(57)【要約】【課題】本発明は、１〜３０％の第１の気孔率を有する第１の領域を備えるセラミック又は金属部品に関する。【解決手段】本部品は、第１の気孔率よりも低い第２の気孔率を有する第２の領域を備える。本部品は、第１及び第２の領域間に１以上の傾斜遷移を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜３０％の第１の気孔率を有する第１の領域と、第１の気孔率よりも低い第２の気孔率を有する第２の領域とを備えるセラミック又は金属部品（１２２）であって、第１及び第２の領域間に１以上の傾斜遷移部（３２５）を備える、セラミック又は金属部品（１２２）。
【請求項２】
第１及び第２の領域は０．０５〜０．１ｍｍの直径を有する気孔を備える、請求項１に記載の部品（１２２）。
【請求項３】
傾斜遷移部（３２５）は段階的傾斜遷移部（３２５）を含む、請求項１又は請求項２に記載の部品（１２２）。
【請求項４】
遷移部（３２５）は連続的傾斜遷移部（３２５）を含む、請求項１又は請求項２に記載の部品（１２２）。
【請求項５】
中空部と、１〜３０％の気孔率を有する第１の領域と、気孔を全く有しないか、又は第１の領域よりも低い気孔率を有する第２の領域とを備える、タービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項６】
第１の領域はタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）のブレード部分（２０５、３０５）であり、第２の領域はタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）の根元部分（２１０、３１０）である、請求項１乃至請求項５に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項７】
第１及び第２の領域は０．０２〜０．４ｍｍの直径を有する気孔を備える、請求項１乃至請求項６に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項８】
部品（１２２）を交互積層により製造するプロセスを備える多孔質部品（１２２）の製造方法であって、プロセスは、（ａ）粉末床に粉末の層を照射して、少なくとも一部溶融された領域を形成する工程と、（ｂ）粉末床上に後続の粉末層を設ける工程と、（ｃ）部品（１２２）が完成するまで工程（ａ）と（ｂ）とを繰り返す工程とを備え、部品（１２２）は、１〜３０％の気孔率を有する第１の金属領域と、気孔を全く有しないか、又は第１の金属領域よりも低い気孔率を有する第２の金属領域とを備える、多孔質部品（１２２）の製造方法。
【請求項９】
多孔質金属領域は５〜２５％の気孔率を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
多孔質金属領域は１０〜２０％の気孔率を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
気孔は０．０２〜０．４ｍｍの最大直径を有する、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
気孔は０．０５〜０．３ｍｍの最大直径を有する、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
気孔は０．０５〜０．１ｍｍの最大直径を有する、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
中空部と、外側表面及び中空部に露出した内側表面を有し、かつ第１の気孔率をさらに有する第１の領域と、第１の気孔率よりも低い第２の気孔率を有する第２の領域とを備えるタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）であって、空気は中空部の内部から第１の多孔質領域を通って流れ、外側表面を冷却している、タービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項１５】
前縁部（２２０、３２０）と、前縁部（２２０、３２０）に対向する後縁部（２１５、３１５）とをさらに備える、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項１６】
第１の領域は、前縁部（２２０、３２０）の第１のサブ領域と後縁部（２１５、３１５）の第２のサブ領域との間に１以上の傾斜遷移部（３２５）を備え、第２のサブ領域は、第１のサブ領域とは異なる気孔率を有する、請求項１５に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項１７】
正圧側面（３３０）と、正圧側面（３３０）に対向する負圧側面（３３５）とをさらに備える、請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項１８】
