(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部品及び第２金属部品を備える鋳造用コアを備える鋳型であって、
第１金属部品及び第２金属部品が複数の溶融又は焼結された粉体金属層を含み、
第１金属部品が第２金属部品より低い融点を有し、
第２金属部品が、第１金属部品の少なくとも一部を囲み、かつ第１金属部品が除去されると鋳造用コア内の空洞を画成する、鋳型。
【請求項２】
第１金属部品が、アルミニウム、ニッケル、銅、金、又は銀の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の鋳型。
【請求項３】
第１金属部品が合金を含む、請求項１に記載の鋳型。
【請求項４】
第２金属部品が、タングステン又はタングステン合金を含む、請求項１又は２に記載の鋳型。
【請求項５】
第２金属部品が、モリブデン又はモリブデン合金を含む、請求項１又は２に記載の鋳型。
【請求項６】
鋳造用コアの少なくとも一部を囲む外側のシェル鋳型をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鋳型。
【請求項７】
外側のシェル鋳型がセラミックを含む、請求項６に記載の鋳型。
【請求項８】
第２金属部品が、鋳型に、１以上の、冷却する特徴部を画成するよう構成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鋳型。
【請求項９】
鋳造用コアが１以上のセラミック部品を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の鋳型。
【請求項１０】
鋳造部品を製造する方法であって、
鋳型組立体に空洞を形成するために、複数の溶融又は焼結された粉体金属層を含む第１金属部品及び第２金属部品を備える鋳型組立体から第１金属部品を除去することであって、第１金属部品が第２金属部品より低い融点を有する、除去することと、
鋳造部品を形成するために、溶融金属を、空洞の少なくとも一部に注ぎ込むことと、
第２金属部品を鋳造部品から除去すること
とを含む方法。
【請求項１１】
第１金属部品が、アルミニウム、ニッケル、銅、金、又は銀の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１金属部品が合金を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
第２金属部品が、タングステン又はタングステン合金を含む、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
第２金属部品が、モリブデン又はモリブデン合金を含む、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
鋳型組立体が、溶融金属が空洞の少なくとも一部に注ぎ込まれた後に除去される外側のシェル鋳型をさらに備える、請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
外側のシェル鋳型がセラミックを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第２金属部品を除去することが、エッチング又は酸処理の少なくとも１つを含む、請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
第１金属部品を除去することが、溶融させることを含む、請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
第１金属部品及び第２金属部品を層ごとに付加的に形成することを含む方法であって、
（ａ）融着領域を形成するために、粉体床の粉体層に照射を行うステップと、
（ｂ）粉体床の上に後続の粉体層を提供するステップと、
（ｃ）少なくとも第１金属部品及び第２金属部品に対応する、２以上の異なる粉体組成を用いて、ステップ（ａ）及びステップ（ｂ）を繰り返すステップと
を含む、請求項１０乃至１８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】
本開示は一般に、鋳造用コア（中子）部品、及び鋳造用コア部品を使用するプロセスに関する。本発明のコア部品は、１以上の第１金属部品と、１以上の第２金属部品とを含むことができる。第１金属部品及び第２金属部品は、ジェット航空機エンジン用タービンブレード、又は発電用タービン部品の製造に使用される超合金の鋳造等の鋳造作業において、有用な特性を提供する。
