(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶超合金及び金属の直接書き込みのための方法であって、
誘導加熱源（２４）を用いて基板（２３）を所定の温度に加熱するステップであって、所定の温度が基板の融点より低い、ステップと、
基板（２３）の表面に溶融プール（３４）を形成するためにレーザ（２６）を用いるステップであって、基板（２３）がベースプレート（２２）上に配置され、レーザ（２６）及びベースプレート（２２）が互いに相対的に移動可能であり、レーザ（２６）が直接金属堆積に使用される、ステップと、
溶融プール（３４）に超合金粉末（３２）を導入するステップと、
溶融プール（３４）の温度を測定するステップと、
コントローラ（３６）で測定した温度を受信するステップと、
溶融プール（３４）の温度を調整するために、コントローラ（３６）と通信する補助熱源（４１）及びコントローラ（３６）と通信する冷却源（６０）の少なくとも一方を用いるステップと
を含む方法。
【請求項２】
測定温度が基準温度よりも低く、溶融プール（３４）の温度を調整するために補助熱源（４１）を用いるステップが補助熱源（４１）への電力を増加させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
測定温度は、基準温度よりも高く、溶融プール（３４）の温度を調整するために補助熱源（４１）を用いるステップが補助熱源（４１）への電力を減少させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
補助熱源（４１）が第２のレーザである、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
冷却源（６０）が可変のガス流量で基板（２３）に導かれる冷却ガス（６２）である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
冷却源（６０）が冷却チャンバであり、基板が冷却チャンバ（６０）内に配置される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
コントローラ（６０）と通信する補助熱源（４１）及び冷却源（６０）を両方とも用いて、成長する基板内で所定の熱勾配に維持することをさらに含んでおり、所定の熱勾配がエピタキシャル結晶成長を達成するように選択される、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
溶融プール（３４）の温度を測定するステップが、熱撮像装置を用いて、溶融プール（３４）の温度を測定するだけでなく、複数の点で基板（２３）の温度を測定して、基板（２３）に沿って温度勾配を決定することを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
単結晶超合金及び金属の直接書き込みのための装置（２０）であって、
パワー出力を有するレーザ（２６）と、
基板（２３）を保持するために構成されたベースプレート（２２）と、
基板（２３）上に超合金粉末（３２）のストリームを供給するように構成された直接金属堆積（ＤＭＤ）ヘッド（２８）と、
ベースプレート（２２）上の基板（２３）を所定の温度に加熱するように配置された誘導加熱源（２４）と、
補助加熱手段（４１）及び冷却手段（６０）の少なくとも一方と、
補助加熱手段（４１）及び冷却手段（６０）の少なくとも一方を制御するためのコントローラ（３６）と
を備ており、コントローラ（３６）が基板（２３）上の溶融プール（３４）及び基板（２３）の少なくとも一方の測定温度に応答する、装置。
【請求項１０】
冷却手段（６０）を備えており、冷却手段（６０）が基板（２３）が配置される冷却チャンバを含む、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
基板（２３）上の溶融プール（３４）及び基板（２３）の少なくとも一方の温度を測定するためのパイロメータ又は熱撮像装置であって、コントローラと通信するパイロメータ又は熱撮像装置をさらに備えている、請求項９又は請求項１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、単結晶超合金及び金属の直接書き込みのための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンのタービン部は、燃焼器部の下流に配置され、ロータ軸及び１つもしくは複数のタービン段を含み、各タービン段は、シャフトにより取り付けられ、又は担持されるタービンディスク（ロータ）と、ディスクの周辺部に取り付けられ、そこから径方向に延在するタービンブレードとを有する。燃焼器及びタービン部内の部品は、高温燃焼ガスによる高温において許容可能な機械的特性を提供するために、超合金材料で形成されることが多い。最新の高圧力比ガスタービンエンジンのより高い圧縮機出口温度はまた、圧縮機ディスク、ブレード付きディスク、及び他の部品について高性能ニッケル超合金の使用を必要とする場合がある。所与の部品のための好適な合金組成及び微細構造は、その部品が受ける特定の温度、応力、及び他の条件に依存する。