第１の領域は、正圧側面（３３０）において第１のサブ領域と、負圧側面（３３５）において第２のサブ領域とを備え、第１のサブ領域は、第２のサブ領域とは異なる気孔率を有する、請求項１７に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項１９】
傾斜遷移部（３２５）は段階的傾斜遷移部（３２５）を含む、請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【請求項２０】
遷移部（３２５）は連続的傾斜遷移部（３２５）を含む、請求項１４乃至請求項１８のいずれか１項に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、異なる気孔率を有する多孔質金属部品及びその製造方法に関するものである。本発明の多孔質特性は、大きさ、形状、及び密度の変化を含み得る。選択的多孔質構造によって、例えばタービンブレードなどのジェット航空機エンジンの部品を、蒸発を通して冷却するのに有用な特性がもたらされる。
【背景技術】
【０００２】
最近のエンジン及び次世代タービンエンジンの多くは、入り組んでいて複雑な形状を有する部品及び部位を要し、これによって新しいタイプの製造技術が必要とされている。エンジン部位及び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又はロストワックス鋳造における面倒なプロセスを伴うものである。インベストメント鋳造の一例としては、ガスタービンエンジンに使用する代表的な回転ブレードの製造が挙げられる。タービンブレードは通常、ブレードの翼長に沿って延在する半径方向流路を備えており、かつエンジン作動中に加圧冷却空気を受け取る少なくとも１つ以上の流入口を有する、中空の翼形部を備える。ブレードにおける種々の冷却流路の中で、蛇行流路は前縁部と後縁部との間で翼形部の中間に配置されている。翼形部は通常、ブレードを通過する、加圧冷却空気を受け取るための流入口を備えており、これらの流入口は、翼形部の加熱された側壁とブレード内部の冷却空気との間の熱伝達を促進する短いタービュレータリブ又はピンのような局所的な特徴を含んでいる。
【０００３】
このようなタービンブレードは、通常高強度の超合金金属材料から製造され、これには数多くの工程が含まれている。まず、精密セラミックコアを、タービンブレード内部に要する入り組んだ冷却流路に適合するように製造する。さらに、精密金型又は鋳型を製造し、これは翼形部と、プラットフォームと、一体型ダブテールとを含むタービンブレードの正確な３次元外面を画成している。セラミックコアを２つの金型半体内部に組み込んでおり、これらの金型半体は相互間に空間又は空隙を形成し、これにより、ブレード内に生じる金属部分を画成している。組み立てた金型内にワックスを注入して空隙を充填し、かつそこに内包されたセラミックコアを包囲する。２つの金型半体を分割し、かつ成形ワックスからこれらを取り出す。成形ワックスは所望のブレードに沿った形状となり、次いでセラミック材料をこれに塗工して、セラミックコアを包囲するセラミックシェルを形成する。その後、ワックスが溶融し、セラミックシェルと内部のセラミックコアとの間に残された空隙又は空間を残存させつつ、シェルからこれを除去する。次いで、シェルに溶融超合金金属を注ぎ込んでそこに存在する空隙を充填し、シェルに入ったセラミックコアを再度封入する。溶融金属を冷却してこれを固化させ、次いで内部の冷却流路が存在する所望の金属タービンブレードを残存させつつ、外側シェルと内部コアとを好適に取り出す。
【０００４】
その後、鋳造されたタービンブレードは、内部に送られる冷却空気用に流出口を設けることが必要となるため、翼形部の側壁を通る適当なフィルム冷却孔の列を穿設する工程が一例として挙げられるが、これに限定されない付加的な鋳造後修正の工程を経てもよく、次いで、これによってガスタービンエンジン作動中に翼形部の外部表面上に保護作用を有する冷却空気フィルム又は冷却空気ブランケットが形成される。また、冷却流路を放電加工（ＥＤＭ）、すなわち、放電によって冷却流路を形成する手法により製造することができる。しかしながら、穿設及びＥＤＭは双方が限定的であり、タービンエンジンが絶えず複雑化しており、またタービンブレード内に設けられる特定の冷却回路に関して、その高い効率性が認識されている現状を考慮すると、より複雑で入り組んだ冷却形状に対応する要求が高まっている。インベストメント鋳造でこれらの部位を製造することができるが、製造に際し、こうした従来の製造プロセスを使用すると、冷却流路の位置精度や入り組んだ形状の複雑化が問題になる。例えば、翼形部の側壁に冷却孔を穿設すると、その孔径が最小のドリルビットの大きさに限定されてしまう。