【背景技術】
【０００２】
多くの現代のエンジン及び次世代タービンエンジンは、入り組んだ複雑な幾何形状を有する部品及び部品を必要とする。これらの幾何形状は、新しい種類の材料及び製造技術を必要とする。エンジン部品及びエンジン部品を製造するための従来の技術は、インベストメント鋳造すなわちロストワックス鋳造という、面倒なプロセスを必要とする。インベストメント鋳造の一例は、ガスタービンエンジンに使用される典型的なロータブレードの製造に関する。タービンブレードは通常、中空の翼形部を含み、中空の翼形部は、エンジン内で動作中に、圧縮された冷却用空気を受け入れるための少なくとも１以上の吸気口を有する、ブレードの翼長に沿って延在する放射状の流路を有する。ブレード内の様々な冷却通路は、前エッジと後エッジとの間の、翼形部の中央に配置されている、蛇行する流路を含む。翼形部は通常、圧縮された冷却用空気を受け入れるための、ブレードを通って延在する吸気口を含む。この吸気孔は、翼形部の加熱された側壁と、内部の冷却用空気との間の熱伝達を高めるための、短いタービューレータリブ又は短いタービュレータピン等の、局所的特徴部を有する。
【０００３】
通常は高強度の超合金金属材料から製造されるこれらのタービンブレードの製造は、多くのステップを必要とする。まず、タービンブレード内に望まれる入り組んだ冷却通路と一致する、精密なセラミックコアが製造される。タービンブレードの翼形部、プラットフォーム、及び一体のダブテールを含むタービンブレードの、精密な三次元外面を画成する精密金型又は精密鋳型も作成される。セラミックコアは、２つの金型半部の内部に組み立てられ、２つの金型半部は、それらの間に、結果物であるブレードの金属部分を画成する空間すなわちボイドを形成する。ワックスが、組み立てられた金型に注入されて、ボイドを満たし、金型内に封入されたセラミックコアを囲む。２つの金型半部は分割されて、成形されたワックスから除去される。成形されたワックスは、望まれるブレードの精密な構成を有し、その後セラミック材料でコーティングされて周囲のセラミックシェルを形成する。次にワックスが溶融され、シェルから除去されて、セラミックシェルと内部のセラミックコアとの間に、対応するボイド、すなわち空間を残す。溶融した超合金金属がその後シェル内に注ぎ込まれ、シェル内のボイドを満たし、シェル内に入っているセラミックコアを再び封入する。溶融金属は冷却されて凝固し、その後、外側のシェルと内部のコアとを適切に除去すると、中に冷却通路が鋳られた、望まれる、金属のタービンブレードが残る。
【０００４】
鋳造されたタービンブレードにはその後、追加の鋳造後修正を行ってもよい。追加の鋳造後修正には、内部を流れる冷却用空気の排気口を提供するために望まれるような、翼形部の側壁を通るフィルム冷却孔を、適切な列状に穴あけすること等が含まれるが、これらに限定されない、この冷却用空気はその後、ガスタービンエンジン内での動作中に、翼形部の外面に、保護のための、冷却用空気フィルム又は冷却用空気ブランケットを形成する。しかし、これらの鋳造後修正は限られており、タービンエンジンが、より複雑になり続けていることと、タービンブレード内の一部の冷却回路で認識されている効率とを考えると、より複雑で入り組んだ内部幾何形状を要求する必要がある。インベストメント鋳造でこれらの部品を製造することは可能だが、これらの従来の製造プロセスを用いて製造するには、位置精度及び入り組んだ内部幾何形状が、より複雑になっている。したがって、入り組んだ内部ボイドを有する３次元部品のための、改良された鋳造方法を提供することが望まれる。
【０００５】
耐熱金属の鋳造部品とセラミックの鋳造部品との組合せを使用する、ハイブリッドのコア部品を用いた精密な金属鋳造は、当技術分野で知られている。耐熱金属の部分とセラミック材料の部分とを含むハイブリッドのコアが製造されている。例えば、“Ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｏｆ  ｈｙｂｒｉｄ  ｃｏｒｅ”と題する米国特許出願公開第２０１３／０２６６８１６号明細書を参照のこと。上記明細書で開示された、ハイブリッドのコアの製造に使われる技術は、従来の粉体床技術を用いていた。