(57)【要約】【課題】所望の内部冷却回路を有するガスタービンエンジン部品を鋳造するための鋳造用物品を提供する。【解決手段】本開示の別の例示的な態様による鋳造用物品は、とりわけ、内部チャネルと内部チャネルを囲む外側シェル本体とを含む回路形成部を含む。設計破損特徴部は、外側シェル本体に形成され、鋳造プロセス中に、鋳造用物品の圧縮率を増加させるように構成されている。【選択図】図７
2016087693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部チャネルと前記内部チャネルを囲む外側シェル本体とを含む回路形成部と、
前記外側シェル本体に形成され、鋳造プロセス中に、前記鋳造用物品の圧縮率を増加させるように構成された設計破損特徴部と、を備える、鋳造用物品。
【請求項２】
前記設計破損特徴部が前記外側シェル本体に形成された薄肉部分を含み、前記薄肉部分が、前記外側シェル本体の第２の部分と比べて厚さが小さい、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項３】
前記設計破損特徴部が、前記外側シェル本体の負圧面形成壁と正圧面形成壁との間に延びる内部支持部を含む、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項４】
前記設計破損特徴部が、前記外側シェル本体に形成された少なくとも１つの多孔領域を含み、前記少なくとも１つの多孔領域が、前記外側シェル本体の第２の部分の第２の密度よりも小さい第１の密度を有する、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項５】
前記内部チャネルが、前記回路形成部を通る浸出通路を構築する、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項６】
前記外側シェル本体に形成された複数の設計破損特徴部を備える、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項７】
前記設計破損特徴部が、前記外側シェル本体のリブ形成壁に形成された薄肉部分を含む、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項８】
前記設計破損特徴部が、前記外側シェル本体のリブ形成壁に形成された少なくとも１つの多孔領域を含む、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項９】
前記少なくとも１つの多孔領域が、前記内部チャネルに向かって崩れるように構成されている、請求項８に記載の鋳造用物品。
【請求項１０】
前記設計破損特徴部が、前記内部チャネルの中心に向かってたわむように構成されている、請求項１に記載の鋳造用物品。
【請求項１１】
ガスタービンエンジン部品を製造するための鋳造用物品の作成方法であって、
粉末状材料を付加製造システムに供給するステップであって、前記粉末状材料が、シリカ材料とアルミナ材料と耐熱金属材料とのうちの少なくとも１つを含む、供給するステップと、
鋳造用物品を層毎に製造するために前記付加製造システムを使用するステップであって、前記鋳造用物品が、複数の回路形成部を含み、前記回路形成部のうちの少なくとも１つが、外側シェル本体によって囲まれた内部チャネルと、前記外側シェル本体に形成された設計破損特徴部とを含む、使用するステップと、を含む、前記方法。
【請求項１２】
前記内部チャネルが、前記回路形成部を通る中空開口部を構築する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記設計破損特徴部が、前記外側シェル本体に形成された薄肉部分、前記外側シェル本体の負圧面形成壁と正圧面形成壁との間に延びる内部支持部、または前記外側シェル本体に形成された多孔領域を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記付加製造システムを使用する前記ステップが、
前記鋳造用物品の第１の断面層を形成するために前記粉末状材料の第１の層を融解させることと、
前記粉末状材料の第２の層を前記第１の断面層の上に広げることと、