【０００３】
例えば、ブレード及びベーンなどの翼形部品は、等軸、方向性凝固（ＤＳ）、又は単結晶（ＳＸ）超合金で形成されることが多い。方向性凝固（ＤＳ）又は単結晶（ＳＸ）のタービン翼形部は、等軸結晶による対応品と比較して、はるかに優れたクリープ強度、耐熱疲労性及び耐食性を有する。特定の用途では、ＤＳ又はＳＸタービン翼形部は、等軸結晶による対応品と比較して、クリープ強度及び耐熱疲労性に関して９倍以上の相対寿命を有し、耐食性について３倍以上の相対寿命を有することが分かっている。
【０００４】
しかし、単結晶の鋳造は、遅く、費用のかかる処理である。設計が変更された場合には、新たな鋳型を製作する必要がある。ニッケル超合金の高い融点により、高価なセラミックモールドが必要となることが多い。一方、デジタル製造方法は、それがうまく適用できれば、鋳型なしに単結晶を作製することができ、したがって設計変更を経済的にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８６１８４３４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、或いは説明から明らかになり、或いは本発明の実施を通して知ることができる。
【０００７】
方法は、一般に、単結晶超合金及び金属の直接書き込みのために提供される。一実施形態では、本方法は、第１のヒータを用いて、ベースプレート上に配置された基板を所定の温度に加熱するステップと、基板の表面に溶融プールを形成するためにレーザを用いるステップと、溶融プールに超合金粉末を導入するステップと、溶融プールの温度を測定するステップと、コントローラで測定した温度を受信するステップと、溶融プールの温度を調整するために、コントローラと通信する補助熱源を用いるステップとを含む。所定の温度は、基板の融点より低い。レーザ及びベースプレートは互いに相対的に移動可能であり、レーザは直接金属堆積に使用される。
【０００８】
一実施形態では、本方法は、第１のヒータを用いて、基板を所定の温度に加熱するステップと、ベースプレート上に配置された基板の表面に溶融プールを形成するためにレーザを用いるステップと、溶融プールに超合金粉末を導入するステップと、溶融プールの温度を測定するステップと、コントローラで測定した温度を受信するステップと、基板の温度を調整するために、コントローラと通信する冷却源を用いるステップと、含む。所定の温度は、基板の融点より低い。レーザ及びベースプレートは互いに相対的に移動可能であり、レーザは直接金属堆積に使用される。
【０００９】
装置もまた、一般に、単結晶超合金及び金属の直接書き込みのために提供される。一実施形態では、装置は、パワー出力を有するレーザと、基板を保持するために構成されたベースプレートと、基板上に超合金粉末のストリームを供給するように構成されたＤＭＤヘッドと、ベースプレート上の基板を所定の温度に加熱するように配置された誘導加熱源と、補助加熱手段及び冷却手段の少なくとも一方と、補助加熱手段及び冷却手段の少なくとも一方を制御するためのコントローラとを含み、コントローラは、基板上の溶融プール及び基板の少なくとも一方の測定温度に応答する。
【００１０】
本発明のこれらの、並びに他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の図面を参照すれば、より良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本発明の実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による、ガスタービンブレードなどの物品の斜視図である。
【図２】一実施形態による例示的な装置を示す図である。
【図３】図２の装置を用いた一実施形態による溶融プールの温度制御処理を示す図である。
【図４】一実施形態による、溶融プールの温度コントローラのためのアルゴリズムのフローチャートである。
【図５】一実施形態による別の例示的な装置を示す図である。
【図６】図５の装置を用いた一実施形態による溶融プールの温度制御処理を示す図である。
【図７】一実施形態による別の例示的な装置を示す図である。