ハイブリッドのコアは、例えばジェット航空機エンジンに使われるタービンブレードの鋳造における場合、超合金の鋳造に追加的な柔軟性を提供するが、より高度な、コアのインベストメント鋳造技術の必要性は残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０２０３４１１号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示は一般に、第１金属部品及び第２金属部品を備える鋳造用コアを含む、鋳型に関する。一態様では、第１金属部品は、第２金属部品より低い融点を有していてもよい。別の態様では、第２金属部品は、第１金属部品の少なくとも一部を囲み、かつ第１金属部品が除去されると鋳造用コア内の空洞を画成する。第１金属部品及び／又は第２金属部品のうち１以上は、本明細書で説明する直接レーザ溶融及び／又は直接レーザ焼結という高度な方法を用いた付加製造プロセスによって形成することができる。鋳造用コアはさらに、セラミック材料から形成される外側のシェル鋳型を備えていてもよい。
【０００８】
例示的な実施形態では、第１金属部品はアルミニウム、銅、銀、及び／又は金を含んでいてもよく、第２金属部品はモリブデン、ニオブ、タンタル、及び／又はタングステンを含んでいてもよい。さらに、第１金属部品及び／又は第２金属部品は、合金を含んでいてもよい。
【０００９】
第１金属部品及び／又は第２金属部品のうち１以上を適合させて、鋳造部品内に、特に、冷却孔、後エッジの冷却流路、又は微小流路等の構造物を、画成することができる。第１金属部品及び／又は第２金属部品は、コア支持構造、プラットフォームコア構造、又は先端フラッグ（ｔｉｐ  ｆｌａｇ）構造を提供するように適合させることもできる。非耐熱性の金属及び／又は耐熱金属の、複数の金属部品は、単一の鋳造用コアに用いてもよく、又は、セラミックの鋳造用コア組立体において、単独で使用しても、他の鋳造部品とともに使用してもよい。
【００１０】
本発明はまた、鋳造部品を製造する方法であって、鋳型組立体内に空洞を形成するために、第１金属部品及び第２金属部品を備える鋳型組立体から第１金属部品を除去することであって、第１金属部品が第２金属部品より低い融点を有する、除去することと、鋳造部品を形成するために、溶融金属を、空洞の少なくとも一部に注ぎ込むことと、第２金属部品を鋳造部品から除去することとを含む方法に関する。
【００１１】
別の態様では、第１金属部品及び第２金属部品を含む鋳造用コア全体を、粉体床から、直接レーザ溶融及び／又は直接レーザ焼結によって製造することができる。代替的には、第１金属部品及び第２金属部品を鋳型内で組み立てて、セラミックスラリーを導入し、鋳造用コアを製造してもよい。
【００１２】
別の態様では、第１金属部品及び第２金属部品は、ＡＭプロセスを用いて同時に形成してもよい。可能なＡＭプロセスの一実施形態では、第１金属部品及び第２金属部品は、（ａ）融着した／焼結された領域を形成するために、粉体床の粉体層を照射バインダ射出によって固結、及び／又は焼結させるステップと、（ｂ）粉体床の上に後続の粉体層を提供するステップと、（ｃ）少なくとも第１金属部品及び第２金属部品に対応する、２以上の異なる粉体組成を用いて、ステップ（ａ）及びステップ（ｂ）を繰り返すステップとを含むプロセスによって、層ごとに成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】付加製造のための、従来の装置の例を示す概略図である。
【図２】成形物全体で異なる組成を有する部品の製造を可能にする付加製造装置の斜視図である。
【図３】図２の付加製造装置を用いて製造されている部品の上面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従った、鋳造部品を形成する方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に従った、鋳造部品を形成する方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に従った、鋳造部品を形成する方法を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った、鋳造部品を形成する方法を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に従った、鋳造部品を形成する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面に関連して以下に示す詳細な説明は、様々な構成を説明することを意図し、本明細書で説明する概念を実施することができる唯一の構成を示すことを意図するものではない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を提供することを目的とする、具体的な詳細を含んでいる。しかし、これらの概念は、これらの具体的な詳細がなくても実施可能であることは、当業者には明白であろう。
