(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン部品（１０）であって、
対向する内部表面および外部表面を有する金属壁（２４、２６、２２８）であって、ガスタービンエンジンの燃焼ガス流を導くように構成されている金属壁（２４、２６、２２８）と、
前記表面の１つに強固に取り付けられている金属製の構造（４８、５０、５４）であって、前記金属製の構造が、略砂時計形セル（５０）の反復二次元配列を含み、各セル（５０）が、２つの離間された凸面壁（５２’）により結合されている２つの離間された凹面壁（５２）を有する、金属製の構造（４８、５０、５４）と
を備えるタービン部品（１０）。
【請求項２】
前記金属製の構造（４８、５０、５４）が、前記内部表面に強固に取り付けられている、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項３】
前記金属製の構造が、前記金属壁（２４、２６、２２８）と一体的に形成されている、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項４】
前記金属壁（２４、２６）が、ガスタービンエンジン翼形部（１８）の一部を形成する、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項５】
前記金属壁（２４、２６）が、前記翼形部の圧力側壁（２４）または吸引側壁（２６）である、請求項４に記載の部品（１０）。
【請求項６】
前記壁（２２８）が、対向する離間された外側層（２３０、２３２）を含み、金属製の構造（２３４）が前記外側層の間の空間を満たしている、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項７】
部品（Ｃ、１８）を製作するための方法であって、
金属粉末（Ｐ）を作業平面（１２８）に配置すること、
指向性エネルギー源（１２４）からのビームを誘導して、前記部品（Ｃ）の断面層に対応するパターンに従って前記粉末（Ｐ）を融合させること、
前記配置および融合のステップを周期的に繰り返して、層ごとに壁を構築し、前記壁（２４、２６、２２８）が、対向する内部表面および外部表面を有し、前記壁（２４、２６、２２８）が、ガスタービンエンジンの燃焼ガス流を導くように構成されていること；および金属製の構造（４８、５０、５４）を、前記表面の１つと一体的に形成させること
を含んでおり、前記金属製の構造が、略砂時計形セル（５０）の反復二次元配列を含み、各セル（５０）が、２つの離間された凸面壁（５２’）により結合されている２つの離間された凹面壁（５２）を有する、方法。
【請求項８】
前記金属製の構造（４８、５０、５４）が、前記内部表面と一体的に製作されている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記壁（２４、２６）が、ガスタービンエンジン翼形部（１８）の圧力側壁（２４）または吸引側壁（２６）である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記壁（２２８）が、対向する離間された外側層（２３０、２３２）を含み、金属製の構造（２３４）が前記外側層の間の空間を満たしている、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にタービン部品に関し、より詳しくは、高温環境で使用されるタービン部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンエンジンは、直列流動関係にある高圧コンプレッサ、燃焼器、および高圧タービンを有するターボ機械コアを備える。コアは、一次ガス流を生成するように公知の様式で稼働可能である。高圧タービンは、一次ガス流からエネルギーを抽出する１つまたは複数のステージを備える。各ステージは、タービンブレードを担持する下流ロータの前に固定タービンノズルを備える。これら「高温部」部品は、金属合金の熱腐食および酸化を促進する極高温環境で稼働する。
【０００３】