前記鋳造用物品の第２の断面層を形成するために前記第２の層を融解させることと、を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記設計破損特徴部が、前記外側シェル本体の負圧面形成壁と正圧面形成壁との間に延びる内部支持部を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記設計破損特徴部が、前記外側シェル本体に形成された少なくとも１つの多孔領域を含む、請求項１１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、付加製造鋳造用物品とそれを作成するための方法とに関する。鋳造用物品は、所望の内部冷却回路を有するガスタービンエンジン部品を鋳造するために使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１４年１０月３１日に出願された、米国仮特許出願第６２／０７３，２００号の優先権を主張する。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、通常、圧縮器部分と燃焼器部分とタービン部分とを含む。一般に、動作中、空気は、圧縮器部分で与圧され、燃焼器部分で燃料と混合され、燃焼されて、高温燃焼ガスを生成する。高温燃焼ガスはタービン部分の中を流れ、タービン部分は、エネルギーを高温燃焼ガスから抽出して、圧縮器部分と他のエンジン負荷とに動力を供給する。
【０００４】
それらが高温燃焼ガスにさらされるため、多数のガスタービンエンジン部品は、内部冷却特徴部を含むことができる。専用冷却用空気を圧縮器部分から抽出し、内部冷却特徴部を介して部品のあらゆる場所に行き渡らせて、部品を冷却することができる。これらの部品は、多くの場合、インベストメント鋳造プロセスを使用して鋳造される。互いに固定された２つ以上の部分を有する鋳型は、部品の外表面を画定し、鋳型内に置かれたコアは、部品の内部冷却特徴部を形成し、それは、冷却通路、衝突孔、リブ、超小型回路、または他の構造を含むが、これらに限定されない。コアは、鋳造後の部品から浸出されなければならない固体構造である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の別の例示的態様による鋳造用物品は、とりわけ、内部チャネルと内部チャネルを囲む外側シェル本体とを含む回路形成部を含む。設計破損特徴部は、外側シェル本体に形成され、鋳造プロセス中に、鋳造用物品の圧縮率を増加させるように構成されている。
【０００６】
前述の鋳造用物品のさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体に形成された薄肉部分を含む。薄肉部分は、外側シェル本体の第２の部分と比べて厚さが小さい。
【０００７】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体の負圧面形成壁と正圧面形成壁との間に延びる内部支持部を含む。
【０００８】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体に形成された少なくとも１つの多孔領域を含む。少なくとも１つの多孔領域は、外側シェル本体の第２の部分の第２の密度よりも小さい第１の密度を有する。
【０００９】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、内部チャネルは、回路形成部を通る浸出通路を構築する。
【００１０】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、複数の設計破損特徴部が、外側シェル本体に形成される。
【００１１】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体のリブ形成壁に形成された薄肉部分を含む。
【００１２】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体のリブ形成壁に形成された少なくとも１つの多孔領域を含む。
【００１３】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、少なくとも１つの多孔領域は、内部チャネルに向かって崩れるように構成されている。
【００１４】
前述の鋳造用物品のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、内部チャネルの中心に向かってたわむように構成されている。
【００１５】
本開示の別の例示的態様による、ガスタービンエンジン部品を製造するための鋳造用物品を作成する方法は、とりわけ、粉末状材料を付加製造システムに供給することを含む。粉末状材料は、シリカ材料とアルミナ材料と耐熱金属材料とのうちの少なくとも１つを含む。付加製造システムは、鋳造用物品を層毎に製造するために使用される。鋳造用物品は複数の回路形成部を含み、回路形成部のうちの少なくとも１つは、外側シェル本体によって囲まれた内部チャネルを含む。設計破損特徴部は、外側シェル本体に形成される。
【００１６】
前述の方法のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、内部チャネルは、回路形成部を通る中空開口部を構築する。
【００１７】