その上、この穿設によって、流路全体を通じて直径及び／又は形状に変化を付ける機能も制限される。この場合、流路は直線形状に限定されてしまう。このため、小さい流路、高い流路密度、及び直径と形状とが異なる流路を有するタービンブレードを製造することが困難となる。具体的には、上記の制限の影響を受けない高い気孔率を有するタービンブレードを製造することが困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第２６２０２４０号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態では、本発明は、１〜３０％の第１の気孔率を有する第１の領域を備えるセラミック又は金属部品に関する。本部品は、第１の気孔率よりも低い第２の気孔率を有する第２の領域を備える。本部品は、第１及び第２の領域間に１以上の傾斜遷移部を備える。
【０００７】
本発明の一態様では、本部品は、例えばジェット航空機エンジン内のタービンブレードの一部を形成している。
【０００８】
別の態様では、本発明は、１〜３０％の気孔率を有する第１の領域を備えるタービンブレードに関する。本タービンブレードは、気孔を全く有しないか、又は第１の領域よりも低い気孔率を有する第２の領域を備える。
【０００９】
別の態様では、本発明は、多孔質部品の製造方法に関するものである。本方法は、部品を交互積層により製造するプロセスを備える。本プロセスは、（ａ）粉末床に粉末の層を照射して、少なくとも一部溶融された領域を形成する工程と、（ｂ）粉末床上に後続の粉末層を設ける工程と、（ｃ）部品が完成するまで工程（ａ）と（ｂ）とを繰り返す工程とを備え、本部品は、１〜３０％の気孔率を有する第１の金属領域と、気孔を全く有しないか、又は第１の金属領域よりも低い気孔率を有する第２の金属領域とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】積層造形用の従来の装置に関する一例を示す概略図である。
【図２】タービンブレードの例示的実施形態を示している。
【図３】多孔質領域を備えるタービンブレードの例示的実施形態を示している。
【図４】離散段階的傾斜遷移部の例示的実施形態を示している。
【図５】連続的傾斜遷移部の例示的実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面に関連して以下に記載した発明を実施するための形態は、種々の構成を説明するものとして意図され、本明細書に記載した概念を実践することができる唯一の構成を表すことを意図するものではない。発明を実施するための形態には、種々の概念に関する十分な理解をもたらす目的で、具体的な詳細事項が含まれている。しかし、これらの具体的な詳細事項なしでもこのような概念を実践できることは、当業者には明らかである。
【００１２】
本発明の多孔質部品を、積層造形（ＡＭ）プロセスを使用して製造することができる。一般に、ＡＭプロセスは、減法式製造法とは対照的に、１つ以上の材料を積み重ねてネット又はニア・ネット・シェイプ（ＮＮＳ）の物体を製造する工程を含む。「積層造形法」は業界標準用語（ＡＳＴＭ  Ｆ２７９２）であるが、ＡＭは、自由形状製造、３次元印刷、ラピッドプロトタイピング／ツーリング等を含む、種々の名称で知られている各種製造及びプロトタイピング技術を包含している。ＡＭ技術を使用すると、多種多様の材料から複合体部品を製造することができる。一般に、自立式物体をコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルから製造することができる。特定のタイプのＡＭプロセスでは、例えば電子ビーム又はレーザビームのような電磁放射線等のエネルギービームを使用して粉末材料を焼結又は溶融することにより、固体３次元物体を製造しており、ここで粉末材料の粒子は相互結合している。例えば、エンジニアリングプラスチック、熱可塑性エラストマー、金属、及びセラミック等の種々の材料系が使用されている。レーザ焼結又は溶融は、機能プロトタイプ及びツールを迅速に製造する上で代表的なＡＭプロセスである。適用例としては、複合ワークピース、インベストメント鋳造用パターン、射出成形及びダイカスト鋳造用金型、並びに砂型鋳造用鋳型及びコアの直接製造が挙げられる。設計サイクルにおいて、コンセプトに関するやり取りやこれの試験を実施しやすくするためにプロトタイプ品を製造することも、ＡＭプロセスの一般的な使用法の１つである。
【００１３】