従来技術では、高温部部品は、典型的には、「超合金」として従来から知られている、良好な高温クリープ耐性を有するニッケルまたはコバルトに基づく合金で鋳造される。こうした合金は、主に、クリープ破断強度および疲労強度等の機械的特性要件を満たすように設計される。鋳造プロセスは、所望の微細構造、例えば、一方向凝固（「ＤＳ」）または単結晶（「ＳＸ」）を生成するように制御される。単結晶微細構造は、結晶学的粒界のない構造を指す。単結晶鋳造には、シードエレメント（すなわち、核生成冷却点）、および冷却中の温度を注意深く制御することが必要である。しかしながら、そのような構造の生産は高価であり、製造収率が比較的低い。
【０００４】
したがって、より高い高温クリープ耐性および応力破断耐性を有するガスタービンエンジン部品の必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２６２０２４０号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、負の熱膨張係数（「ＣＴＥ」）構造が組み込まれている金属部品を提供することにより、この必要性に取り組むものである。
【０００７】
本発明の１つの態様によると、タービン部品は、対向する内部表面および外部表面を有し、ガスタービンエンジンの燃焼ガス流を導くように構成されている金属壁、および上記表面の１つに強固に取り付けられている金属製の負のＣＴＥ構造を備える。
【０００８】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、上記内部表面に強固に取り付けられている。
【０００９】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、上記金属壁と一体的に形成されている。
【００１０】
本発明の別の態様によると、上記金属壁は、ガスタービンエンジン翼形部の一部を形成する。
【００１１】
本発明の別の態様によると、上記金属壁は、翼形部の圧力側壁または吸引側壁である。
【００１２】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、六角形セルの反復配列を含む。
【００１３】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、略砂時計形セルの反復二次元配列を含み、各セルは、２つの離間された凸面壁により結合されている２つの離間された凹面壁を有する。
【００１４】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、四角形の形状を有するセルの反復二次元配列を含む。
【００１５】
本発明の別の態様によると、上記壁は、対向する離間された外側層を含み、負のＣＴＥ構造が、上記外側層の間の空間を満たしている。
【００１６】
本発明の別の態様によると、部品を製作するための方法であって、金属粉末を作業平面に配置すること；指向性エネルギー源からのビームを誘導して、上記部品の断面層に対応するパターンに従って上記粉末を融合させること；上記配置および融合のステップを周期的に繰り返して、層ごとに壁を構築し、上記壁が、対向する内部表面および外部表面を有し、上記壁が、ガスタービンエンジンの燃焼ガス流を導くように構成されていること；および金属製の負のＣＴＥ構造を、上記表面の１つと一体的に形成させることを含む方法が提供される。
【００１７】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、上記内部表面と一体的に形成されている。
【００１８】
本発明の別の態様によると、上記壁は、ガスタービンエンジン翼形部の圧力側壁または吸引側壁である。
【００１９】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、六角形セルの反復配列を含む。
【００２０】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、略砂時計形セルの反復二次元配列を含み、各セルは、２つの離間された凸面壁により結合されている２つの離間された凹面壁を有する。