前述の方法のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体に形成された薄肉部分、外側シェル本体の負圧面形成壁と正圧面形成壁との間に延びる内部支持部、または外側シェル本体に形成された多孔領域を含む。
【００１８】
前述の方法のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、付加製造システムを使用するステップは、鋳造用物品の第１の断面層を形成するために、粉末状材料の第１の層を融解させることと、粉末状材料の第２の層を第１の断面層の上に広げることと、鋳造用物品の第２の断面層を形成するために、第２の層を融解させることと、を含む。
【００１９】
前述の方法のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体の負圧面形成壁と正圧面形成壁との間に延びる内部支持部を含む。
【００２０】
前述の方法のうちのいずれかのさらに非限定的な実施形態では、設計破損特徴部は、外側シェル本体に形成された少なくとも１つの多孔領域を含む。
【００２１】
それらのさまざまな態様または各個別の特徴のうちのいずれかを含む、前の段落、特許請求の範囲、または以下の説明および図面の実施形態、実施例、および代替物は、個別に、または組み合わせて解釈され得る。ある実施形態に関連して説明する特徴は、そのような特徴が両立しないものでない限り、すべての実施形態に適用可能である。
【００２２】
本開示のさまざまな特徴および利点は、以下の詳細な説明から、当業者に明白になる。詳細な説明に添付する図面を以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ガスタービンエンジンの概略的な断面図である。
【図２】ガスタービンエンジン部品の図である。
【図３】コアを取り除く前の、図２のガスタービンエンジン部品の図である。
【図４】別のガスタービンエンジン部品の図である。
【図５】鋳造用物品を製造するための付加製造システムの図である。
【図６】本開示の第１の実施形態による、鋳造用物品の図である。
【図７】図６の鋳造用物品の断面Ａ−Ａを通る断面図である。
【図８】本開示の第２の実施形態による、鋳造用物品の図である。
【図９】図８の鋳造用物品の断面Ａ−Ａを通る断面図である。
【図１０】コアの設計破損特徴部の図である。
【図１１】コアの別の設計破損特徴部の図である。
【図１２Ａ】鋳造プロセス中のコアの設計破損特徴部のたわみの概略図である。
【図１２Ｂ】鋳造プロセス中のコアの設計破損特徴部のたわみの概略図である。
【図１２Ｃ】鋳造プロセス中のコアの設計破損特徴部のたわみの概略図である。
【図１３】付加製造され得る鋳造システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示は、コアなどの付加製造鋳造用物品について説明する。付加製造システムを使用して、鋳造用物品を層毎に作ることができる。鋳造用物品は、複数の回路形成部を含む。回路形成部を、内部チャネルと共に形成することができる。いくつかの実施形態では、鋳造用物品は、浸出流体を受けるための浸出通路を構築する。浸出通路は、鋳造後のガスタービンエンジン部品からコアを融解するのに必要な時間の量を減少させる。別の実施形態では、鋳造用物品は、設計破損領域を備える。設計破損領域は、部品凝固中に、回路形成部が非重要位置でたわみ、つぶれ、または崩れることを可能にして、鋳造部品に損傷を与えることを防ぐ。本発明を実施するための形態の以下の段落で、これらおよび他の特徴をより詳細に説明する。
【００２５】
図１は、ガスタービンエンジン２０を概略的に示している。非限定的な一実施形態では、例示的ガスタービンエンジン２０は、一般に、ファン部分２２と圧縮器部分２４と燃焼器部分２６とタービン部分２８とを組み込んだ、２軸式ターボファンエンジンである。代替的なエンジンは、他のシステムの特徴部の中で（図示しない）オーグメンタ部分を含む。ファン部分２２は、空気をバイパスフロー流路Ｂに沿って送り、一方、圧縮器部分２４は、圧縮と燃焼器部分２６への供給とのために、空気をコアフロー流路Ｃに沿って送る。燃焼器部分２６で生成された高温燃焼ガスは、タービン部分２８を通って膨脹する。開示した非限定的な実施形態ではターボファンガスタービンエンジンとして描かれているが、本明細書で説明する概念がターボファンエンジンに限定されず、これらの教示が、３軸式エンジン構造体を含むが、それに限定されない他の種類のエンジンにおよび得る、ということが理解されるべきである。
【００２６】
ガスタービンエンジン２０は、一般に、エンジン中心線長手方向軸Ａの周りでの回転のために取り付けられた、低速スプール３０と高速スプール３２とを含む。低速スプール３０と高速スプール３２とを、エンジン静的構造３３に対して、いくつかのベアリングシステム３１を介して取り付けることができる。他のベアリングシステム３１を、代替的にまたは追加的に提供することができる、ということを理解すべきである。