【００１５】
本発明の、第１金属部品及び／又は第２金属部品は、付加製造（ＡＭ）プロセスを用いて製造することができる。ＡＭプロセスは一般に、除去製造法とは対照的に、１以上の材料を蓄積させて、ネットシェイプ又はニアネットシェイプ（ＮＮＳ）の物体を成形することを伴う。「付加製造」は業界標準用語であるが（ＡＳＴＭ  Ｆ２７９２）、ＡＭは、自由成形、３Ｄプリンティング、ラピッドプロトタイピング／ラピッドツーリング等を含む様々な名称で知られる、様々な製造技術及び試作技術を包含する。ＡＭ技術は、幅広い材料から、複雑な部品を成形することができる。一般に、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから、自立する物体を成形することができる。特定の種類のＡＭプロセスは、例えば、電子ビーム、又はレーザビーム等の電磁放射線等のエネルギービームを用いて、粉体材料を焼結又は溶融させて、固体の三次元物体を作成する。固体の三次元物体においては、粉体材料の粒子が互いに接着している。例えば、エンジニアリングプラスティック、熱可塑性エラストマ、金属、及びセラミック等の異なる材料系が使われている。レーザ焼結又はレーザ溶融は、機能する試作品及び機能するツールを高速に成形するため、注目すべきＡＭプロセスである。応用例には、複雑な被加工物、インベストメント鋳造用の型、射出成形用及びダイカスト用の金属鋳型、並びに砂型鋳造用の鋳型及びコアの、直接製造を含まれる。設計サイクル中の、概念の伝達及び試験を改善するための、試作物体の成形は、ＡＭプロセスの別の一般的な利用法である。
【００１６】
選択的レーザ焼結、直接レーザ焼結、選択的レーザ溶融、及び直接レーザ溶融は、レーザビームを用いて微細粉体を焼結又は溶融させることによって、三次元（３Ｄ）の物体を製造することを指すのに使われる、一般的な工業用語である。例えば、米国特許第４８６３５３８号明細書及び米国特許第５４６０７５８号明細書は、従来のレーザ焼結技術を説明している。より正確には、焼結は粉体材料の融点未満の温度で粉体の粒子を融着（凝集）させることを伴い、一方溶融は、粉体の粒子を完全に溶融させて、固く均質な塊を形成することを伴う。レーザ焼結又はレーザ溶融に関連する物理的プロセスは、粉体材料に対する熱移動と、その後の粉体材料の焼結又は溶融を含む。レーザ焼結プロセス及びレーザ溶融プロセスは、幅広い粉体材料に適用できるが、製造経路の科学的側面及び技術的側面は、あまり理解されていない。製造経路の科学的側面及び技術的側面は、例えば焼結速度又は溶融速度、並びに積層製造プロセス中に加工パラメータが微細構造の形成に与える影響である。この成形方法は、複数の、熱移動、物質移動、及び運動量移動の態様、並びに化学反応を伴い、それによってこのプロセスが非常に複雑になる。
【００１７】
図１は、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）又は直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）のための例示的な従来のシステム１００の断面を示す概略図である。装置１００は、レーザ１２０等の線源から発せられるエネルギービーム１３６を用いて、粉体材料（図示せず）を、焼結させること、又は溶融させることによる、層ごとに成形する方法で、例えば部品１２２等の物体を成形する。エネルギービームにより溶融される粉体は、リザーバ１２６により供給され、１３４の方向に移動するリコータアーム１１６を用いてビルドプレート１１４の上に均等に広げられる。リコータアーム１１６は一定の高さ１１８に粉体を維持し、粉体の高さ１１８を超えた余剰粉体材料を廃棄物容器１２８に除去する。エネルギービーム１３６は、成形されている物体の断面層を、ガルボスキャナ１３２による制御のもとで焼結又は溶融させる。ビルドプレート１１４が下げられ、ビルドプレート及び成形されている物体の上に別の粉体層が広げられて、その後、レーザ１２０によって、次の、粉体の溶融／焼結が行われる。