【００２１】
本発明の別の態様によると、上記負のＣＴＥ構造は、四角形の形状を有するセルの反復二次元配列を含む。
【００２２】
本発明の別の態様によると、上記壁は、対向する離間された外側層を備えており、負のＣＴＥ構造が、上記外側層の間の空間を満たしている。
【００２３】
本発明は、添付の図面と共に以下の説明を参照すると、最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の態様により構築された例示的なタービン部品の概略透視図である。
【図２】例示的な負のＣＴＥ構造の概略図である。
【図３】別の例示的な負のＣＴＥ構造の概略図である。
【図４】別の例示的な負のＣＴＥ構造の概略図である。
【図５】図１のタービン部品の概略断面図である。
【図６】図５の６−６線に沿って切り取った図である。
【図７】本発明の態様により構築された積層造形装置の部分断面概略側面図である。
【図８】図７の８−８線に沿って切り取った図である。
【図９】本発明の態様により構築された積層造形装置の部分断面概略側面図である。
【図１０】図９の１０−１０線に沿って切り取った図である。
【図１１】本発明の態様により構築された積層造形装置の部分断面概略側面図である。
【図１２】図１１の１２−１２線に沿って切り取った図である。
【図１３】タービン部品の壁の一部の概略平面図である。
【図１４】図１３の１４−１４線に沿って切り取った図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本図面では、同一の参照番号は、種々の図の全体にわたって同じ要素を示す。本図面を参照すると、図１には、例示的なタービンブレード１０が示されている。タービンブレード１０は、従来型ダブテール１２を備えており、それは、作動中に回転する際にタービンブレード１０をディスクに放射状に保持するためのローターディスク（図示せず）のダブテールスロットの相補的特徴と係合する特徴を含む任意の好適な形態を有していてもよい。ブレードシャンク１４は、ダブテール１２から放射状に上方へと延在し、シャンク１４から横方向に外側へと突出し、シャンク１４を取り囲むプラットフォーム１６で終端する。中空翼形部１８は、プラットフォーム１６から高温ガス流へと放射状に外側へと延在する。この翼形部は、プラットフォーム１６および翼形部１８の接続部に基部２０を有し、その放射状外側端部に先端２２を有する。翼形部１８は、前縁２８および後縁３０で共に結合されている凹面圧力側壁２４および凸面吸引側壁２６を有する。圧力側壁２４および吸引側壁２６は、一緒になって内部空間を包囲する周壁を構成し、周壁は、内部空間に面する内部表面を有し、対向する外部表面は、外部環境に面している。翼形部１８は、高温ガス流からエネルギーを抽出し、ローターディスクの回転を引き起こすのに好適な任意の構成をとることができる。翼形部１８には、翼形部１８の圧力側壁２４に複数の後縁冷却穴３２が組み込まれていてもよく、または幾つかの後縁ブリードスロット（図示せず）が組み込まれていてもよい。翼形部１８の先端２２は、翼形部１８と一体化されていてもよく、別々に形成されていてもよく、または翼形部１８に取り付けられていてもよい先端蓋３４により閉じられている。直立スキーラ先端３６は、先端蓋３４から放射状に外側へと延在しており、先端２２を通過する気流ロスを最小限に抑えるために、組み立てられたエンジンの固定シュラウド（図示せず）のすぐ近くに配置される。スキーラ先端３６は、圧力側先端壁４０と離間した関係に配置されている吸引側先端壁３８を備える。先端壁４０および３８は、翼形部１８と一体化されており、それぞれ圧力側壁２４および吸引側壁２６の延長を形成する。圧力側先端壁４０および吸引側先端壁３８の外側表面は、それぞれ圧力側壁２４および吸引側壁２６の外側表面と連続表面を形成する。複数のフィルム冷却孔４４が、翼形部１８の外部壁を貫通している。フィルム冷却孔４４は、翼形部１８の内部空間と連通している。図５および６に示されているように、翼形部１８の内部は、蛇行構成等の複雑な構成をしている、内部壁４６により規定される冷却通路を備えていてもよい。