【００２７】
低速スプール３０は、一般に、ファン３６と低圧圧縮器３８と低圧タービン３９とを相互接続する内側シャフト３４を含む。内側シャフト３４をファン３６に、ギア付き構造体４５を通して接続して、ファン３６を低速スプール３０よりも遅い速度で動かすことができる。高速スプール３２は、高圧圧縮器３７と高圧タービン４０とを相互接続する外側シャフト３５を含む。本実施形態では、内側シャフト３４および外側シャフト３５は、さまざまな軸位置において、エンジン静的構造３３内に置かれたベアリングシステム３１によって支えられている。
【００２８】
燃焼器４２は、高圧圧縮器３７と高圧タービン４０との間に配置されている。中間タービンフレーム４４は、一般に、高圧タービン４０と低圧タービン３９との間に配置され得る。中間タービンフレーム４４は、タービン部分２８の１つまたは複数のベアリングシステム３１を支えることができる。中間タービンフレーム４４は、コアフロー流路Ｃ内に延びる１つまた複数のエアフォイル４６を含むことができる。
【００２９】
内側シャフト３４および外側シャフト３５は、同心であり、それらの長手方向軸と同一直線上にあるエンジン中心線長手方向軸Ａの周りを、ベアリングシステム３１を介して回転する。コア気流は、低圧圧縮器３８と高圧圧縮器３７とによって圧縮され、燃焼器４２で燃料と混合され、燃焼され、その後、高圧タービン４０と低圧タービン３９とを通して膨脹する。高圧タービン４０および低圧タービン３９は、膨脹に応じて、それぞれの高速スプール３２と低速スプール３０とを回転的に動かす。
【００３０】
低圧タービン３９の圧力比は、低圧タービン３９の出口におけるガスタービンエンジン２０の排気ノズルの前の圧力に対する、低圧タービン３９の入口の前で測定された圧力であることができる。非限定的な一実施形態では、ガスタービンエンジン２０のバイパス比は、約１０よりも大きく（１０：１）、ファン径は、低圧圧縮器３８のそれよりも著しく大きく、低圧タービン３９は、約５よりも大きい圧力比（５：１）を有する。しかしながら、上記のパラメータが、ギア付き構造体エンジンの一実施形態の単に例であり、本開示が、直接駆動ターボファンを含む他のガスタービンエンジンに適用可能である、ということを理解すべきである。
【００３１】
例示的ガスタービンエンジン２０の本実施形態では、高バイパス比のために、大量の推力がバイパスフロー流路Ｂによって提供される。ガスタービンエンジン２０のファン部分２２は、特定の飛行条件、通常、約０．８マッハおよび約３５，０００フィートでの巡航のために設計されている。ガスタービンエンジン２０がその最良の燃費状態にあるこの飛行条件は、また、バケット巡航推力燃料消費率（ＴＳＦＣ）としても知られている。ＴＳＦＣは、推力の単位当たりの燃料消費の業界標準パラメータである。
【００３２】
ファン圧力比は、ファン出口ガイドベーンシステムを使用しない、ファン部分２２のブレードにわたる圧力比である。例示的なガスタービンエンジン２０の非限定的な一実施形態による低ファン圧力比は、１．４５よりも小さい。低補正ファン先端速度は、実際のファン先端速度を、[（Ｔｒａｍ°Ｒ）／５１８．７°Ｒ]０．５の業界標準温度補正値で割ったものである。例示的ガスタービンエンジン２０の非限定的な一実施形態による低補正ファン先端速度は、約１１５０ｆｐｓ（３５１ｍ／ｓ）よりも小さい。
【００３３】
圧縮器部分２４とタービン部分２８との各々は、コアフロー流路Ｃの中に延びるエアフォイルを支える、（概略的に示された）ローターアセンブリとベーンアセンブリとの交互になった列を含むことができる。たとえば、ローターアセンブリは、複数の回転ブレード２５を支えることができ、一方、各ベーンアセンブリは、コアフロー流路Ｃの中に延びる複数のベーン２７を支えることができる。ブレード２５は、ガスタービンエンジン２０を通ってコアフロー流路Ｃに沿って供給されたコア気流から、（圧力の形態の）エネルギーを作り出す、または抽出する。ベーン２７は、コア気流をブレード２５に導いて、エネルギーを追加する、または抽出する。
【００３４】
ブレード２５のエアフォイルと圧縮器部分２４とタービン部分２８とのベーン２７を含むがこれらに限定されない、ガスタービンエンジン２０のさまざまな構成要素は、広範囲の温度と圧力との下で、反復的な温度サイクルにさらされ得る。タービン部分２８のハードウェアは、特に、比較的極端な動作条件にさらされる。したがって、いくつかの構成要素は、エンジン動作中に部品を冷却するための内部冷却特徴部を必要とし得る。そのような内部冷却特徴部を有するガスタービンエンジン部品を鋳造するための付加製造鋳造用物品を、以下でより詳細に説明する。
【００３５】
