２５％だけ異なることができる。種々の他の実施形態によれば、追加の冷却管理構成を使用して第１の部分の材料と第２の部分の材料との間の熱膨張係数の何らかの差の影響を低減できることを理解されたい。これらの他の実施形態によって、第１の部分の材料と第２の部分の材料との熱膨張係数の差を１０％よりも大きくことができる。
【００１４】
場合によっては、第１の部分は、ステンレス鋼又は合金（例えば、米国インディアナ州ココモ所在のＨａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手可能なＨＲ−１２０合金）で作ることができる。種々の実施形態において、第２の部分はニッケル合金（例えば、米国ニューヨーク州ニューハートフォード所在のＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＩＮ−６２５又はＩＮ−６１７、又はＨａｙｎｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手可能なＨ−２３０、Ｈ−２８２、又はＨＸ合金）で作ることができる。
【００１５】
種々の実施形態において、ターボ機械構成要素は、ターボ機械（例えば、ガスターボ機械）ブレード（又はバケット）のシュラウドを含むことができる。従来から知られているように、シュラウドは、ブレードの半径方向外側部分に配置されかつターボ機械の内部で回転する際にブレードの先端を保護する。種々の実施形態において、ターボ機械構成要素は、第１段ブレードに関するシュラウド（第１段シュラウド（Ｓ１Ｓ））又は第２段ブレードに関するシュラウド（第２段シュラウド（Ｓ２Ｓ））を含むことができる。
【００１６】
以下の説明において、その一部を形成し、本発明の教示を実施できる特定の例示的な実施形態を例証として示した添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明の教示を実施できるほど十分に詳細に説明されており、他の実施形態も使用可能であり、本発明の教示から逸脱することなく変更を行い得ることを理解すべきである。従って、以下の説明は本発明の種々の態様の単なる例証に過ぎない。
【００１７】
本明細書で使用される用語「軸方向」及び／又は「軸方向に」とは、物体の軸Ａに沿った相対的な位置／方向を意味し、これはターボ機械（特に、ロータセクション）の回転軸に実質的に平行である。さらに、本明細書で使用される用語「半径方向」及び／又は「半径方向に」とは、物体の軸（ｒ）に沿った相対的な位置／方向を意味し、これは軸Ａに対して実質的に垂直であり、１つの地点でのみ軸Ａと交差する。加えて、用語「周方向」及び／又は「周方向に」は、軸Ａを囲むが軸Ａとは何れの地点でも交差しない円周に沿った物体の相対的な位置／方向を意味する。
【００１８】
図１は、分解されたターボ機械構成要素２の３次元斜視図を示し、例示的に構成要素の２つの部分（セクション）の分離を示す。図２は、ターボ機械構成要素２を部分的に透過な３次元斜視図で示す。図１及び図２に示すようにターボ機械構成要素２（例えば、ガスターボ機械の高温ガス経路セクションであるガスターボ機械構成要素）は、ａ）ステンレス鋼又はｂ）合金鋼のうちの少なくとも１つで作られた第１の部分４を含むことができる。第１の部分４は、本明細書に記載の種々の実施形態に従って作ることができ、例えば、第１の部分４は、ステンレス鋼又は合金鋼から鍛造又は鋳造することができる。第１の部分４は、第２の部分６（図１では別々に示す）に例えば、ろう付け又は溶接継手８で接合される。第２の部分６は、図３−５の３次元斜視図に詳細に示されている。
【００１９】
第２の部分６は、ニッケル合金又は類似の熱膨張特性の材料で作ることができ、さらに第１の部分４とは別個に付加製造することができる。種々の実施形態において、本明細書に記載のように、第２の部分６は、本明細書に詳細に記載した特定の冷却特徴部１０（図３−５）の形成が可能な３次元プリンティングプロセス又は他の付加製造プロセスを使用して形成することができる。第２の部分６を形成する材料は、第１の部分４を形成するのに使用される材料と実質的に類似の熱膨張係数（又は、熱伝達係数）を有することができる。種々の実施形態において、第２の部分６は、第１の部分４とは異なる材料で作ることができ、これは、第２の部分６を付加製造で加工することができるより安価な材料（例えば、ニッケル合金又は類似の熱伝導性材料）で作ることができるので、ターボ機械構成要素２の全体コストを低減するのを助けることができる。しかしながら、第２の部分６を形成する材料を第１の部分４を形成する材料とは異なる材料とすることができるが、２つの材料は、実質的に同じ熱膨張係数を有することができ、換言すると、第２の部分６は、第１の部分４の熱膨張係数から約２５％未満で変化する熱膨張係数を有することができる。本明細書で説明するように、種々の他の実施形態によれば、付加的な冷却管理構成を利用して、第１の部分の材料と第２の部分の材料との間の熱膨張係数の差の影響を低減することができる。これらの他の実施形態により、第１の部分の材料と第２の部分の材料との間の熱膨張係数の差を２５％よりも大きくすることができる。