【００２６】
十分なクリープ破断強度および疲労強度を得るために、ならびに熱腐食および酸化を防止するために、タービンブレード１０は、「超合金」として従来から知られている、ニッケルまたはコバルトに基づく合金等の、良好な高温クリープ耐性を有する材料で製作されている。そのような超合金を含む材料は全て、温度の変化に応じて膨張または収縮する。熱膨張係数または「ＣＴＥ」と呼ばれる材料特性は、温度の変化に対する材料の大きさ（つまり、容積または線寸法）の変化に関する。一般的に、ＣＴＥは、それぞれ、αV＝１／Ｖ（ｄＶ／ｄＴ）またはαL＝１／Ｌ（ｄＬ／ｄＴ）として表され、式中、αはＣＴＥであり、Ｖは容積であり、Ｌは長さであり、Ｔは温度である。
【００２７】
超合金を含むほとんどの材料は、正のＣＴＥを有する。これは、均質な固塊、例えば矩形固形物を考慮した場合、それらの寸法が、温度の上昇と共に増加することを意味する。正のＣＴＥは、クリープによる増大化および破断による不良部品の可能性に寄与する要因である。
【００２８】
幾つかの構造は、構成材料が正のＣＴＥを有している場合でも、それらの幾何学的構成の結果として負のＣＴＥを示す。言いかえれば、この構造の寸法は、温度が上昇すると共に減少する。本明細書で使用される場合、用語「負のＣＴＥ構造」は、こうした特性を示すあらゆる構造を指す。
【００２９】
図２〜４には、負のＣＴＥを示す幾つかの公知の構造の例が示されている。図２は、セル４８の反復二次元配列を含むハニカム構造であり、各セル４８は、壁６３により規定される規則的な六角形である。
【００３０】
図３は、概して砂時計の形状であり、複数の壁５２により規定されるセル５０の反復二次元配列を含むパターンである。各セル５０は、そのセル５０に対して凸面である２つの壁５２’により結合されている、そのセル５０に対して凹面である２つの壁５２を有する。各セル５０は、その隣り合わせのセル５０に対して９０度回転している。その結果、第１のセル５０の各凹面壁５２は、隣り合わせのセル５０の凸面壁５２’も規定する。
【００３１】
図４は、四角形の形状を有するセル５４の反復二次元配列を含むパターンである。
【００３２】
翼形部１８には、熱膨張相殺効果を提供するために、負のＣＴＥ構造が組み込まれている。図５および６に最も良好に示されているが、図示されている例では、負のＣＴＥ構造は、それぞれ圧力側壁２４および吸引側壁２６の内側表面と一体的に形成されている上述の六角形セル４８のパターンを含む。負のＣＴＥ構造は、翼形部周壁の全てをカバーしてもよく、または選択部分をカバーしてもよい。図示されているように、負のＣＴＥ構造は連続的であるが、翼形部１８内の局地的な領域に施されていてもよい。セル４８を規定する壁６３は、厚さまたは深さ「Ｔ１」を有し、それは、翼形部周壁の全体の厚さ「Ｔ２」の一部である。厚さまたは深さＴ１がより大きいと、熱膨張相殺効果がより大きくなると共に、翼形部周壁の嵩がより大きく低減されることが予想される。したがって、正確な厚さ割合または比Ｔ１／Ｔ２は、特定の応用の要件に応じて選択されることになる。平面図では（図２を参照）、セル４８は、主寸法または直径「Ｄ」を有する。この寸法も、壁６３の厚さ「Ｗ」と共に、特定の応用に応じて様々であろう。
【００３３】
熱膨張相殺効果のみを考慮すると、負のＣＴＥ構造は、翼形部１８の外部表面に配置されてもよいが、翼形部の空気力学的特徴の維持および翼形部１８への熱伝達の回避等の実用上の理由のため、負のＣＴＥ構造は、好ましくは、翼形部周壁の内部表面に配置される。
【００３４】
負のＣＴＥ構造は、翼形部１８に強固に取り付けられている「足場」を規定する。負のＣＴＥ構造は、翼形部１８の単一の、一体型の、または一体化された構造または要素であってもよい。翼形部１８は、高温環境下で稼働し、熱負荷および機械負荷、ならびに基材合金のＣＴＥが正であることにより起こるクリープおよび応力破断の可能性にさらされている。しかしながら、負のＣＴＥ構造は、高温に応答して収縮するため、部品の増大化を相殺する対抗力を提供する。また、これにより部品破断に対する安全性許容範囲が提供される。