【図８】図７の装置を用いた一実施形態による溶融プールの温度制御処理を示す図である。
【図９】一実施形態による、溶融プールの温度コントローラのためのアルゴリズムのフローチャートである。
【００１３】
本明細書及び図面における符号の反復使用は、本発明の同じ又は類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１以上の実施例を図面に示す。各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、様々な修正及び変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示又は記載する特徴は、別の実施形態と共に用いて、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲及びそれらの等価物の範囲に入るこのような修正及び変更を包括することが意図されている。
【００１５】
直接金属堆積（ＤＭＤ）、すなわちデジタル積層造形製造プロセスは、インテリジェントな閉ループフィードバックシステムを使用して、先進的なガスタービン技術のための経済的な解決策を提供する。略一定に近い非常に狭い領域内で固体液体界面の温度勾配を維持することによって容易になる、３次元単結晶形状の直接書き込みのための方法及び装置が、本明細書で一般的に提供される。
【００１６】
このような３次元単結晶の形状は、ガスタービンエンジンのブレードとして特に有用である。図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジンの物品１０を示し、ガスタービンブレードとして図示されている。ガスタービンブレード１０は、翼形部１２と、横方向に延在するプラットフォーム１６と、ガスタービンブレード１０をタービンディスク（図示せず）に取り付けるためにダブテールの形をしたアタッチメント１４とを含む。いくつかの部品では、いくつかの冷却チャネルが翼形部１２の内部を通って延在し、翼形部１２の表面の開口部１８で終端する。
【００１７】
例示的実施形態では、部品物品１０は、実質的に単結晶である。すなわち、部品物品１０の少なくとも約８０体積％、より好ましくは少なくとも約９５体積％は、単一結晶方位を有する単結晶粒である。他の結晶方位の小さい体積分率、及び低角度の境界によって分離された領域が存在することがある。単結晶構造は、通常は単結晶及び単結晶粒方位の成長を引き起こすシード又は他の構造から、合金組成の方向性凝固により作製される。
【００１８】
本明細書で説明する例示的な合金組成物を使用することは、ガスタービンブレード１０に限定されるものではなく、ガスタービンノズル、ベーン、シュラウド、又はガスタービンエンジン用の他の部品などの他の物品に使用することができる。
【００１９】
図２を参照すると、半導体製造に使用されるフローティングゾーン法と同様のプロセスを用いてＳＸ成長のための安定した温度勾配及び環境を提供するために装置２０が一般的に示されている。装置２０は、一般に、他の部品が配置される作業台２１を含む。単結晶ベースプレート２２は、エピタキシャル成長を開始するために使用される。単結晶ベースプレート２２上のプラットフォーム２７上に配置された単結晶基板２３が示されている。単結晶ベースプレート２２は、装置２０に対して垂直方向に移動可能である。図示するように、単結晶ベースプレート２２の垂直方向の移動を制御するための直線運動ステージ２５が作業台２１上に配置されている。
【００２０】
一実施形態では、基板は、堆積物と実質的に同一の組成を有する単結晶シードである。例えば、基板及び堆積される材料は、米国特許第６０７４６０２号に開示されている、超合金Ｒｅｎｅ  Ｎ５として商業的に知られるニッケル基超合金などの、ニッケル基超合金とすることができる。
【００２１】
単結晶基板２３上の安定した温度勾配を維持するために、誘導加熱源２４が導入される。図示するように、誘導加熱源２４は、装置２０に対して静止した加熱コイルである。単結晶ベースプレート２２は、誘導加熱源２４に対して垂直に移動することができ、誘導加熱源２４から単結晶基板２３までの距離を制御することができる。基板２３は、プラットフォーム２７上に配置されると、誘導加熱源２４内に配置され得る。
【００２２】
単結晶基板２３上に単結晶を成長させるためにＤＭＤヘッド２８から出射するレーザ２６が示されている。図示するように、４ｋＷのレーザ２６が単結晶Ｎｉ基超合金の試料を形成するために用いられる。しかし、金属粉末を溶融するのに十分なパワーをもつ電子線などの任意のレーザ又は熱源が処理に適切である。図示する実施形態で説明する実験は、４ＫＷから数百ワット程度しか用いない。ＤＭＤヘッド２８は、レーザ２６の位置の制御を可能にするように、Ｘ軸及びＹ軸の両方で、水平面内で移動可能である。このように、装置２０は、単結晶試料を形成するための３軸移動ステージを可能にする。