【００２０】
集合的に、第１の部分４及び第２の部分６は、図６の３次元斜視図に例示するターボ機械バケットシュラウド（又は簡単にシュラウド）１２を形成することができる。本明細書に記載するように、シュラウド１２は、従来の接合技術（例えば、溶接、ろう付け等）を用いてターボ機械翼形部１４に結合でき、ターボ機械バケット（又はノズル）１６（複数のバケット／ノズルが示されている）を形成するようになっている。もしくは、同様の方法を使用いて、２つの別個の部品（例えば、単純に第１の部分４及び第２の部分６）として又は端壁の全体を第２の部分６に関して説明したように形成することのいずれかで、１又は複数のノズル端壁の一部を形成することができる。従って、これらの端壁は、ターボ機械翼形部に接合することができ、完全なターボ機械ノズルを形成する。
【００２１】
図３−５に示すように、第２の部分６は、複数の冷却特徴部１０、特に、冷却媒体の一部をターボ機械構成要素２（シュラウド）の漏出領域に向けるための少なくとも１つの弧状冷却特徴部１０Ａを含むことができる。漏出領域１８は、ターボ機械シュラウド１２のセット（図６）のうちの隣接するシュラウド１２の接合部の近くに位置決めされる。換言すると、漏出領域１８は、従来から知られているようにガスが主として翼形部１４に衝突して、ブレードがロータの周りを回転する際にブレードの機械的な動きに影響を与える高温ガス経路（ＨＧＰ）領域２０とは異なる。漏出領域１８は、図６に示すように、隣接するバケットシュラウド１２の間に位置決めされる。
【００２２】
種々の従来式冷却経路は、冷却媒体をＨＧＰ領域２０に向けるが、これは冷却媒体の非効率的な使用につながる。対照的に、種々の冷却特徴部１０、例えば弧状冷却特徴部１０Ａは、冷却媒体の流れを隣接するシュラウドの間の漏出領域１８に向けることができるので、冷却媒体は、漏出流れ経路を通る漏出／冷却流れとして再利用することができる。加えて、弧状形状の冷却特徴部１０Ａにより、これらの特徴部は、シュラウド１２と接触する表面積を増やすことができ（直線で構成された冷却特徴部に比べた場合）、シュラウド１２からの熱伝達が強化される。バケットシュラウド１２には（例えば、第２の部分６には）種々の付加的な冷却特徴部１０が示されており、これは第２の部分６を通る曲がりくねった経路を形成する。
【００２３】
種々の実施形態によれば、種々の冷却特徴部１０、特に弧状冷却特徴部１０Ａは、冷却媒体流れを漏出領域１８上に折り返すことを可能にする、一連の角度付きの交差孔、又は一連の相互接続されたプレナムによって形成することができることを理解されたい。換言すると、冷却特徴部１０は、概して弧状形状の特徴部を含むことができるが、全体を弧状特徴部で構成される必要はない。
【００２４】
図６に示すように、バケット（ノズル）１６は、従来から知られているようにロータ本体２６のスロット２４に挿入することができる。ロータ本体２６の回転軸は軸「ａ」で示されており、回転軸（ａ）に対して半径方向「ｒ」が示されている。本明細書に記載するように、弧状冷却特徴部１０Ａは、円周方向に向かうシュラウド１２の端部２８において少なくとも１つの出口又は入口を含むことができ、この端部２８は、同様に円周方向に向かう隣接するシュラウド１２の端部２８と向かい合っている。
【００２５】
本明細書に記載するように、ターボ機械構成要素２（例えば、ガスタービンシュラウド１２）は、種々のプロセス、例えば、２つのプロセス（各部分４、６ごとの）に従って形成することができ、その後、接合される。この手法により、付加製造（例えば、３次元プリンティング又は層状堆積技術）を利用して弧状（冷却特徴部１０Ａ）又は複雑な冷却特徴部を形成することができる。
【００２６】
図７は、実施形態による方法の種々のプロセスを例示するフローチャートを示す。図示にように各プロセスは以下の通りである。
【００２７】
プロセスＰ０（仮想線で示す随意的なプリプロセス）：ターボ機械構成要素２の第１の部分４を鍛造又は鋳造する。本明細書に記載するように、この第１の部分４は、ステンレス鋼又は合金鋼から鍛造又は鋳造することができる。種々の実施形態において、第１の部分４は、以下に記載のプロセス（例えば、第２の部分６を形成する）の前又は後で形成することができる。場合によっては、第１の部分４は、別の事業体、例えば協力事業体や大量生産者が鍛造又は鋳造して、本明細書に記載の後続プロセスのためのベースとして供給を受けることができる。換言すると、種々の実施形態において、第１の部分４は、第２の部分６を製造する事業体で鍛造又は鋳造することなく入手することができ、すなわち第１の部分４を第２の部分６に接合して構成要素２を形成するようになっている。
【００２８】