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、レーザビームを使用して微粉末を焼結又は溶融することによる、３次元（３Ｄ）物体の製造を指し示すために使用される一般的業界用語である。例えば、米国特許第４８６３５３８号明細書及び米国特許第５４６０７５８号明細書には、従来のレーザ焼結技術が記載されている。より正確には、焼結は、粉末粒子を粉末材料の融点よりも低い温度で溶融する（凝集化させる）工程を伴い、一方で溶融は、粉末粒子を完全に溶融して中実の均質塊を形成する工程を伴う。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、粉末材料に熱伝達する工程と、その後粉末材料を焼結又は溶融する工程とを含む。レーザ焼結及び溶融プロセスは、多くの粉末材料に適用することができるが、例えば焼結及び溶融速度や、積層造形プロセス中の微細構造進化に処理パラメータが及ぼす影響等の、製造ルートの科学的かつ技術的態様については、よく理解されていない。この製造方法は、熱、質量及び運動量の移動、並びに化学反応に関する複数の様態を伴い、これらによってプロセスが非常に複雑化している。
【００１４】
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装置１００の断面図を示す概略図である。装置１００は、レーザ１２０等の光源によって生成されたエネルギービーム１３６を使用して、粉末材料（図示せず）を焼結又は溶融することによって、例えば部品１２２のような物体を交互積層により製造している。エネルギービームが溶融する粉末は容器１２６により供給され、また、粉末はビルドプレート１１４上に均等に広げられ、方向１３４に向かって移動するリコータアーム１１６を使用して粉末の高さが高さ１１８に維持され、かつ高さ１１８の上方に広がって容器１２８からはみ出た過剰粉末材料が除去されている。エネルギービーム１３６は、ガルボスキャナ１３２の制御下で製造中の物体の断面層を焼結又は溶融している。ビルドプレート１１４が引き下げられて、ビルドプレート及び製造中の物体の上に別の粉末層が散布され、次いでレーザ１２０による粉末の連続溶融／焼結が行われる。溶融／焼結された粉末材料を使用した部品１２２の製造が完了するまで、本プロセスが繰り返される。レーザ１２０を、プロセッサとメモリとを含むコンピュータシステムによって制御することができる。本コンピュータシステムは、層ごとの走査パターンを決定し、この走査パターンに従ってレーザ１２０を制御し、かつ粉末材料を照射することができる。部品１２２の製造が完了した後、種々の後処理工程が部品１２２に対して実施されてもよい。後処理工程は、例えばブロー又は真空引きにより過剰粉末を除去する工程を含む。他の後処理工程は応力緩和プロセスを含む。
【００１５】
上述した従来のレーザ溶融／焼結技術は、異なる組成を有するＡＭ物体の製造に関していくつかの制限を有している。例えば、連続層において粉末の組成を変えることは可能であるが、特に、製造工程におけるダウンタイムが高コスト化をもたらすような生産体系にあっては、これは煩雑な作業となり得る。近年、レーザ溶融／焼結に関するより高度な方法が開発されており、これによってビルド連続粉末層間と、同一の粉末層内横方向との両方において、ビルド組成を精密に制御することが可能となっている。２０１５年８月２５日に出願された米国特許出願第１４／８３４５１７号明細書、及び“Ｃｏａｔｅｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”と題した、その全体が本明細書において参照により取り入れられている文献を参照されたい。
【００１６】
前述のように、ＡＭ技術を使用して、大きさ、形状、及び気孔率に応じて十分に形成可能な流路において多孔質表面を有するタービンブレードを製造することができる。本開示はガスタービンブレードに焦点を当てているが、上記の説明がガスタービンブレードに限定されるものでなく、これを金属又は合金製であり、かつ多孔性を有する任意の適当な部品に適用できることを、当業者なら理解する。このような部品としては、風力及び水力タービン等のタービンブレードの他のタイプ、先進の油及び水フィルタ装置、並びに高性能フィルタ装置が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１７】
上記のＤＭＬＳシステムを使用して、図２及び３に関連して記載したタービンブレード等の部品１２２を製造することができる。ＤＭＬＳシステムでは、上記のプロセスに基づいて交互積層によりタービンブレードの根元部分とブレード部分とを製造することができるが、本プロセスは（ａ）粉末床に粉末の層を照射して、少なくとも一部溶融された領域を形成する工程と、（ｂ）粉末床上に後続の粉末層を設ける工程と、（ｃ）タービンブレードが完成するまで工程（ａ）と（ｂ）とを繰り返す工程とを備え得る。前述のように、製造済みタービンブレードは多孔質金属領域を有していてもよい。多孔質金属領域は１〜３０％の気孔率と、０．０２５〜０．８ｍｍ（１〜３０ミル）の気孔径を有していてもよい。
【００１８】