図２は、インベストメント鋳造プロセスなどの鋳造プロセスで製造され得る部品５０を示している。他の製造技法も、本開示の範囲内で考えられる。例示の実施形態では、部品５０は、ガスタービンエンジン２０のタービン部分２８のブレード５２である。部品５０をタービンブレード５２として示すが、本開示のさまざまな特徴は、ガスタービンエンジンの任意の製造部品に適用可能であり、それらには、ベーン、ブレード、ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）、または他の鋳造部品が含まれるが、これらに限定されない。たとえば、第２の非限定的な実施形態では、部品５０は、内側プラットフォーム５９と外側プラットフォーム６１との間に延びるエアフォイル５７を含むベーン５５であり得る（たとえば、図４を参照）。
【００３６】
部品５０は、プラットフォーム５４と、ルート５６と、ルート５６とは反対方向にプラットフォーム５４から延びるエアフォイル５８とを含む。エアフォイル５８は、前縁６０と、後縁６２と、正圧面６４と、負圧面６６とを含む。
【００３７】
部品５０は、部品５０を冷却するための内部回路７４を追加的に含むことができる。内部回路７４は、内部冷却通路６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃと、さまざまな超小型回路と、スキンコアと、冷却孔と、後縁出口または他の内部冷却特徴部とを含むことができる。内部冷却通路６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、およびさまざまな他の内部冷却特徴部は、内部回路７４を画定する。部品５０の内部回路７４は、多くの潜在的冷却回路のうちのほんの一例を表し、図示の実施例は、本開示を限定することを全く意図しない。別の言い方をすれば、さまざまな代替的な冷却通路と内部回路構成とを部品５０の中に、代替的にまたは追加的に鋳造することが可能である。内部回路７４の実設計は、他の基準の中でも特に、部品５０の冷却要件に依存し得る。
【００３８】
動作中、圧縮器部分２４（図１参照）からの抽気などの冷却気流は、内部冷却通路６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃを通って連通し、内部冷却特徴部を通って循環され得る。冷却気流は、内部回路７４を通って循環されて、部品５０を冷却する。
【００３９】
図３は、コア７６を取り除く前の、図２の部品５０を示している。コア７６は、製造プロセス中に鋳造システムの一部として使用されて、部品５０の内部回路７４（図２参照）を画定することができる。コア７６は、図２に示す部品５０を作るために、浸出操作などで除去され得る。
【００４０】
コア７６は、内部回路７４のさまざまな特徴部（内部冷却通路６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃと他の内部冷却特徴部との両方）を形成するのに適したコア形状を含む。一実施形態では、コア７６は、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、レニウム、または他の耐熱金属材料などの耐熱金属から作られた、耐熱金属コアである。耐熱金属の使用は、コア７６に比較的高温の鋳造温度に耐える能力を与え、ある程度の延性と破壊靭性とを提供する。別の実施形態では、セラミック材料、シリカ材料、またはアルミナ材料を使用して、コア７６を形成することができる。さらに別の実施形態では、耐熱金属とセラミックスとシリカとアルミナとを含むがこれらに限定されない材料の組み合わせを使用して、コア７６を作成することができる。
【００４１】
コア７６は、付加製造プロセスを使用して作成され得る。コアを作成するための例示的な付加製造システムと方法とを以下に説明する。
【００４２】
図５は、図３のコア７６、またはコア、シェル、ゲートなどを含む、鋳造システムの他の鋳造用物品などの鋳造用物品を製造するために使用され得る、付加製造システム７８を示している（例示的な鋳造システムについては図１２を参照）。一実施形態では、付加製造システム７８は、デリバリプラットフォーム８０と、ビルドプラットフォーム８２と、スプレッダ８４と、融解デバイス８６（または焼結デバイス）とを含む。デリバリプラットフォーム８０は、耐熱金属粉末、シリカ粉末、アルミナ粉末、またはそのような粉末のうちの少なくとも２つを含む組み合わせなどの粉末状材料８８を支える。ビルドプラットフォーム８２は、その上でコア７６が付加的に作られる基板である。融解デバイス８６は、レーザーまたは電子ビーム融解デバイスを含むことができるが、他の融解および／または焼結デバイスも考えられる。
【００４３】
