(57)【要約】  インベストメント鋳造法において、ワックスパターンツール（４２）は、包囲されたセラミックコア（１０）のための伸展性の支持を提供し、かつ鋳造形状がさもなければ複数の引張り平面を必要とする場合でさえも鋳造ワックスパターン（５２）からのツールの取外しを容易にするために、柔軟である。位置決めピン（１０８）は、ワックス射出ステップの間、コアに対して伸展性接触を行うように、柔軟なツールから延びていてもよい。ピンは、ワックス射出の間、複数の軸線に沿ってコアを支持するためにコアに形成された突出部（１２８）と協働してもよく、これにより、コアに対する損傷なしに、より高いワックス射出圧力を許容する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インベストメント鋳造法用のワックスパターンを製造する方法において、
セラミックコアをワックスパターン型内に位置決めし、
前記セラミックコアを型の柔軟な表面によって支持し、
溶融したワックスを前記型内へ前記セラミックコアの周囲に射出し、
前記ワックスが硬化した後に前記型を除去し、ワックスパターン内に収容されたセラミックコアを出現させることを特徴とする、インベストメント鋳造法用のワックスパターンを製造する方法。
【請求項２】
前記溶融したワックスを１７５ｐｓｉｇよりも高い圧力で射出することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
それぞれの複数の非平行な軸線に沿ってコアと近接接触するように前記型の前記柔軟な表面から延びるようにそれぞれの複数のピンを配置することによって、前記溶融したワックスを射出するステップの間に、前記セラミックコアの長さに沿った複数の位置において前記セラミックコアを支持することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
コアと近接接触するように型の前記柔軟な表面から延びるように１つのピンを配置することによって前記溶融したワックスを射出するステップの間に前記セラミックコアの長さに沿った１つの位置において前記セラミックコアを支持することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数の軸線に沿ってコアのための支持を提供するために、前記コアに形成された突出部と近接接触するようにピンを整合させることをさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ピンを収容するための傾斜した壁部によって形成された開口を有するように前記突出部を形成することをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記型の前記柔軟な表面に凹所を形成し、
該凹所内に支持エレメントを配置し、
コアに向かって延びるように前記支持エレメントにおける開口を通じてピンを取り付けることをさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
協働するようにテーパした側部を有するように前記凹所及び前記支持エレメントを形成することをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記型の前記柔軟な表面に凹所を形成し、
該凹所内に配置された一過性の材料からピンを支持し、
前記型を除去するステップの後に前記一過性の材料を除去することをさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
ワックス射出ステップの前に、前記型の表面に形成された凹所に正確セラミックインサートを挿入し、
ワックスが硬化した後、前記型を除去し、硬化したワックスの表面に保持されたセラミックインサートともにワックスパターンを出現させることをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
インベストメント鋳造法用のワックスパターンを製造するツールにおいて、
ワックスパターンの所望の外面ジオメトリを形成する柔軟な内面を有するツールボディと、
該ツールボディ内に配置されたコアであって、該コアは、ワックス射出ステップ後に前記ワックスパターンの部分を形成し、前記コアと、前記柔軟な内面との間にワックス射出体積を形成する、コアと、
前記柔軟な内面によって支持され、かつワックス射出ステップの間に前記コアを支持するために有効な前記コアの近くの位置まで前記ワックス射出体積を通って延びる金属ピンと、を備えることを特徴とする、インベストメント鋳造法用のワックスパターンを製造するツール。
【請求項１２】
前記ツールボディの前記柔軟な内面における凹所と、
該凹所内に配置された支持エレメントと、
前記ピンの端部を収容するための、前記支持エレメントに形成された開口と、をさらに備える、請求項１１記載のツール。
【請求項１３】
前記支持エレメントは、前記凹所のテーパした側と協働するように成形されたテーパした側を有するように形成されている、請求項１１記載のツール。