特許請求される発明を利用して、ジェット航空機エンジンにおける複数の他の部品内に多孔質領域を設けることができる。例えば、本発明の多孔質領域は、燃焼器、エンジンケーシング、燃焼器ライナ、又は航空機エンジンにおいて任意の他の部位に存在するライナの一部として含まれ得る。本発明の多孔質領域では、このような部品に設けられるより大径の孔に関連する噴射フィルム冷却とは対照的な、蒸発冷却を施している。
【００１９】
本発明の一実施形態では、本多孔質部品は、異なる気孔率を有する２つの領域（すなわち、非多孔質領域と多孔質領域）を備えている。１つの実現可能な構成として、部品の長さに沿って気孔率が漸減するように、第１の領域と第２の領域との間の気孔率レベルを漸変させている。本部品はまた、異なる気孔率を有する２つの別個の領域間に傾斜部分を含む遷移領域を有していてもよい。本発明の別の態様では、蒸発及び噴射冷却が組み合わさった効果が得られるように、多孔質領域が従来の噴射冷却孔内に設けられている。
【００２０】
図２でタービンブレード２００の例示的実施形態を示している。タービンブレード２００は、ジェットエンジンにおいて一般的に使用されるガスタービンブレードであってもよい。タービンブレード２００は、ブレード部分２０５と根元部分２１０とを備えるブレード部分２０５は、前縁部２２０と後縁部２１５とを備える。図示されているように、根元部分２１０は平坦であり、すなわちダブテールを備えていない。本発明の利点の１つは、上述のＡＭ技術により、従来の鋳造作業によって製造されるタービンブレードの根元部分よりも軽量であり、構造が堅固で、かつ機械的にバランスのとれた根元部分を製造できる点にある。結果として、拡散接合又は線形摩擦接合によってタービンロータに根元部分２１０を取り付けることができ、これによって一体型ブレード付きロータを形成することができる。その上、タービンロータと、根元部分２１０と、ブレード部分２０５とを、積層造形によりブレード部分２０５が製造される一連のプロセスの中で形成することができる。さらに、根元部分２１０の形状は、根元部分２１０の形状及び構造の一例であることを、当業者なら理解する。一体型ロータブレードを形成するように構成された任意の適当な形状及び構造を、本発明の範囲を逸脱することなく利用することができる。
【００２１】
ブレード部分２０５のコアは内部冷却流路であり得、これは根元部分２１０の一部を通ってブレード部分２０５に冷却空気を供給し、かつ冷却を補助するように適合されている。また、この内部冷却流路の設計によってタービンブレードがより軽量化され、製造コストが削減されるとともに、設計の複雑性も低減されている。例えば、この冷却流路は、ブレード部分２０５及び／又は根元部分２１０の少なくとも一部における中空部であってもよい。以下の図面に関連してより詳細に述べているように、本タービンブレード２００の設計により、通常タービンブレードを冷却するために必要とされるような複雑な蛇行構造が不要となっている。中空部が存在することにより、冷却が促進され得、かつ熱発散がより良好に行われ得る。さらに、ＡＭプロセスによって、タービンブレード２０５全体及び／又はタービンブレードが取り付けられるディスクが単一部品として構成され得、これによって、より耐熱性に優れた部品となり得る。
【００２２】
タービンブレード２００は１以上の超合金を含み得る。超合金は、インコネル７１８、インコネル６２５、ルネＮ５、ルネＮ６、ルネ９５、ＷＡＳＰＡＬＯＹ（登録商標）及びタービンブレード２００を製造するのに適した他の任意の超合金を含むが、これらに限定されないニッケル基合金を含み得る。ニッケル合金が好適であり得るのは、時間及び温度の経過に伴い、より割れにくくなるからである。また、根元部分２１０は、ブレード部分２０５とは異なる超合金を含み得る。したがって、図１に関連して上述したように、タービンブレード２００の種々の部分を製造する際に、材料を切り替えるようにＡＭ作業を構成することが可能であり得る。
【００２３】
図３でタービンブレード３００を示している。タービンブレード３００は、図２に関連して記載したタービンブレード２００と同様のものである。タービンブレード２００に関する上記の説明は、タービンブレード３００についても当てはまるものである。タービンブレード３００は、ブレード部分３０５と根元部分３１０とを備える。ブレード部分３０５は、前縁部３２０と後縁３１５とを備える。ブレード部分３０５はさらに、翼形部正圧側面３３０と、翼形部負圧側面３３５と、傾斜遷移領域３２５とを備える。翼形部負圧側面はブレード部分３０５の後部に存在しており、この図では不可視となっている。
【００２４】