付加製造システム７８の非限定的な使用では、デリバリプラットフォーム８０は、第１の方向Ｄ１に移動可能であり、粉末状材料８８をビルドプラットフォーム８２に対して位置付ける。スプレッダ８４は、第２の方向Ｄ２（つまり、第１の方向Ｄ１に垂直）に移動して、粉末状材料８８の薄層をビルドプラットフォーム８２の上に広げることができる。次いで、融解デバイス８６を作動させて、粉末状材料８８の層をコア７６の形状が存在することになる位置で融解させ、コア７６の第１の層Ｌ１を作成する。粉末状材料８８の一部は、融解ステップの後にコア７６内に残っていてよい。この粉末状材料８８を除去することができ、または支えを提供するためにコア７６内に残すことができる。
【００４４】
第１の層Ｌ１が完成すると、ビルドプラットフォーム８２を方向Ｄ３（方向Ｄ１の反対）に動かすことができる。一実施形態では、ビルドプラットフォーム８２は、方向Ｄ３に、約１層と等しい距離動かされる。次に、粉末状材料８８の別の層を、ビルドプラットフォーム８２の上にスプレッダ８４を介して堆積させることができる。たとえば、粉末状材料８８の層を、先に形成された第１の層Ｌ１の上に広げることができる。融解デバイス８６は、粉末状材料８８の第２の層を融解させて、コア７６の第２の層Ｌ２を作成する。第２の層Ｌ２は、融解プロセス中に、第１の層Ｌ１に接着される。この層毎のプロセスを、所望のコア形状を有するコア７６全体が付加的に作られるまで、全部でＬｎ層に渡って繰り返すことができる。
【００４５】
一実施形態では、コア７６の所望の形状の断面を画定するＣＡＤデータ９０を参照して、コア７６の層Ｌ１からＬｎを互いに接合することができる。ＣＡＤデータ９０は、付加製造システム７８に伝えられ、コア７６を製造するための必要な数値データを提供する。
【００４６】
上記で説明した付加製造システム７８および使用方法は、コア、シェル、または他の品目などの鋳造用ツール品を付加製造するための、ほんの１つの例示的な構成にすぎない。付加製造システム７８が、図５の高度な概略図を参照して説明しなかった追加的な機能を含むことができる、ということを理解すべきである。
【００４７】
断面毎に、層が互いの上に作られ、互いに接合されると、所望のコア形状を有するコア７６が形成され得る。たとえば、内部チャネルを提供するコア形状を有する付加製造コアを作ることができる。一実施形態では、内部チャネルは、コア７６を鋳造部品からより効果的かつ効率的に浸出させるための浸出通路を構築する。別の実施形態では、内部チャネルは、鋳造プロセス中のコア圧縮率を強化するための設計破損特徴部を含む。図６〜９は、上記で説明したものに類似の付加製造システムとプロセスとを使用して作成され得る、複数のコア形状を示している。本開示は、図示したまさにそのコア形状に限定されず、鋳造用物品は、図６〜９に示す特徴部の組み合わせを含むように付加製造され得る、ということを理解すべきである。
【００４８】
図６および図７は、本開示の第１の実施形態による例示的な鋳造コア７６を示している。コア７６は、鋳造ガスタービンエンジン部品の所望の内部回路とは反対の凹凸を画定するコア形状９２を含むように付加製造され得る。コア形状９２は、１つまたは複数の回路形成部、ここでは、回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとを含むことができる。別の実施形態では、コア形状９２は、回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとのうちの１つまたは複数の位置を安定させるためのスタビライザ部９６（図６参照）を含む。鋳造プロセス中、回路形成部９８Ａ、９８Ｂおよび９８Ｃは、鋳造ガスタービンエンジン部品のさまざまな通路と特徴部（たとえば、図２の内部回路７４を参照）とを形成する。いくつかの実施形態では、スタビライザ部９６は、また、非限定的な一例として先端プレナムなどの、鋳造部品の内部回路の一部を構築することができる。
【００４９】
別の非限定的な実施形態では、コア形状９２は、前縁回路形成部９８Ａと、蛇行回路形成部９８Ｂと、後縁回路形成部９８Ｃとを含む。前縁回路形成部９８Ａは、鋳造部品内で前縁冷却回路を形成するように構成され、蛇行回路形成部９８Ｂは、鋳造部品内で蛇行冷却回路を形成するように構成され、後縁回路形成部９８Ｃは、鋳造部品内で後縁冷却回路を形成するように構成されている。例示的コア形状９２は、１つの可能なコア形状設計のほんの非限定的な実施例である。他の構成もまた、本開示の範囲の中で考えられる。
【００５０】
（図７を参照、９１Ａまたは９１Ｂのいずれかが付された）内部チャネルを含むように、コア７６の回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとのうちの１つまたは複数を付加製造することができる。内部チャネル９１Ａまたは９１Ｂは、コア７６を鋳造後の部品から浸出させるための、回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとを貫通する中空開口部を構築する。上記で説明したものなどの付加製造技法を利用することによって、以前から知られている浸出方法よりもより速い速度で、コア７６を鋳造部品から溶解させることを可能にする、内部チャネル９１Ａおよび／または９１Ｂを含むように、コア７６を形成することができる。いくつかの実施形態では、内部チャネル９１Ａ、９１Ｂは、従来の固体コアと比較して、コア７６と浸出媒体との間のより高い拡散面を可能にする。