プロセスＰ１：ターボ機械構成要素２の第２の部分６を付加製造する。本明細書に記載するように、第２の部分６の付加製造は、３次元プリンティング及び／又は層状堆積技術を含み、第２の部分６の原材料はニッケル合金とすることができる。いずれの場合でも、第２の部分６の原材料の熱膨張係数は、例えば、ガスターボ機械の作動時に望ましくない熱膨張差を防止するために、第１の部分４の熱膨張係数に実質的に類似（＋／−２５％）とすることができる。第２の部分６の付加製造において、弧状冷却特徴部１０Ａ（他の冷却特徴部１０と一緒に）が形成され、弧状冷却特徴部１０Ａは、冷却媒体（例えば、水等の液体冷却媒体）の一部を構成要素２の漏出領域１８に向ける大きさで形成されて配置される。付加製造が３次元プリンティングを含む場合、プロセスＰ２は、本明細書に記載のように３次元プリンタを制御する少なくとも１つのコンピュータデバイスによって実行することができる。
【００２９】
プロセスＰ２：第２の部分６を第１の部分４に接合する。このプロセスは、従来式のろう付け又は溶接技術を利用して２つの部分４、６を一緒にろう付け又は溶接することを含む。プロセスＰ２は、第２の部分６を完全に形成した後に又はいくつかの実施形態において、製造方法（例えば、付加製造）に応じて第２の部分がほぼ完成状態にある間に実行することができる。第１の部分４及び第２の部分６の接合によって、本明細書に記載するような完全なシュラウド１２を形成することができる。
【００３０】
プロセスＰ３（仮想線で示す随意的なポストプロセス）：ターボ機械構成要素２（ターボ機械シュラウド１２）をターボ機械翼形部１４に結合して、ターボ機械バケット（又はノズル）１６を形成する。このプロセスは、従来式の溶接及び／又はろう付け技術によって、ターボ機械構成要素２を翼形部１４の端部に溶接又はろう付けすることを含むことができる。
【００３１】
本明細書に記載のフロー図において、示されていない他のプロセスを実行できること、及び各プロセスの順序は種々の実施形態に従って変更できることを理解されたい。もしくは、１又はそれ以上の記載のプロセスの間に中間プロセスを実行することができる。本明細書に記載のプロセスの流れは、種々の実施形態を限定するものとして解釈されない。
【００３２】
いずれの場合でも、例えば、３Ｄプリンティング制御システム１１４を含む本開示の種々の実施形態の技術的効果は、ターボ機械構成要素２の一部（例えば、第２の部分６）を付加製造することである。
【００３３】
前述のターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）は、付加製造を利用して製造することができる。本明細書で用いる場合、付加製造（ＡＭ）は、従来プロセスでの材料除去ではなく、材料の連続積層によって物体を作る何らかのプロセスを含むことができる。付加製造は、工具、鋳型、又は治具を使用することなく、しかも屑材料をほとんど又は全く出すことなく複雑な形状を作り出すことができる。大部分が切除されて廃棄される金属のソリッドビレットから構成部品を機械加工する代わりに、付加製造で用いる唯一の材料は、部品を形成するのに必要な材料である。付加製造プロセスは、限定されるものではないが、３Ｄプリンティング、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、ダイレクトデジタルマニュファクチャリング（ＤＤＭ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、及び／又は直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）を含むことができる。一部の環境ではＤＭＬＭが好都合であることが分かっている。
【００３４】
例示的な付加製造プロセスを示すために、図８は、物体９０２を作り出すための例示的なコンピュータ化付加製造システム９００の概略／ブロック図２を示す。本実施例において、システム９００は、ＤＭＬＭ用に構成される。本開示の全体的教示は、他の形態の付加製造にも同様に適用できることを理解されたい。物体９０２は二重壁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、ターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）を製造するために容易に適用できることを理解されたい。全体的にＡＭシステム９００は、コンピュータ化付加製造（ＡＭ）制御システム９０４及びＡＭプリンタ９０６を含む。以下に示すように、ＡＭシステム９００は、ターボ機械構成要素を規定するコンピュータ実行可能命令セットを含むコード９２０を実行して、ＡＭプリンタ９０６を用いて物体を物理的に作り出す。各ＡＭプロセスは、例えば、細粒粉体、液体（例えば、ポリマー）、シートの形態の異なる原材料を使用することができ、このストックをＡＭプリンタ９０６のチャンバ９１０に収容することができる。