図示されているように、ブレード部分３０５は、上述した内部冷却流路に露出した内側表面を有していてもよい。ブレード部分２０５の内側表面は中空であってもよい。ブレード部分３０５はまた、内側表面に対向する外側表面を有していてもよい。タービンブレードのいくつかの態様では、ブレード部分３０５の内側表面とブレード部分３０５の外側表面とは、いかなるタイプの冷却流路によっても接続されていない。ブレード部分３０５は、内側表面から外側表面にかけて、多孔質金属領域を有していてもよい。多孔質金属領域は、１〜３０％の第１の気孔率を有していてもよい。好適には、多孔質金属領域は、上記のＤＭＬＳ技術を使用して製造される。ＤＭＬＳにより、ブレード部分３０５の構造的一体性を維持しつつも、ランダム化された多孔質材料を形成することができる。例えば、ブレード部分３０５は、１〜３０％、５〜２５％、及び１０〜２０％（例えば約１５％）の気孔率を有していてもよい。タービンブレード３００のいくつかの態様では、多孔質金属領域はタービンブレード３０５の全体を被覆していてもよい。
【００２５】
根元部分３１０は第２の気孔率を有していてもよい。第１及び第２の気孔率は、タービンブレード３００の設計と構造とに依存して、同一であるか、又は異なっていてもよい。例えば、根元部分３１０の気孔率は、ブレード部分３０５の気孔率よりも低いものであってもよい。また、根元部分３１０は気孔を有さず、かつ中実であってもよい。
【００２６】
ブレード部分３０５の気孔率は、ブレードの構造的一体性を維持しつつ、冷却効率を最大化するように設定されていてもよい。例えば、ブレード部分３０５は、従来の鋳造技術によって形成することができるものよりも小さい大きさの気孔を含んでいてもよい。例えば、気孔は０．８ｍｍ未満の直径を有していてもよい。上述した従来の鋳造方法では、気孔の大きさを０．１２５ｍｍよりも大きいものに限定してしまう。このため、ＡＭ製造プロセスでは、従来の鋳造方法で形成するよりも小さい気孔を有するタービンブレード３００を製造することができる。より小さい気孔の利点としては、タービンブレード３００の構造的一体性を維持しつつも、より高い気孔率を実現でき、かつより効率的な蒸発冷却を実現できることが挙げられる。高気孔率を有するタービンブレードの製造が可能となることにより、ブレードの質量もまた減少し、冷却もより簡便かつより効率的となる。実際には、気孔の大きさの下限はＡＭプロセスの分解能によって決定されている。このため、気孔の下限の大きさは直径で０．０２５〜０．８ｍｍである。したがって、本発明の気孔は０．０２５〜０．８ｍｍであり、より好適には０．０５〜０．１００ｍｍである。
【００２７】
また、タービンブレード３００を製造するためのＡＭ技術により、大きさと形状とが異なる気孔を製造するための機構が提供される。例えば、タービンブレード３０５は、円錐形状のように直径が変化する、１以上の気孔を含んでいてもよい。さらに、ブレード部分３０５は、曲線形状又は複数の屈曲部を有する形状のような非線形形状を有する、１以上の気孔を含んでいてもよい。タービンブレードが作動中、空気はブレード部分３０５の内部流路に流入し得、かつブレード部分３０５の内側表面と外側表面との間に形成される気孔組織から流出し得る。ブレード部分３０５の周囲には冷却フィルムが形成され得、熱発散によりタービンブレードを冷却している。気孔において種々の大きさ及び形状を製造することにより、ブレード部分３０５を通る空気の流れ方を調整するにあたり、より高い粒度がもたらされる。ＡＭプロセス中、レーザ出力、粉末材料の供給量又は密度、活性及び伝導冷却のレベル、及び／又は材料の酸化レベルを調整することにより、ブレード部分３０５（及び根元部分３１０）の気孔率を調整することができる。粉末材料は、金属及び／又はポリマー粉末であってもよい。気孔率は、明確に定義した気孔率ではなく、予め設定した許容値に収まるように定義されていてもよい。
【００２８】
タービンブレード３００のいくつかの実施形態では、ブレード部分３０５の種々の部位において気孔率を変化させることが望ましい可能性がある。例えば、前縁部３２０の一部は、作動中に後縁部３１５よりも高温に達することがある。したがって、前縁部３２０の外側表面の一部により高い気孔率を生じさせてもよく、また後縁部３１５の外側表面の少なくとも一部により低い気孔率を生じさせてもよい。また、前縁部３２０及び後縁部３１５双方の気孔の一部は、各々の大きさと形状とが異なることにより、タービンブレード３０５を通る気流を制御するにあたり、より高い粒度をもたらし得る。さらに、本タービンブレードの設計により、通常タービンブレードを冷却するために必要とされるような複雑な蛇行構造が不要となっており、これは、内部冷却流路から多孔質表面を通って流れる気流を精密に制御するそのような粒度をもって、ブレード部分３０５の種々の領域において異なる気孔率を設定することが本技術により可能となっているからである。タービンブレード３０５の外側表面は、性能を犠牲にすることなく、効率的に冷却され得る。
【００２９】