このプロセスは、溶融された／焼結された粉体材料から部品１２２が成形されるまで、繰り返される。レーザ１２０は、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータシステムによって制御されてもよい。コンピュータシステムは、各々の層の走査パターンを決定することができ、かつレーザ１２０を制御して、走査パターンに従って粉体材料に照射を行うことができる。部品１２２の成形の完了後は、部品１２２に様々な後処理手順を適用することができる。後処理手順は、例えば吹き飛ばし、又は吸い込みによる、余剰粉体の除去を含む。別の後処理手順には、応力除去プロセスが含まれる。
【００１８】
上記の、従来のレーザ溶融／焼結技術には、様々な組成を有するＡＭ物体を製造することに関しては、いくつかの制約がある。例えば、連続する層同士で粉体の組成を変更することは可能だが、特に、製造ステップ同士の間の中断時間が高いコストを伴う工業の場面においては、変更は煩雑になり得る。最近では、成形物の連続する粉体層同士の間だけでなく、同じ粉体層内で水平方向にも、成形物の組成の精密な制御を可能にする、より高度なレーザ溶融法／レーザ焼結法が開発されている。２０１５年８月２５日に出願された、“Ｃｏａｔｅｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”と題する米国特許出願公開第２０１４／８３４５１７号明細書を参照のこと。同明細書は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００１９】
図２に示すように、高度な粉体床機械は、吐出器３２の上に配置されたリザーバ組立体３０を含む。吐出器３２は１以上の細長いトラフ３８Ａ〜３８Ｅを有する。細長いトラフは、ビルドプレート１２上に対する粉体の堆積を制御する、トラフとビルドプレートとの間にある堆積バルブ（２値又は可変）を備える。
【００２０】
リザーバ組立体３０は、各々のトラフ３８Ａ〜３８Ｅの上に配置された、１以上のリザーバを含む。図２に示すように、リザーバ組立体は、例えば２０個のリザーバを含む。各々のリザーバは、適切な壁又は仕切りによって画成され、全体的に「Ｐ」（すなわち、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３等）で表示されている粉体を蓄え、吐出するのに有効な容積を形成する。各々の個々のリザーバには、組成及び／又は粉体の粒子サイズ等、固有の特性を有する粉体Ｐを入れてもよい。例えば、Ｐ１は、部品６０を成形するのに用いることができ、Ｐ２は部品６２を成形するのに用いることができ、Ｐ３は部品６４を成形するのに用いることができる。粉体Ｐは、付加製造に適した任意の材料であってもよいことは、理解されよう。例えば、粉体Ｐは金属粉体でも、高分子粉末でも、有機粉体でも、セラミック粉体でもよい。リザーバ組立体３０は任意選択的なものであり、粉体Ｐはトラフ３８に直接入れてもよいことに留意されたい。
【００２１】
任意選択で、例えば、過去のサイクルとは異なる混合の粉体を堆積させることが望まれる場合等、プロセスのサイクルとサイクルとの間に、トラフ３８Ａ〜３８Ｅを空にすることが望まれる場合もある。空にすることは、トラフ３８Ａ〜３８Ｅを余剰粉体用容器１４の上に動かし、堆積バルブを開けて余剰の粉体を捨てることによって達成することができる。このプロセスは、ガス又はガスの混合物を、トラフ３８Ａ〜３８Ｅを通して流すことによって、増強されてもよい。
【００２２】
図３は部品Ｃの粉体層の半分を、幅１０素子、高さ１５素子のグリッドに細分したものを示している。グリッド素子の大きさ及び素子と素子との間隔は、説明を明確にする目的で、強調されている。それぞれが素子のグリッドを有する連続する層としての部品Ｃの表示は、例えば適切なソリッドモデリング又はコンピュータ支援設計ソフトウェアを用いてモデル化することができる。図４に示された、各々の、固有の斜線模様は、１つの固有の粉体の特性（例えば、組成及び／又は粒子サイズ）を表す。図示されているように、単一の粉体層は、異なる種類の粉体を含んでいてもよい（例えば、Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３）。図３には３つの異なる種類の粉体が示されているが、本開示の範囲から逸脱することなく、これより多い種類の粉体、又はこれより少ない種類の粉体を用いてもよいことは、理解されよう。