【００２３】
より具体的には図３に示すように、ＤＭＤヘッド２８は、レーザ２６によって生成された溶融プール３４に超合金粉末３２を流すために、ＤＭＤ粉末金属供給システム３０を利用する。一実施形態では、超合金粉末３２は、ニッケル基超合金粉末を含む。しかし、所望に応じて、任意の適切な超合金を粉末３２に含めることができる。
【００２４】
誘導加熱源２４を用いることにより、単結晶基板２３の温度は溶融温度（例えば、基板２３がＮｉ基超合金である場合には約１２００°Ｃ）近傍まで上昇する。誘導加熱源２４は、固体液体界面の温度勾配を維持するのに役立つ。
【００２５】
次に、粉末３２及び基板２３と接触するレーザ２６を追加することによりクラッド３３から溶融プール３４が形成されると、粉末３２が単結晶基板２３上に堆積される。すなわち、レーザ２６からのエネルギーを加えることにより、粉末３２及び単結晶基板２３の局所的な温度が上昇して、溶融プール３４が形成される。
【００２６】
クラッドは、基板の組成物と同様の組成物である。金属粉末は、一般的には、クラッド内の所望の化学的性質を達成するための好適な大きさ及び化学組成のガス噴霧金属粉末である。
【００２７】
特定の実施形態では、堆積雰囲気は、酸化から保護するために不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ2など）から形成される。例えば、不活性ガスは、装置２０を含む堆積チャンバ（図示せず）を通って流れることができる。
【００２８】
ここで図３を参照すると、溶融プールの温度コントローラ３６が概略的に示されている。溶融プールの温度コントローラ３６は、実質的に一定な溶融プールの温度を維持するように構成され、固体液体界面の温度勾配が維持される。パイロメータ３８及びレンズ３９は、溶融プール３４の温度を測定し、コントローラ３６にアナログ信号を送る。コントローラ３６は、アナログ信号を溶融プール３４の実際の温度に変換する処理を行い、溶融プール３４の温度と堆積の最良の品質を与える基準温度とを比較する。
【００２９】
溶融プール３４の温度が基準温度よりも高い場合には、コントローラ３６は、レーザパワーを減少させるようにより低い信号電圧をレーザパワーコントローラ４０に送る。溶融プールの温度が基準温度より低い場合には、コントローラ３６は、レーザパワーを増加させる。結晶が成長するにつれて、レーザ熱源が遠くなるので、下部は冷却し始めて、固体液体界面の温度勾配の摂動が生じる。誘導加熱源２４は、この問題を是正する。
【００３０】
図２及び図３は、補助熱源４１を含む一実施形態を示し、補助熱源４１はレーザ４３の形態で示されており、溶融プールの温度を調整するためにコントローラ３６と通信する。溶融プール３４の温度が基準温度よりも高い場合には、コントローラ３６は、補助レーザ４３のパワーを減少させるようにより低い信号電圧を補助熱源４１に送る。溶融プール３４の温度が基準温度よりも低い場合には、コントローラ３６は、補助レーザ４３のパワーを増加させるようにより高い信号電圧を補助熱源４１に送る。
【００３１】
図４は、コントローラ３６により用いるための例示的な方法４２を示す。ステップ４４で、溶融プールの温度を決定するために、パイロメータのアナログ入力が読み取られる。ステップ４６で、堆積処理が開始する。ステップ４８で、溶融プールの温度が基準温度と比較される。融点温度が基準温度よりも高い場合には、ステップ５０でレーザパワーを減少させるようにレーザパワーコントローラに信号が送られ、及び／又はステップ５１で補助熱源（例えば、補助レーザ）のパワーを減少させるように補助熱源コントローラ（例えば、補助レーザパワーコントローラ）に信号が送られる。逆に、融点温度が基準温度よりも低い場合には、ステップ５２でレーザパワーを増加させるようにレーザパワーコントローラに信号が送られ、及び／又はステップ５３で補助熱源（例えば、補助レーザ）のパワーを増加させるように補助熱源コントローラ（例えば、補助レーザパワーコントローラ）に信号が送られる。ステップ５４で、溶融プールの温度が測定され、処理が繰り返される。このように、溶融プールの温度を、堆積中にリアルタイムで制御することができる。
【００３２】