別の実施例では、積層造形技術により、タービンブレードのような部品を傾斜気孔率を有する態様に形成することが可能となっている。傾斜部品は金属製であってもよいし、或いはセラミック部材を有していてもよい。本部品は、２つの領域間に、気孔率が変化する傾斜遷移部３２５を含んでいてもよい。例えば、ブレード部分３０５は、前縁部３２０と後縁部３１５との間に、気孔率が変化し始める傾斜遷移部３２５を含んでいてもよい。別の実施例では、タービンブレード３００は、ブレード部分３０５と根元部分３１０との間に傾斜遷移部３２５を含んでいてもよい。さらに別の実施例では、タービンブレード３００は、負圧側面３３５と正圧側面３３０との間に傾斜遷移部を含んでいてもよい。このため、軸方向及び／又は半径方向に気孔率傾斜を設けることができる。また、傾斜遷移部は離散的なものではない。例えば、タービンブレード３００の種々の領域間において、傾斜遷移部の任意の組合せを設計の範囲を逸脱することなく利用することができる。各領域は異なる気孔率を有していてもよい。したがって、タービンブレード３００は、前縁部３２０と後縁部３１５との間、負圧側面３３５と正圧側面３００との間、及び／又は根元部分３１０とブレード部分３０５との間に種々の気孔率及び／又は傾斜遷移部を有していてもよい。
【００３０】
「傾斜遷移」という用語は、図４に示すような離散段階的傾斜遷移を含む。単層内又は連続層間における粉末床の粉末組成を段階的に変化させることにより、離散段階的傾斜遷移を生じさせている。段階的遷移を、材料の後続拡散によって平滑化することができる。ただし、２つの所与の任意材料については、離散段階的傾斜遷移は、拡散のみで実施し得るよりも材料間により緩やかな遷移をもたらす。
【００３１】
「傾斜遷移」という用語は、図５に示すような連続的傾斜遷移を含む。単層内又は連続層間における粉末床の粉末組成を連続的に変化させることにより、連続的傾斜遷移を生じさせている。連続層の場合には、連続的遷移は、材料の段階的変化が非常に緩やかなため、材料の段階的傾斜を検出することができない態様を示している。例えば、材料間で遷移が連続的に出現する地点まで、材料が続けて拡散する場合等である。離散段階的傾斜遷移と同様に、２つの所与の任意材料については、連続的傾斜遷移は、拡散のみで実施し得るよりも材料間により緩やかな遷移をもたらす。
【００３２】
上述したように、根元部分３１０はまた、気孔を有し得る。根元部分３１０の気孔は、ブレード部分３０５の流路の大きさと形状とが異なるのと同様に、その大きさと形状とが異なり得る。根元部分３１０に形成される流路の設計により、タービンブレード３００の重量が減少する。しかしながら、形状と大きさとが異なる気孔を形成する機能を有することにより、タービンブレード３００の構造的一体性は影響を受けない。
【００３３】
本明細書は、好適な実施形態を含む実施例を使用して本発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造かつ使用すること、及び取り入れた任意の方法を実行することを含む本発明の実施を、当業者が行うのを可能にしている。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含み得る。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有する場合、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に属する。本明細書に記載した種々の実施形態におけるいくつかの態様を、このような各態様に関する他の公知の均等物と同様に、当業者が混合かつ適合させて、本出願の原理によるさらなる実施形態及び技術を構築することができる。
［実施態様１］
１〜３０％の第１の気孔率を有する第１の領域と、第１の気孔率よりも低い第２の気孔率を有する第２の領域とを備えるセラミック又は金属部品（１２２）であって、第１及び第２の領域間に１以上の傾斜遷移部（３２５）を備える、セラミック又は金属部品（１２２）。
［実施態様２］
第１及び第２の領域は０．０５〜０．１ｍｍの直径を有する気孔を備える、実施態様１に記載の部品（１２２）。
［実施態様３］
傾斜遷移部（３２５）は段階的傾斜遷移部（３２５）を含む、実施態様１に記載の部品（１２２）。
［実施態様４］
遷移部（３２５）は連続的傾斜遷移部（３２５）を含む、実施態様１に記載の部品（１２２）。
［実施態様５］
中空部と、１〜３０％の気孔率を有する第１の領域と、気孔を全く有しないか、又は第１の領域よりも低い気孔率を有する第２の領域とを備える、タービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
［実施態様６］
第１の領域はタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）のブレード部分（２０５、３０５）であり、第２の領域はタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）の根元部分（２１０、３１０）である、実施態様５に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