【００２３】
この、粉体Ｐを塗工して、その後粉体Ｐをレーザ溶融させるというサイクルは、部品Ｃ全体が完成するまで繰り返される。
【００２４】
本発明に従ったコア部品を提供するために、別の技術を用いてもよい。例えば、部品は、同一のコア部品内に異なる材料を使用する射出成形技術を用いて製造されてもよい。
【００２５】
本開示のコア部品は、最終製造物に、冷却孔、後エッジ冷却流路、微小流路、２つの冷却用空洞を接続する交差孔（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ  ｈｏｌｅｓ）、二重壁又は壁近くの冷却構造の内部インピンジメント孔、ブレードの基部転回部に形成されたリフレッシャ孔、及び当技術分野で知られている追加的な冷却機能等の、冷却機能を提供するのに用いることができる。さらに、コア部品は、２以上の材料の熱膨張特性を調和させるのに用いることもできる。本開示のコア部品はまた、鋳造された金属の物体の一部の領域に、望まれる要素又は望まれる合金を、添加すなわちドープするのに用いてもよい。
【００２６】
上記の付加製造技術は、ほぼすべての望まれる形状及び組成のコア部品の形成を可能にする。本開示のコア部品は、任意選択で、他の金属片及び／又はセラミック部品とともに組み立ててもよい。一実施形態では、コア部品及び任意のその他の任意選択の部品は、ジェット航空機エンジン用の超合金タービンブレードの製造において使用されているもの等、セラミック鋳型のコア部分内で用いることができる。その後鋳型を整えて、溶融した超合金を、金属部品との接触部を有する鋳型の空洞内に注ぎ込んでもよい。鋳型部品は、機械的プロセスと化学的プロセスとの組合せを用いて、鋳型から除去してもよい。セラミック材料は、高温及び／又は高圧下で、苛性アルカリ溶液を用いて浸出することができる。傾斜のつけられたコア部品は、その後、酸処理を用いて、形成された超合金の部品から化学的にエッチング除去してもよい。一態様では、傾斜のつけられたコア部品は、溶融されるのではなく、焼結される。このことは、傾斜のつけられたコア部品を除去するための選択肢の数を増やすことができる。例えば、いくつかの場合では、焼結された（不完全に融着された）金属は、物理的手段（例えば、振動させること）を用いて除去され得る。さらに、焼結された材料は、エッチング液が、焼結された粉体構造により急速に浸透する酸エッチングを用いて、より容易に除去することができる。
【００２７】
図４〜８は、本開示のいくつかの態様に従った鋳型４００を用いて、鋳造部品４１４を製造する方法を示している。例えば、図４を参照すると、鋳型は、第１金属部品４０２と、第２金属部品４０４とを含んでいてもよい。任意選択で、鋳型４００はまた、第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４の、少なくとも一部を囲む、外側のシェル鋳型（図示せず）を備えていてもよい。一態様では、鋳型４００は、単結晶超合金のタービンブレード等の、ジェット航空機の部品の鋳造に用いることができる。
【００２８】
図４をさらに参照すると、第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４は、図１〜３に関連して上述した付加製造技術を用いて、形成することができる。例えば、第１金属部分４０２及び第２金属部品４０４は、付加製造を用いて同時に形成することができる。代替的には、第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４は、別々に形成されてもよい。一態様では、第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４は、同じ製造技術（例えば、付加製造）を用いて形成され得る。付加的に及び／又は代替的には、第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４は、異なる製造法を用いて形成され得る。
【００２９】
外側のシェル鋳型（図示せず）が含まれる場合は、外側のシェル鋳型は第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４の周囲に形成されてもよい。代替的には、第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４は、外側のシェル鋳型内に配置してもよい。