図５〜図８は、冷却源を含む実施形態を示しており、冷却源は冷却チャンバ６０の形態で示され、基板２３の温度を調節するためにコントローラ３６（図６及び図８）と通信する。冷却チャンバ６０内に基板２３を配置することにより、基板２３の一方の端部（例えば、溶融プール３４上）における誘導加熱及び／又は補助加熱によって、並びに基板２３の反対側の端部における冷却によって、基板２３内の熱勾配を制御することができる。分離された基板２３の冷却及び溶融プール３４の加熱によって、成長する基板内の熱勾配を達成し、所望するように所定の熱勾配に維持することができる。一実施形態では、所定の熱勾配は、エピタキシャル結晶成長を達成するように選択される。
【００３３】
図５及び図６に示す実施形態では、冷却チャンバ６０は、内部に基板２３を保持するように構成され、冷却チャンバ６０の開口端部には誘導加熱源２４が配置される。例えば、冷却チャンバ６０は、レーザ２６に面した開口端部を含む密閉チャンバとすることができる。冷却チャンバ６０は、基板２３の冷却には、従来の鋳造方法に用いられるブリッジマン炉などにおいて基板２３を冷却するための放射を用いることができる。図６を参照すると、冷却チャンバ６０は、その底面及び／又は側面からの放射により基板２３を冷却し加熱する炉として示してあり、その温度は、コントローラ６３によって調整される。例えば、基板２３の温度が基準温度より高い場合には（例えば基板２３と溶融プール３４との間の温度勾配が十分でない）、コントローラ６３は、基板２３を冷却するためにチャンバ６０の温度を減少させる。或いは、基板２３の温度が基準温度より低い場合には（例えば基板２３と溶融プール３４との間の温度勾配が大きすぎる）、コントローラ６３は、基板２３を温めるためにチャンバ６０の温度を増加させる信号を送る。
【００３４】
或いは、図７及び図８の実施形態は、基板２３の温度を制御するために、冷却チャンバ６０内に冷却ガス６２を供給するガス供給ライン６１を含む冷却チャンバ６０を示す。図８を参照すると、バルブ６４が供給ライン６１にあり、冷却チャンバ６０への冷却ガス６２の流量を調整するためにコントローラ３６と通信する。基板２３の温度が所望の温度より高い場合には（例えば、溶融プール３４と基板２３との間の温度勾配が不十分）、コントローラ３６は、ガスジェット６２の流量を増加させるために、供給管６１の調節可能なバルブ６４に信号を送る。基板２３の温度が所望の温度より低い場合には（例えば、溶融プール３４と基板２３との間の温度勾配が大きすぎる）、コントローラ３６は、ガスジェット６２の流量を減少させるために、供給管６１の調節可能なバルブ６４に信号を送る。
【００３５】
基板２３の温度は、パイロメータ、熱撮像装置などの任意の適切な装置によって測定することができ、溶融プールの温度を測定する同じ装置又は異なる装置であってもよい。一実施形態では、熱撮像装置は、１点で基板２３の温度を測定するだけでなく、複数の点で基板の温度を測定して、基板２３に沿って温度勾配を決定するのに使用することができる。
【００３６】
図９は、コントローラ３６により用いるための例示的な方法７２を示す。ステップ７４で、堆積処理が開始する。ステップ７８で、溶融プールの温度が基準温度と比較される。融点温度が基準温度より高い場合には、ステップ８０でレーザパワーを減少させるために、信号がレーザパワーコントローラに送られる。逆に、融点温度が基準温度より低い場合には、ステップ８２でレーザパワーを増加させるために、信号がレーザパワーコントローラに送られる。ステップ８４で、溶融プールの温度が測定され、処理が繰り返される。このように、溶融プールの温度を、堆積中にリアルタイムで制御することができる。同時に、基板の温度は、ステップ７６で測定され、基準温度と比較される。基板温度が基準温度より低い場合には、ステップ７９で冷却を減少させるために信号が冷却チャンバに送られる。逆に、基板温度が基準温度より高い場合には、ステップ７７で冷却を増加させるために信号が冷却チャンバに送られる。ステップ８１で、基板温度が測定され、処理が繰り返される。このように、溶融プール及び基板の両方の温度のリアルタイムモニタリングを測定し、調整することができ、その間の温度勾配の制御が可能になる。
【００３７】
図２〜図８に示した実施形態は、単一のシステムに組合せることができることに留意されたい。すなわち、補助熱源４１及び冷却源６２は両方とも、装置２０で同時にかつ互いに連動して用いることができる。
【００３８】
一実施形態では、コントローラ３６及び／又はレーザパワーコントローラ４０は、コンピュータ又は他の適切な処理ユニットを含むことができる。したがって、いくつかの実施形態では、コントローラ３６は、実装された場合に、レーザパワー出力制御信号、補助熱源パワー制御信号、及び／又は冷却源制御信号を受信、送信、及び／又は実行するなどの、様々な異なる機能を実行するようにコントローラ３６を構成する適切なコンピュータ可読命令を含むことができる。
【００３９】