［実施態様７］
第１及び第２の領域は０．０２〜０．４ｍｍの直径を有する気孔を備える、実施態様５に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
［実施態様８］
部品（１２２）を交互積層により製造するプロセスを備える多孔質部品（１２２）の製造方法であって、プロセスは、（ａ）粉末床に粉末の層を照射して、少なくとも一部溶融された領域を形成する工程と、（ｂ）粉末床上に後続の粉末層を設ける工程と、（ｃ）部品（１２２）が完成するまで工程（ａ）と（ｂ）とを繰り返す工程とを備え、部品（１２２）は、１〜３０％の気孔率を有する第１の金属領域と、気孔を全く有しないか、又は第１の金属領域よりも低い気孔率を有する第２の金属領域とを備える、多孔質部品（１２２）の製造方法。
［実施態様９］
多孔質金属領域は５〜２５％の気孔率を有する、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１０］
多孔質金属領域は１０〜２０％の気孔率を有する、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１１］
気孔は０．０２〜０．４ｍｍの最大直径を有する、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１２］
気孔は０．０５〜０．３ｍｍの最大直径を有する、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１３］
気孔は０．０５〜０．１ｍｍの最大直径を有する、実施態様８に記載の方法。
［実施態様１４］
中空部と、外側表面及び中空部に露出した内側表面を有し、かつ第１の気孔率をさらに有する第１の領域と、第１の気孔率よりも低い第２の気孔率を有する第２の領域とを備えるタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）であって、空気は中空部の内部から第１の多孔質領域を通って流れ、外側表面を冷却している、タービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
［実施態様１５］
前縁部（２２０、３２０）と、前縁部（２２０、３２０）に対向する後縁部（２１５、３１５）とをさらに備える、実施態様１４に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
［実施態様１６］
第１の領域は、前縁部（２２０、３２０）の第１のサブ領域と後縁部（２１５、３１５）の第２のサブ領域との間に１以上の傾斜遷移部（３２５）を備え、第２のサブ領域は、第１のサブ領域とは異なる気孔率を有する、実施態様１５に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
［実施態様１７］
正圧側面（３３０）と、正圧側面（３３０）に対向する負圧側面（３３５）とをさらに備える、実施態様１４に記載のタービンブレード（２００、２０５、３００、３０５）。
［実施態様１８］
第１の領域は、正圧側面（３３０）において第１のサブ領域と、負圧側面（３３５）において第２のサブ領域とを備え、第１のサブ領域は、第２のサブ領域とは異なる気孔率を有する、実施態様１７に記載の部品（１２２）。
［実施態様１９］
傾斜遷移部（３２５）は段階的傾斜遷移部（３２５）を含む、実施態様１４に記載の部品（１２２）。
［実施態様２０］
遷移部（３２５）は連続的傾斜遷移部（３２５）を含む、実施態様１４に記載の部品（１２２）。
【符号の説明】
【００３４】
９５  ルネ
１００  従来装置、装置
１１４  ビルドプレート
１１６  リコータアーム
１１８  高さ
１２０  レーザ
１２２  部品
１２６  容器
１２８  容器
１３２  ガルボスキャナ
１３４  方向
１３６  エネルギービーム
２００  タービンブレード
２０５  ブレード部分、タービンブレード
２１０  根元部分
２１５  後縁部
２２０  前縁部
３００  タービンブレード
３０５  ブレード部分、タービンブレード
３１０  根元部分
３１５  後縁部
３２０  前縁部
３３０  翼形部正圧側面、正圧側面
３２５  傾斜遷移領域、傾斜遷移
３３５  翼形部負圧側面、負圧側面
【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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【外国語明細書】
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