【００３５】
なお、上述のタービンブレード１０は、本明細書では一般的に「Ｃ」として示されている、負のＣＴＥ構造を組み込むことができる多数のタイプの部品の一例に過ぎないことに留意されたい。こうした原理が適用されるタービン部品の非限定的な例としては、回転翼形部（例えば、ブレード、バケット）、非回転翼形部（例えば、タービンバケット、ベーン）、タービンシュラウド、および燃焼器部品が挙げられる。これら部品の各々は、内部表面および外部表面を有する壁を有しており、上記壁が、ガスタービンエンジンの稼働中に燃焼ガス流を誘導または導くように形成されているという共通の特徴を有する。
【００３６】
また、負のＣＴＥ構造は、部品壁の内部構造に直接組み込むこともできる。例えば、図１３および１４には、一般的に、上述の圧力側壁２４または吸引側壁２６等のタービン部品壁に代表される、壁２２８の部分が示されている。壁２２８は、対向する離間された外側層２３０および２３２を備えており、負のＣＴＥ構造２３４が、上記外側層の間の空間を満たしている。
【００３７】
上述のような負のＣＴＥ構造が組み込まれている部品Ｃは、そのような小型内部構造を従来の鋳造または機械加工プロセスを使用して製造することが困難または不可能であるため、積層造形法を使用した生産に特に適している。図７には、積層造形方法を実施するための装置１００が概略的に示されている。基本部品は、テーブル１１２、粉末供給１１４、スクレーパ１１６、オーバーフロー容器１１８、構築囲壁１２２に囲まれていてもよい構築プラットフォーム１２０、指向性エネルギー源１２４、およびビームステアリング装置１２６である。これら部品の各々は、下記でより詳細に説明されるだろう。また、装置１００は、随意に、下記で説明されることになる外部熱制御装置を備える。
【００３８】
テーブル１１２は、平坦な作業表面１２８を提供する剛性構造である。作業表面１２８は、仮想作業平面と同一平面上にあり、仮想作業平面を規定する。図示されている例では、作業表面１２８は、構築囲壁１２２と連通し、構築プラットフォーム１２０を露出させる中央開口部１３０、粉末供給１１４と連通する供給開口部１３２、およびオーバーフロー容器１１８と連通するオーバーフロー開口部１３４を備えている。
【００３９】
スクレーパ１１６は、作業表面１２８にある剛性で横長の構造物である。スクレーパ１１６は、スクレーパ１１６を作業表面１２８に沿って選択的に移動させるように作動可能なアクチュエータ１３６に接続されている。アクチュエータ１３６は、図７に概略的に示されており、空気圧または油圧シリンダー、ボールねじ、または線形電動アクチュエータ等のアンダスタンディングデバイス等と共に、この目的に使用することができる。
【００４０】
粉末供給１１４は、供給開口部の下部にあり、供給開口部と連通する供給容器１３８、およびエレベータ１４０を備える。エレベータ１４０は、供給容器１３８内で垂直に滑動可能なプレート様構造である。エレベータ１４０は、エレベータ１４０を上下に選択的に移動させるように作動可能なアクチュエータ１４２に接続されている。アクチュエータ１４２は、図７に概略的に示されており、空気圧または油圧シリンダー、ボールねじ、または線形電動アクチュエータ等のアンダスタンディングデバイス等と共に、この目的に使用することができる。エレベータ１４０を降下させると、所望の合金組成の金属粉末「Ｐ」の供給を、供給容器１３８に積み込むことができる。エレベータ１４０を上昇させると、粉末Ｐは、作業表面１２８の上に露出する。
【００４１】
構築プラットフォーム１２０は、中央開口部１３０の下方で垂直に滑動可能なプレート様構造である。構築プラットフォーム１２０は、構築プラットフォーム１２０を選択的に上下に移動させるように作動可能なアクチュエータ１２１に接続されている。アクチュエータ１２１は、図７に概略的に示されており、空気圧または油圧シリンダー、ボールねじ、または線形電動アクチュエータ等のアンダスタンディングデバイス等と共に、この目的に使用することができる。