この場合、ターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）は、ニッケル系合金又は他の燃焼システム用途に適切な材料といった何らかの従来のターボ機械構成要素の材料で作ることができる。図示のように、アプリケータ９１２は、空白キャンバスとして広がる原材料薄層９１４を生成することができ、これから最終物体の各々の連続スライスを生成できる。別の場合、例えば材料がポリマーである場合、アプリケータ９１２は、コード９２０で規定されるように先の層の上に次の層を直接施工又はプリントすることができる。図示の実施例において、レーザ又は電子ビーム９１６は、コード９２０で規定されるように各スライスの粒子を溶融する。ＡＭプリンタ９０６の種々の部品は、各々の新しい層の付加に適合するように動くことができ、例えば、各層の後で、構造プラットフォーム９１８が降下すること、及び／又はチャンバ９１０及び／又はアプリケータ９１２が上昇することができる。
【００３５】
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）インタフェース９３６、及びバス９３８を含んでいる。さらに、コンピュータ９３２は、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース９４０及び記憶システム９４２と通信するように示されている。全体的に、プロセッサ９３４は、本明細書に記載のターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）を表すコード９２０からの命令の下でメモリ９３２及び／又は記憶システム９４２に格納されるＡＭ制御システム９０４等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及び／又はＡＭプリンタ９０６からデータを読み出すこと及び／又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の各構成要素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９４０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、ディスプレイ等）。コンピュータ９３０は、ハードウェア及びソフトウェアの可能性のある種々の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、又は１又はそれ以上の場所、例えばクライアント及びサーバーにおける１又はそれ以上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及び／又は記憶システム９４２は、１つ又はそれ以上の物理的な場所に存在することができる。メモリ９３２及び／又は記憶システム９４２は、例えば磁気媒体、光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含む、種々のタイプの非一時的な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ー、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、携帯情報端末等の任意のタイプのコンピュータデバイスを備えることができる。
【００３６】
付加製造プロセスは、非一時的な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）にターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）を表すコード９２０を格納することから始まる。前述のように、コード９２０は、ターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）を規定するコンピュータ実行可能命令セットを含み、これはシステム９００によって実行される際に物理的に頂上（ｔｉｐ）を作り出すために用いることができる。例えば、コード９２０は、ターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）の正確に規定された３Ｄモデルを含むことができ、ＡｕｔｏＣＡＤ（商標）、ＴｕｒｂｏＣＡＤ（商標）、ＤｅｓｉｇｎＣＡＤ  ３Ｄ  Ｍａｘ等の公知の多様な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、任意の公知の又は今後開発されるファイル形式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Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ  Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＳＴＬ）、又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、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（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３次元物体の形状及び構成を表現きるようにデザインされている。