【００５１】
内部チャネル９１Ａ、９１Ｂは、さまざまな大きさと形状とを具体化することができる。たとえば、一実施形態では、回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとのうちの１つまたは複数は、比較的薄い境界層を支持し、したがって、内部チャネル９１Ａを通して押入れられる浸出流体へのコア７６材料の拡散の増加とを維持する高対流チャネルとして構成された、複数の内部チャネル９１Ａを含む。例示の実施形態では、前縁回路形成部９８Ａおよび蛇行回路形成部９８Ｂの第１の脚部９３Ａは、「高対流」型内部チャネル９１Ａを含む。内部チャネル９１Ａのうちのいくつかは、前縁回路形成部９８Ａによって示されるように、互いに接続することができる。
【００５２】
別の実施形態では、回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとのうちの１つまたは複数は、内部チャネル９１Ｂが存在する回路の内部の輪郭を描く、１つの内部チャネル９１Ｂを含む。輪郭を描く内部チャネル９１Ｂは、浸出流体に接する回路の表面積を最大化する。内部チャネル９１Ｂを含む実施形態では、回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとの表面積のほとんどは、内部チャネル９１Ｂによって構築される空間によって取り囲まれている。別の言い方をすれば、内部チャネル９１Ｂを含む、回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとのうちの固体部分は、内部チャネル９１Ｂを囲む外側シェル本体９５のみである。内部チャネル９１Ｂは、例えば、浸水タンクを使用する浸出操作中に発生し得る低からゼロのフロー浸出状態にとって有用であり得る。例示の実施形態では、蛇行回路形成部９８Ｂの第２の脚部９３Ｂおよび第３の脚部９３Ｃは、「最大表面積」型内部チャネル９１Ｂを含む。
【００５３】
さらに別の実施形態では、コア形状９２は、内部チャネル９１Ａのみ、内部チャネル９１Ｂのみ、または内部チャネル９１Ａと９１Ｂとの組み合わせを含むように設計され得る。図示されていないが、内部チャネル９１Ａ、９１Ｂは、トリップストリップまたはペデスタルアレイなどの境界層破壊デバイスを含んで、浸出流体へのコア７６材料の拡散を促進することができる。
【００５４】
内部チャネル９１Ａ、９１Ｂは、各回路形成部９８Ａと９８Ｂと９８Ｃとを貫通する、浸出通路Ｐ（図６参照）を構築する。各回路形成部９８Ａ、９８Ｂ、および９８Ｃは、入口９７と少なくとも１つの出口９９とを含むことができる。浸出流体Ｆを、入口９７の中に入れ、浸出通路Ｐに沿って循環させ、その後、出口９９を通して排出して、コア７６を鋳造部品から浸出させ得る。
【００５５】
別の浸出実施形態では、研磨性の懸濁液を浸出流体と組み合わせて使用して、コア７６を取り除くことができる。研磨性の懸濁液は、アルミナ粒子、シリカ粒子、耐熱金属粒子、などを含むことができる。一実施形態では、研磨性の懸濁液は、コア７６が付加製造される材料と同じ材料から作られた粒子を含むことができる。
【００５６】
図８および図９は、本開示の別の実施形態によるコア１７６を示している。本開示では、適切な場合には、同一の参照番号は同一の要素を指し、１００またはその倍数を加えられた参照番号は、対応する最初の要素の同一の特徴と利点とを包含すると理解される、変更された要素を指す。
【００５７】
本実施形態では、コア１７６は、１つまたは複数の回路形成部１９８を有するコア形状１９２を含むように、付加製造プロセスを使用して形成される。回路形成部１９８のうちの１つまたは複数は、内部チャネル１９１を含むことができる。各内部チャネル１９１は、外側シェル本体１９５によって囲まれ得る。
【００５８】
外側シェル本体１９５のうちのいくつかを、設計破損特徴部１７５を含むように設計することができる。設計破損特徴部１７５は、コア１７６が部品凝固中に破損する（つまり、たわむ、つぶれる、崩れる、など）ことを可能にして、鋳造の重要な表面に損傷を与えることを防ぐように設計されている。（成形面の必要性がない）形状が重要でない位置、または最初に凝固する位置に、より小さな負荷能力の位置を設計することによって、コア１７６を、凝固収縮、他のより公差が厳しい位置、または後で凝固する位置に対して、より一致させることができる。一実施形態では、図９に示す通り、設計破損特徴部１７５は、外側シェル本体１９５の他の部分の第２の厚さＴ２と比べて小さい厚さである第１の壁厚Ｔ１を有する、外側シェル本体１９５の薄肉部分１７７を含む。コア１７６は、凝固中に、薄肉部分１７７で崩れまたはたわんで、周りの鋳造材料の凝固と一致することによって、鋳造物に損傷を与えることを防ぐことができる。一実施形態では、コア１７６は、回路形成部１９８の内部に向かって崩れまたはたわむ。薄肉部分１７７は、外側シェル本体１９５の任意の位置に、その位置の剛性を減少させるために提供され得る。一実施形態では、薄肉部分１７７は、リブ形成壁１７９内などの、外側シェル本体１９５の重要でない位置に提供される。