【００４２】
オーバーフロー容器１１８は、オーバーフロー開口部１３４の下部にあり、オーバーフロー開口部１３４と連通しており、過剰な粉末Ｐの収納容器としての役目を果たす。
【００４３】
指向性エネルギー源１２４は、以下で詳述されているように、構築プロセス中に好適な出力および他の作動特徴のビームを生成し、金属粉末を融解および融合させるように作動可能な任意の公知のデバイスを備えていてもよい。例えば、指向性エネルギー源１２４は、桁数が約１０4Ｗ／ｃｍ2の出力密度を有するレーザであってもよい。電子ビーム銃等の他の指向性エネルギー源は、レーザの代わりとなる好適なものである。
【００４４】
ビームステアリング装置１２６は、１つまたは複数の鏡、プリズム、および／またはレンズを備え、好適なアクチュエータが設けられており、指向性エネルギー源１２４からのビーム「Ｂ」を、所望のスポットサイズに集中させることができ、作業表面１２８と一致するＸ−Ｙ平面の所望の位置に導くことができるように配置されている。
【００４５】
本明細書で使用される場合、用語「外部熱制御装置」は、構築プラットフォーム１２０に位置決めされている部品Ｃを適切な溶解化温度に維持し（つまり、所定温度プロファイルを維持し）、したがって、構築中に凝固する粉末Ｐの結晶学的特性を制御するのに有効な、指向性エネルギー源１２４以外の装置を指す。下記でより詳細に説明されることになるが、外部熱制御装置は、熱源（つまり、熱エネルギー入力）として直接作用することにより、または指向性エネルギー加熱プロセスにより生じる熱を保持することにより作動してもよい。
【００４６】
様々な種類の外部熱制御装置の例が、図５〜１２に示されている。図７および８では、断熱材１４４の層が構築囲壁１２２を取り囲んでいる。断熱材１４４は、構築中の部品Ｃからの熱伝達を効果的に妨害し、それによりその冷却速度を低減し、高温を維持する。
【００４７】
図９および１０には、１つまたは複数のヒータを含む外部熱制御装置が図示されている。ベルト型電気抵抗ヒータ１４６は、構築囲壁１２２の外部を包み込み、電源１４８に接続されている。電源を入れると、ヒータ１４６は、熱伝導により構築囲壁１２２（およびしたがって内部の部品Ｃ）を加熱する。
【００４８】
別の随意のタイプの外部熱制御装置は、輻射熱源である。例えば、図９には、部品Ｃが見通せるように配置され、電源１５２に接続されている石英灯１５０（石英ハロゲンランプとも呼ばれる）が示されている。そのようなランプは、各々定格出力が数千ワットのものが市販されている。電源を入れると、石英灯１５０は、放射伝熱により部品Ｃを加熱する。石英灯１５０は、上述のベルト型ヒータ１４６の代わりにまたは追加して使用することができる。
【００４９】
外部熱制御装置の別の選択肢は、誘導加熱であり、誘導コイルを流れるＡＣ電流が磁場を誘導し、それがひいては付近の導電性物体に渦電流を誘導し、物体の抵抗加熱をもたらす。図１１および１２に示されている例では、誘導ヒータ１５４は、構築プラットフォーム１２０を取り囲み、電源１５８に接続されている１つまたは複数の個々の誘導コイル１５６を備える。図示されている例では、複数の誘導コイル１５６が設けられている。電源を入れると、誘導ヒータ１５４は、効果的に部品Ｃを加熱する。本発明者らによる実験によると、このタイプの外部誘導ヒータ１５４は、固まっていない粉末Ｐを融解またはそうでなければ部品Ｃに付着させる程には加熱せずに、粉末床内の融解／凝固した部品Ｃを優先的に加熱することになることが示されている。
【００５０】