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、データ信号セットに変換すること、データ信号セットとして送受信してコードに変換して格納することができる。コード９２０は、システム９００への入力とすること、及び部品設計者、知的財産（ＩＰ）プロバイダー、設計会社、システム９００のオペレータ又は所有者、又は他のソースから到来することができる。いずれの場合も、ＡＭ制御システム９０４は、コード９２０を実行して、ターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）を連続した薄いスライスに分割し、ターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）は、液体、粉体、シート、又は他の材料の連続した層でＡＭプリンタ９０６を用いて作られる。ＤＭＬＭの実施例において、各層は、コード９２０で規定される正確な形状に溶かされて前の層に融合される。その後、ターボ機械構成要素２（例えば、第２の部分６）は、小規模の機械加工、シーリング、研磨等の任意の種々の仕上げプロセスを受けることができる。
【００３７】
要素又は層が、他の要素又は層「の上に」、「に係合する」、「に接続する」、「に結合する」と呼ばれる場合、これらは直接的に他の要素又は層に係合する、接続する、又は結合すること、又は介在要素又は層が存在することができる。対照的に、要素が他の要素又は層「の直接上に」、「に直接係合する」、「に直接接続する」、「に直接結合する」と呼ばれる場合、介在要素又は層は存在しない。要素間の関係を説明するのに使用される他の用語も同様に解釈すべきである（例えば、「〜間」と「〜間に直接」、「隣接」と「直近」、その他）。本明細書で使用される用語「及び／又は」とは、関連する記載品目の１つ又はそれ以上の何れか及び全ての組み合わせを含む。
【００３８】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００３９】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本開示を説明し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本開示を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起され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、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００４０】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ステンレス鋼又は合金鋼のうちの少なくとも１つを含む第１の部分と、
上記第１の部分に接合すると共に、ニッケル合金を含み、内部を貫通して延びる弧状冷却特徴部を含み、上記第１の部分の熱膨張係数と実質的に類似した熱膨張係数を有する、第２の部分と、
を備えるターボ機械構成要素であって、
上記弧状冷却特徴部は、上記第２の部分の内部に配置され、冷却媒体の一部を上記ターボ機械構成要素の漏出領域に向けるようになっている、ターボ機械構成要素。
［実施態様２］
上記第２の部分を上記第１の部分に接合する溶接継手又はろう付け継手をさらに備える、実施態様１に記載のターボ機械構成要素。
［実施態様３］
上記第２の部分の上記熱膨張係数は、上記第１の部分の上記熱膨張係数から約２５％未満だけ逸脱する、実施態様１に記載のターボ機械構成要素。
［実施態様４］
上記第１の部分及び上記第２の部分は、集合的にガスタービンシュラウドを形成する、実施態様１に記載のターボ機械構成要素。
［実施態様５］
上記ガスタービンシュラウドに結合したターボ機械翼形部をさらに備える、実施態様４に記載のターボ機械構成要素。
［実施態様６］
上記ターボ機械翼形部及び上記ガスタービンシュラウドは、バケット又はノズルを形成する、実施態様５に記載のターボ機械構成要素。
［実施態様７］
ターボ機械構成要素の第１の部分を鍛造又は鋳造する段階と、
上記ターボ機械構成要素の第２の部分を付加製造する段階であって、上記第２の部分の内部に弧状冷却特徴部を形成する段階を含み、上記第２の部分は上記第１の部分の熱膨張係数と実質的に類似した熱膨張係数を有する材料で作られており、上記弧状冷却特徴部は、上記第２の部分の内部に配置され、冷却媒体の一部を上記ターボ機械構成要素の漏出領域に向けるようになっている、段階と、