【００３０】
第１金属部品４０２は、第２金属部品４０４より融点が低い金属を含んでいてもよい。例示的な実施形態では、第１金属部品は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、クロム、銅、金、及び／もしくは銀、又はこれらの組合せもしくは合金の、少なくとも１つを含むがこれらに限定されない、融点が低い金属及び／又は合金を含んでいてもよい。別の例示的な実施形態では、第２金属部品４０４は、モリブデン、ニオブ、タンタル、及び／もしくはタングステン、又はこれらの組合せもしくは合金の、少なくとも１つを含むがこれらに限定されない、耐熱金属及び／又は耐熱合金を含んでいてもよい。これらの例示的実施形態は、限定的であることを意図しない。例えば、第１金属部品４０２は、第２金属部品４０４に用いられている金属より低い融点を有する任意の金属を、含むことができる。同様に、第２金属部品４０４は、第１金属部品４０２に用いられている金属よりも高い融点を有する任意の金属を、含むことができる。
【００３１】
一態様では、第１金属部品４０２の金属及び／又は第２金属部品４０４の金属を任意選択で選択して、超合金部品内に１以上の要素又は合金を拡散させることによって、鋳造部品４１４の組成を局所的に変えてもよい。
【００３２】
第２金属部品４０４の形状は、タービンブレード４１４の壁に、直径の小さい冷却孔４１６ａ、４１６ｂ（図８に図示）と、非直線的で、かつ見通せない形状の冷却孔（図示せず）とを形成するのにコア部品を用いることができる方法を示している。第１金属部品４０２及び／又は第２金属部品４０４は、鋳造部品に、冷却孔、後エッジの冷却流路、又は微小流路を形成するのに用いてもよい。さらに、第１金属部品４０２及び／又は第２金属部品４０４は、コア支持構造、プラットフォームコア構造、又は先端フラッグ構造に用いることができる。
【００３３】
耐熱金属である、モリブデン、ニオブ、タンタル、及びタングステンは、本開示に従って用いることができ、ハイブリッドのコア部品にすでに用いられている形態で、市販されている。いくつかの耐熱金属は、溶融超合金中で、酸化又は溶融する場合がある。耐熱金属のコア部品は、保護のため、セラミック層でコーティングされていてもよい。代替的には、第２金属部品４０４は、保護のため、厚さ０．１〜１ミルのセラミック層を有する、表面までの、傾斜遷移層を有してもよい。保護のためのセラミック層には、シリカ、アルミナ、ジルコニア、クロミア、ムライト、及びハフニアが含まれてもよい。
【００３４】
第１金属部品４０２及び／又は第２金属部品４０４は、酸化からの保護のため、貴金属（すなわち、プラチナ）、又はクロムもしくはアルミニウム等の別の金属の層までの、傾斜遷移層を有してもよい。これらの金属層は、単独で使用しても、上述したセラミック層との組合せで使用してもよい。
【００３５】
さらに、第２金属部品４０４は、加熱されると表面保護膜を形成する材料を含んでいてもよい。例えばＭｏＳｉ２は、ＳｉＯ２の保護層を形成する。
【００３６】
図５に示すように、第１金属層４０２が鋳型４００から除去されて、少なくとも一部が第２金属部品４０４によって画成される空洞４０６を形成することができる。図５に示した例では、空洞４０６は第２金属部品４０４内に形成されている。一態様では、第１金属部品４０２は、第１金属部品４０２を溶融させることによって、鋳型４００から除去され得る。例示的な一実施形態では、第１金属部品４０２は、第１金属部品４０２の融点が、第２金属部品４０４の融点よりも低くなるように、選択してもよい。このようにして、第１金属部品４０２は、第２金属部品４０４を溶融させることも、第２金属部品４０４の損傷原因となることもなく、溶融及び除去することができる。
【００３７】
図６に示すように、液体金属４０８が空洞４０６内に注ぎ込まれてもよい。液体金属４０８は、液体超合金でもよい。例えば、液体金属４０８は、とりわけインコネルを含む、ニッケル基合金を含んでいてもよい。液体金属４０８は、図７に示すように、凝固して凝固金属４１０を形成することができる。
【００３８】
凝固金属４１０を形成後、図８に示すように、第２金属部品４０４を除去して、鋳造部品４１４を露出させてもよい。第２金属部品４０４の除去は、化学的手段（例えば、エッチング及び／又は酸処理）によって、行うことができる。第２金属部品４０４は、凝固金属４１０を除去せず、凝固金属４１０の損傷原因ともならない化学的手段を用いて、除去することができる。鋳型４００の一部として用いられた場合は、外側のシェル鋳型（図示せず）は、破砕等の機械的手段によって、除去することができる。外側のシェル鋳型は、第２金属部品４０４より先に除去しても、第２金属部品４０４より後に除去してもよい。