【００５９】
別の実施形態では、図１０に示す通り、設計破損特徴部１７５は、内部チャネル１９１内で、外側シェル本体１９５の負圧面形成壁１８３と正圧面形成壁１８５との間に延びる内部支持部１８１を含む。内部支持部１８１は、凝固中に、コアのたわみを、リブ形成壁１７９などの重要でない位置に変える。内部支持部１８１は、任意の半径方向の長さを含むことができる。
【００６０】
さらに別の実施形態では、図１１に示す通り、設計破損特徴部１７５は、外側シェル本体１９５の中に形成された１つまたは複数の多孔領域１８７を含む。一実施形態では、多孔領域１８７は、リブ形成壁１７９内に形成される。他の位置も可能である。多孔領域１８７は、外側シェル本体１９５の他の部分よりも密度が低く、したがって、凝固中に、望ましい位置でたわむ、つぶれる、崩れる、などするように構成されている。一実施形態では、多孔領域１８７は、凝固中に発生する圧力に応答して、内部チャネル１９１に向かって崩れる。
【００６１】
図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、鋳造プロセス中の、コア１７６の設計破損特徴部１７５の動作を概略的に示している。設計破損特徴部１７５は、溶融金属Ｍの凝固中に、内部チャネル１９１の中心Ｃ（図１２Ｃ参照）に向かってたわんで、内部チャネル１９１の周りのコアのコンプライアンスを可能にすることができる。鋳造プロセスの時間Ｔ０では、図１２Ａに示す通り、回路形成部１９８を含むコア１７６は、溶融金属Ｍの中に入れられている。
【００６２】
図１２Ｂは、時間Ｔ１における鋳造プロセスを示し、時間Ｔ１では、溶融金属Ｍの一部が凝固して、固体金属部ＳＭを形成している。最初の凝固は設計破損特徴部１７５の近くで発生し、それは、厚さ、密度、などが減少しているために、これらの領域が局所的に低い熱質量を有するからである。
【００６３】
図１２Ｃは、時間Ｔ２における鋳造プロセスを示し、そこでは、凝固面は、回路形成部１９８の角の周りで、回路形成部１９８のより厚い部分に向かって進んでいる。図１２Ｃから明らかなように、溶融金属Ｍの凝固は、鋳造物の長手方向に沿って、コア１７６の著しい境界づけられた収縮を引き起こしている。したがって、設計破損特徴部１７５は、さらなる凝固に対応するのに十分な剛性を保ちながら、すでに凝固した固体金属部ＳＭから離れる矢印ＡＲの方向に収縮することができる。
【００６４】
図１３は、ガスタービンエンジン部品を鋳造するために使用され得る鋳造システム２００を示している。鋳造システム２００は、１つまたは複数の鋳造用物品を含む。一実施形態では、鋳造システム２００は、鋳造ガスタービンエンジン部品の内部機能を形成するコア２７６と、鋳造ガスタービンエンジン部品の外部機能を形成するためのシェル２０４とを含む。コア２７６は、上記で説明したコア形状のいずれか、または他の形状を含むことができる。鋳造システム２００は、ゲート、スプルーカップ、ライザー、などを追加的に含むことができる。鋳造システム２００の全体、またはその一部のみを、上記で説明したシステムまたは方法を使用して付加製造することができる。
【００６５】
異なる非限定的な実施形態を、特定の構成要素を有しているものとして示したが、本開示の実施形態は、それらの特定の組み合わせに限定されない。非限定的な実施形態のうちのいずれかからの構成要素と特徴部とのうちのいくつかを、他の非限定的な実施形態のうちのいずれかからの特徴部または構成要素と組み合わせて使用することが可能である。
【００６６】
同一の参照番号が、いくつかの図面を通して、対応する要素または類似の要素を特定する、ということを理解すべきである。特定の構成要素構成を、これらの例示的実施形態で開示し、説明したが、他の構成も本開示の教示から利益を得ることができる、ということを理解すべきである。
【００６７】
前述の説明は、限定的な意味ではなく、説明として解釈されるべきものである。当業者は、特定の変更が本開示の範囲内になり得る、ということを理解するであろう。これらの理由から、本開示の真の範囲と内容とを判断するために、以下の特許請求の範囲を検討すべきである。
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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