上記第２の部分を上記第１の部分に接合する段階と、
を含む方法。
［実施態様８］
上記第１の部分を鍛造又は鋳造する段階は、ステンレス鋼又は合金鋼のうちの少なくとも１つから鍛造又は鋳造する段階を含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様９］
上記第２の部分の材料はニッケル合金を含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１０］
上記付加製造する段階は、上記ターボ機械構成要素の上記第２の部分を３次元プリンティングする段階を含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１１］
上記接合する段階は、上記第２の部分を上記第１の部分に溶接又はろう付けする段階を含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１２］
上記第２の部分の上記熱膨張係数は、上記第１の部分の上記熱膨張係数から約２５％未満だけ逸脱する、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１３］
上記第１の部分及び上記第２の部分は、上記接合する段階の後で集合的にガスタービンシュラウドを形成する、実施態様７に記載の方法。
［実施態様１４］
上記ガスタービンシュラウドを上記ターボ機械翼形部に接合する段階をさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
ターボ機械構成要素のあるセクションを付加製造する段階であって、上記セクションの内部に弧状冷却特徴部を形成する段階を含み、上記弧状冷却特徴部は、上記セクションの内部に配置されて、冷却媒体の一部を上記ターボ機械構成要素の漏出領域に向けるようになっている、段階と、
上記ターボ機械構成要素の上記セクションを上記ターボ機械構成要素の予め形成されたベースセクションに接合する段階と、
を含み、
上記ターボ機械構成要素の上記セクションの熱膨張係数と上記ベースセクションの熱膨張係数とは実質的に類似している、方法。
［実施態様１６］
上記ターボ機械構成要素の上記セクションを付加製造する前に、上記予め成形されたベースセクションをステンレス鋼又は合金鋼のうちの少なくとも１つから鍛造又は鋳造する段階をさらに含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
上記ターボ機械構成要素の上記セクションは、ニッケル合金を含むベース材料を使用して付加製造される、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１８］
上記付加製造する段階は、上記ターボ機械構成要素の上記セクションを３次元プリンティングする段階を含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１９］
上記接合する段階は、上記ターボ機械構成要素の上記セクションを上記ターボ機械構成要素の上記予め形成されたセクションに溶接又はろう付けする段階を含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様２０］
上記接合されたセクション及び上記ベースセクションは、集合的にガスタービンシュラウドを形成し、上記ガスタービンシュラウドを上記ターボ機械翼形部に接合する段階をさらに含む、実施態様１５に記載の方法。
【符号の説明】
【００４１】
２  ターボ機械構成要素
４  第１の部分
６  第２の部分
８  溶接継手
１０  冷却特徴部
１２  シュラウド
１４  ターボ機械翼形部
１６  ターボ機械バケット
１８  漏出領域
２０  高温ガス経路（ＨＧＰ）領域
２２  曲がりくねった経路
２４  スロット
２６  ロータ本体
２８  端部
１１４  プリンティング制御システム
９００  コンピュータ化付加製造システム
９０２  物体
９０４  コンピュータ化付加製造（ＡＭ）制御システム
９０６  ＡＭプリンタ
９１２  アプリケータ
９１４  原材料
９２０  コード
９３０  コンピュータ
９３２  メモリ
９３４  プロセッサ
９３６  （Ｉ／Ｏ）インタフェース
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】
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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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【図８】
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