上述の装置を使用した部品「Ｃ」の構築プロセスは、下記の通りである。構築プラットフォーム１２０を、初期高さ位置に移動させる。随意に、シードエレメント１６０（図２を参照）を、最初に構築プラットフォーム１２０に設置してもよい。シードエレメント１６０は、核生成冷却点としての役目を果たし、選択した結晶学的構造を有する。単結晶部品Ｃを製造することが所望の場合、シードエレメントは、単結晶微細構造を有することになる。そのようなシードエレメント１６０は、公知の技術により製造することができる。シードエレメント１６０を配置したら、選択した層増加分だけ構築プラットフォーム１２０を作業表面１２８の下方に降下させる。層増加分は、部品Ｃの速度および分解能に影響を及ぼす。一例として、層増加分は、約１０〜５０マイクロメートル（０．０００３〜０．００２インチ）であってもよい。その後、粉末「Ｐ」を、構築プラットフォーム１２０およびシードエレメント１６０に被せて配置する。例えば、供給容器１３８のエレベータ１４０を上昇させて、粉末を供給開口部１３２から押し出して、作業表面１２８の上に露出させてもよい。スクレーパ１１６を作業表面の向こう側に移動させて、押し上げられた粉末Ｐを構築プラットフォーム１２０にわたって水平に広げる。過剰な粉末Ｐは全て、スクレーパ１１６が左から右へと通過する際に、オーバーフロー開口部１３４からオーバーフロー容器１１８へと落下する。その後、スクレーパ１１６を、開始位置に戻してもよい。
【００５１】
指向性エネルギー源１２４を使用して、構築中の部品Ｃの二次元断面を融解する。指向性エネルギー源１２４は、ビーム「Ｂ」を放射し、ビームステアリング装置１２６を使用して、ビームＢの焦点スポット「Ｓ」を、露出している粉末表面に当てて適切なパターンで誘導またはスキャンする。ビームＢで粉末Ｐの露出層をある温度に加熱して、粉末を融解、流動化、および凝固させる。
【００５２】
構築プラットフォーム１２０を、層増加分だけ垂直下方に移動させ、粉末Ｐの別の層を同様の厚さに被せる。指向性エネルギー源１２４は、再びビームＢを放射し、ビームステアリング装置１２６を使用して、ビームＢの焦点スポット「Ｓ」を、露出している粉末表面に当てて適切なパターンで誘導またはスキャンする。ビームＢで粉末Ｐの露出層をある温度に加熱して、粉末を、上部層内でかつその前に凝固した層と共に、融解、流動化、および凝固させる。
【００５３】
構築プラットフォーム１２０の移動、粉末Ｐの被覆、およびその後の指向性エネルギーでの粉末の融解というこのサイクルを、部品Ｃ全体が完成するまで繰り返す。使用するスキャンパターンは、負のＣＴＥ構造が、部品Ｃの一体型部分として形成されるように選択される。
【００５４】
部品Ｃの合金組成は、均一である必要はない。積層造形プロセス中に粉末Ｐの組成を変更することにより組成を変化させて、部品Ｃの様々な層または区画を生成することができる。例えば、図１に示されている翼形部１８は、第１の合金組成を有する放射状の内側部分または本体部分１７（点線より下）、および第１の合金組成とは異なる第２の合金組成を有する放射状の外部部分または先端部分１９（点線より上）を有していてもよい。
【００５５】
部品Ｃを随意に単結晶微細構造で形成する場合、それには、製造中の部品Ｃの全体にわたって温度および冷却速度を制御する必要がある。指向性エネルギー熱入力は、新しい層が活発に築かれている場所の近くにある部品Ｃの最上部分に必要な温度を維持するのに十分であるが、その全範囲には不十分である。この問題に取り組むために、本発明の方法では、粉末配置および指向性エネルギー融解のサイクル中に外部熱制御装置が使用される。
【００５６】
外部熱制御装置は、部品Ｃ全体の温度および加熱速度を両方とも制御するように作動可能である。例えば、１つの公知の溶解化熱処理は、（１）部品を約１２６０℃（２３００°Ｆ）に約２時間加熱して、微細構造を均質化するステップ、（２）約１２６０℃（２３００°Ｆ）から約１３２０℃（２４１５°Ｆ）の溶解化温度まで毎時約５．５℃（１０°Ｆ）の速度で温度を徐々に上昇させるステップ、その後（３）部品をその温度で約２時間維持するステップ、引き続き（４）約１１２０℃（２０５０°Ｆ）の時効温度に３分以内で冷却するステップを含む。
【００５７】
外部熱制御装置は、指向性エネルギー源１２４と分離しているため、構築プロセスが完了した後で部品Ｃを時効させること等の他の熱処理プロセスに使用することもできる。例えば、１つの公知の時効プロセスは、部品を時効温度で数時間一次時効させて、所望の微細構造を達成することを含む。
【００５８】