コンピュータは、一般に、プロセッサ及びメモリを含む。プロセッサは、任意の公知の処理装置であってもよい。メモリは、任意の適切なコンピュータ可読媒体であってもよく、それは、これらに限らないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、又は他のメモリデバイスを含む。メモリは、プロセッサにより実行することができる命令を含む、プロセッサによりアクセス可能な情報を格納する。命令は、プロセッサによって実行された場合にプロセッサに所望の機能を提供させる命令の任意のセットであってもよい。例えば、命令は、コンピュータ可読形式で表現されたソフトウェア命令であってもよい。ソフトウェアを使用する場合、任意の適切なプログラミング言語、スクリプト言語、又は他のタイプの言語もしくは言語の組合せは、本明細書に含まれる教示を実施するために使用することができる。或いは、命令は、ハードワイヤードロジック、又はこれに限定されないが特定用途向け回路を含む他の回路によって実施することができる。
【００４０】
メモリはまた、プロセッサにより読み出され、操作され、又は格納され得るデータを含むことができる。例えば、パイロメータから測定温度を受け取ると、メモリはその温度情報を格納することができる。さらに、メモリは、様々な基板材料及び／又は粉末材料の基準温度を格納することができる。
【００４１】
コンピュータデバイスは、ネットワーク上の情報にアクセスするためのネットワークインターフェースを含むことができる。ネットワークは、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネット、セルラネットワーク、及び／又は他の適切なネットワークなどのネットワークの組合せを含むことができ、任意の数の有線又は無線の通信リンクを含むことができる。例えば、コンピュータデバイスは、有線又は無線ネットワークを介して、パイロメータ、レーザパワーコントローラ、補助熱源コントローラ、及び／又は冷却源コントローラと通信することができる。
【００４２】
単結晶の成長速度は、式１に示すように、固体中の温度勾配に依存する。
【００４３】
Ｒmax＝（Ｋs・Ｇs）／（ｐs・Ｈ）
ここで、Ｒmaxは最大結晶成長速度、Ｋsは固体の堆積した結晶の熱伝導率、Ｇsは固体液体界面の温度勾配、Ｐsは固体密度、Ｈは溶融の潜熱である。Ｋs、Ｐs、及びＨは材料特性であり、処理によって制御できないが、Ｇsは処理によって制御できることに留意されたい。したがって、レーザ及び誘導加熱の組合せは、成長速度を増加させるための付加的なパラメータを提供する。
【００４４】
本教示は、単結晶を成長させるための高価な鋳型を不要にして、概念から実現までのリードタイムを取り除く。このように、デュアル加熱システムは、処理の柔軟性及び生産性を向上させる道筋を提供する。いくつかの実施形態では、レーザ及び誘導以外の代替的な熱源を使用できることが予想される。このような代替的な熱源としては、電子ビーム、プラズマアーク、電気アーク、抵抗加熱などを挙げることができる。しかし、修正された制御アルゴリズムは、使用される特定の熱源を必要とする。
【００４５】
この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、又は、それらが特許請求の範囲の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ガスタービンブレード、部品物品
１２  翼形部
１４  アタッチメント
１６  プラットフォーム
１８  開口部
２０  装置
２１  作業台
２２  単結晶ベースプレート
２３  単結晶基板
２４  誘導加熱源
２５  直線運動ステージ
２６  レーザ
２７  プラットフォーム
２８  ＤＭＤヘッド
３０  ＤＭＤ粉末金属供給システム
３２  超合金粉末
３３  クラッド
３４  溶融プール
３６  溶融プールの今度温度コントローラ
３８  パイロメータ
３９  レンズ
４０  レーザパワーコントローラ
４１  補助熱源
４３  補助レーザ
６０  冷却チャンバ
６１  ガス供給ライン、供給管
６２  冷却ガス、ガスジェット、冷却源
６３  コントローラ
６４  バルブ
Ｎ５  超合金Ｒｅｎｅ
Ｎｉ  単結晶
【図１】
0006310515.tif 000002
【図２】
0006310515.tif 000003
【図３】
0006310515.tif 000004
【図４】
0006310515.tif 000005
【図５】
0006310515.tif 000006
【図６】
0006310515.tif 000007
【図７】
0006310515.tif 000008
【図８】
0006310515.tif 000009
【図９】
0006310515.tif 000010