【００３９】
第１金属部品４０２及び第２金属部品４０４は、超合金の鋳造部品の形成中及び／又は形成後に、除去され得る。第１金属部品４０２は、第１金属部品４０２が、第２金属部品４０４より低い融点を有するように、選択され得る。このようにして、第１金属部品４０２は、第２金属部品４０４を溶融させること、及び／又は第２金属部品４０４の損傷原因となることなく、溶融及び除去され得る。その後、第１金属部品４０２を除去することによって、かつ、第２金属部品４０４を残すことによって形成された空洞内に、溶融した超合金が注ぎ込まれてもよい。溶融した超合金を凝固させた後、第２金属部品４０４の除去を行って、鋳造部品（例えば、タービンブレード）を製造してもよい。例えば、第２金属部品４０４は、化学的手段を用いて除去でき、この化学的手段には酸処理を用いたエッチングが含まれるが、これに限定されない。第２金属部品を除去するためのエッチングは、任意のセラミックを除去するために高温下及び高圧下で苛性アルカリ溶液に漬浸させる前に行っても、後に行ってもよい。一態様では、第２金属部品４０４は、溶融させるのではなく、焼結させてもよい。このことは、第２金属部品４０４を除去するための選択肢の数を増やす場合がある。例えば、いくつかの場合では、焼結された（不完全に融着された）第２金属は、物理的手段（振動させること等）を用いて除去され得る。さらに、焼結された材料は、エッチング液が、焼結された粉体構造に、より急速に浸透する酸エッチングを用いて、より容易に除去され得る。
【００４０】
上記の例においては、第１金属部品４０２である金属は、タービンブレードを形成するためのロストワックス法におけるワックスに類似する、使い捨ての型材料として用いてもよい。さらに、第１金属部品４０２は、ロストワックス法において、第２金属部品４０４とともに用いてもよい。この場合、両方の金属部品が、鋳造用コアの部分を形成する。その後、鋳造用コアは、ワックス、及び、任意選択でセラミックシェルによって包囲されてもよい。ワックスは除去されてもよく、さらに、第１金属部品４０２は、ワックスの除去に用いた加熱ステップと同じ加熱ステップ、又は異なる加熱ステップによって、溶融除去されてもよい。第１金属部品４０２は、溶融除去された後に、後に成形される材料のための通路を提供する、鋳造プロセスにおけるゲート材料として用いてもよい。
【００４１】
本明細書は、好ましい実施形態を含む例を用いて、本発明を開示し、かつ当業者であれば、任意の装置又はシステムを製造及び使用すること、並びに任意の取り入れられた方法を実行することを含め、本発明を実施できるようにしている。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的には異ならない均等の構造的要素を有する場合は、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。当業者であれば、説明された様々な実施形態からの態様、及びそれらの態様の各々の、他の既知の均等物を、組合せて、かつ適合させることによって、本出願の原理に従った追加的な実施形態及び技術を構成することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１２  ビルドプレート
１４  余剰粉体容器
３０  リザーバ組立体
３２  吐出器
３８Ａ  トラフ
３８Ｂ  トラフ
３８Ｃ  トラフ
３８Ｄ  トラフ
３８Ｅ  トラフ
６０  部品
６２  部品
６４  部品
１００  装置
１１４  ビルドプレート
１１６  リコータアーム
１２０  レーザ
１２２  部品
１２６  リザーバ
１２８  廃棄物容器
１３２  ガルボスキャナ
１３６  エネルギービーム
４００  鋳型
４０２  第１金属部品
４０４  第２金属部品
４０６  空洞
４０８  液体金属
４１０  凝固金属
４１４  鋳造部品
４１６ａ  冷却孔
４１６ｂ  冷却孔
【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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