本明細書に記載のタービン部品は、幾つかの点で従来技術よりも優れている。負のＣＴＥ構造は、部品クリープを相殺し、クリープ破断に対する許容範囲を提供する。負のＣＴＥ構造により、より劣った合金でも、重要なエンジンに応用して性能を発揮することができるようになり、単結晶材の必要性を排除することができる可能性がある。また、負のＣＴＥ構造は、熱機械システムの一部としての役割を果たし、部品熱伝達のバルク温度を下げることができる。負のＣＴＥ構造は、熱伝達を向上させるための従来技術の鋳造タービュレータよりも密度が高い乱流プロモータまたは「タービュレータ」の機能を果たすことができる。同様に、負のＣＴＥ構造は、翼形部本体の外側表面および内側表面の壁内に含まれている場合、熱交換体としての役割も果たし、外部壁をより効率的に冷却することができる。
【００５９】
上記には、負のＣＴＥ構造を有するタービン部品、およびそれらを製造するための方法を記載した。本明細書（添付の請求項、要約書、および図面を全て含む）で開示された特徴は全て、および／またはそのように開示された任意の方法またはプロセスのステップは全て、そのような特徴および／またはステップの少なくとも幾つかが相互に排他的である組み合わせを除き、任意の組み合わせで組み合わせることができる。
【００６０】
本明細書（添付の請求項、要約書、および図面を全て含む）で開示された各特徴は、別様の明示的な記載がない限り、同一の、均等な、または類似の目的を果たす代替特徴に置き換えることができる。したがって、別様の明示的な記述がない限り、開示された各特徴は、一般的な一連の均等なまたは類似の特徴の１つの例に過ぎない。
【００６１】
本発明は、先述の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書（あらゆる付随する潜在的な新規性のポイント、要約書、および図面を含む）に開示されている特徴のあらゆる新規なものまたはあらゆる新規な組み合わせ、またはそのように開示されている任意の方法またはプロセスのステップのあらゆる新規なものまたはあらゆる新規な組み合わせに及ぶ。
【符号の説明】
【００６２】
１０  タービンブレード、部品
１２  ダブテール
１４  ブレードシャンク、シャンク
１６  プラットフォーム
１７  本体部分
１８  中空翼形部、翼形部、ガスタービンエンジン翼形部
１９  先端部分
２０  基部
２２  先端
２４  金属壁、凹面圧力側壁、圧力側壁、壁
２６  金属壁、凸面吸引側壁、吸引側壁、壁
２８  前縁
３０  後縁
３２  後縁冷却穴
３４  先端蓋
３６  直立スキーラ先端、スキーラ先端
３８  吸引側先端壁、先端壁
４０  圧力側先端壁、先端壁
４４  フィルム冷却孔
４６  内部壁
４８  負のＣＴＥ構造、六角形セル、セル、
５０  負のＣＴＥ構造、略砂時計形セル、セル
５２’  壁、凸面壁
５２  壁、凹面壁
５４  負のＣＴＥ構造、四角形の形状を有するセル、セル
６３  壁
１００  装置
１１２  テーブル
１１４  粉末供給
１１６  スクレーパ
１１８  オーバーフロー容器
１２０  構築プラットフォーム
１２１  アクチュエータ
１２２  構築囲壁
１２４  指向性エネルギー源
１２６  ビームステアリング装置
１２８  作業表面、作業平面
１３０  中央開口部
１３２  供給開口部
１３４  オーバーフロー開口部
１３６  アクチュエータ
１３８  供給容器
１４０  エレベータ
１４２  アクチュエータ
１４４  断熱材
１４６  ベルト型電気抵抗ヒータ、ヒータ、ベルト型ヒータ
１４８  電源
１５０  石英灯
１５２  電源
１５４  誘導ヒータ、外部誘導ヒータ
１５６  誘導コイル
１５８  電源
１６０  シードエレメント
２２８  金属壁、壁、部品
２３０  外側層
２３２  外側層
２３４  負のＣＴＥ構造
Ｄ  主寸法または直径
Ｔ１  厚さまたは深さ
Ｔ２  厚さ
Ｗ  厚さ
Ｐ  金属粉末、粉末
Ｂ  ビーム
Ｓ  焦点スポット
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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