【請求項１４】
前記柔軟な内面によって支持され、かつワックス射出ステップ中にそれぞれの複数の軸線に沿って前記コアを支持するために有効な前記コアの近くの複数の位置までワックス射出体積を通って延びる、複数の金属ピンをさらに備える、請求項１１記載のツール。
【請求項１５】
前記軸線のうちの少なくとも２つは、平行ではない、請求項１４記載のツール。
【請求項１６】
複数の軸線に沿って前記ピンとの機械的な干渉を提供するために前記ピンの近くで前記コアに形成された突出部をさらに備える、請求項１１記載のツール。
【請求項１７】
前記ピンを収容するための前記突出部の傾斜した壁部によって形成された開口をさらに備える、請求項１６記載のツール。
【請求項１８】
前記突出部は、前記ピンのヘッドとの機械的な干渉を形成するための突出するアンダカットを含む、請求項１６記載のツール。
【請求項１９】
前記支持エレメントは、一過性の材料から形成されている、請求項１２記載のツール。
【請求項２０】
前記ツールボディの内面に配置された正確セラミックインサートをさらに備える、請求項１１記載のツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本願は、米国仮出願第６１／２６７５１９号（代理人整理番号２００９Ｐ２２７８５ＵＳ）の出願日である２００９年１２月８日の利益を請求した、２０１０年１２月７日に出願された同時係属中の出願第１２／９６１７４０号（代理人整理番号２０１０Ｐ１３１９９ＵＳ）の一部継続出願である。
【０００２】
発明の分野
本発明は、概して、インベストメント鋳造法の分野、特に、インベストメント鋳造プロセスの一部としてワックスパターンを形成するために柔軟なツール又は型を使用することに関する。
【０００３】
発明の背景
インベストメント鋳造法は、銅、青銅及び金などの金属から細密な手工芸品を製造するために最初に使用された時まで数千年遡る最古の公知の金属成形法のうちの１つである。工業用インベストメント鋳造は、１９４０年代に、第二次世界大戦が、特殊合金から形成された精密に寸法決めされた部品の需要を増大させたときに、より一般的になった。今日では、インベストメント鋳造法は、複雑な翼形状及び内部冷却通路ジオメトリを有するブレード又はベーンなどのガスタービン構成部材を製造するために、航空宇宙産業及び発電産業において一般的に使用されている。
【０００４】
インベストメント鋳造法ガスタービンブレード又はベーンの製造は、翼形状に対応する内面を有する外側セラミックシェルを備えるセラミック鋳造容器と、翼内に形成される内部冷却通路に対応する、外側セラミックシェル内に位置決めされる１つ又は複数のセラミックコアとを製造することを含む。溶融した合金がセラミック鋳造容器に導入され、次いで、冷却及び硬化させられる。外側セラミックシェル及びセラミックコアは、次いで、機械的又は化学的手段によって除去され、外側翼形状と、セラミックコアの形状の中空の内部冷却通路とを有する鋳造ブレード又はベーンを出現させる。
【０００５】
射出鋳造用のセラミックコアは、まず、高強度の硬化させられた機械鋼から形成された、一対の半コア型になるように所望のコア形状を精密機械加工し、次いで、これらの半型を接合して、所望のコア形状に対応する射出体積を形成し、セラミック成形材料を射出体積内へ射出することによって製造される。成形材料は、セラミック粉末と、バインダ材料との混合物である。セラミック成形材料が未加工状態に硬化させられると、半型は分離され、未加工状態のセラミックコアを解放する。脆い未加工状態のコアは、次いで、熱処理され、これにより、バインダを除去し、セラミック粉末を焼結させ、溶融合金の鋳造に耐えるために必要な温度要求に耐えることができる材料を形成する。完成したセラミック鋳造容器は、セラミックコアを、所望の翼形状に対応する射出体積を形成する、別の精密機械加工されかつ硬化させられた鋼製の型（ワックスパターン型又はワックスパターンツールと呼ばれる）の２つの接合された半部内に位置決めすることによって、形成される。ワックスが硬化すると、半型は分離され、除去され、ワックスパターン内に収容されたセラミックコアを出現させ、ワックスパターンはこの時点で翼形状に対応している。ワックスパターンの外面は、次いで、浸漬プロセスなどによってセラミック型材料で被覆され、コア／ワックスパターンの周囲にセラミックシェルを形成する。シェルの焼結及びその結果としてのワックスの除去により、完成したセラミック鋳造容器は、上述のように、インベストメント鋳造法において溶融合金を受け入れるために使用できる。
【０００６】
さらに、ワックスパターンをセラミック型材料で被覆する前に位置決めワイヤ又はピンをワックスパターン内に挿入することが公知である。位置決めワイヤは、脆いセラミックコア材料に対する損傷を生ぜしめる前にワイヤのさらなる挿入が終了させられるように、収容されたセラミックコアと軽い接触のみを行うまでワックスを通じて挿入される。ワイヤの一部は、ワックス表面から延びたままであり、その後、包囲するセラミック型材料内に収容される。位置決めワイヤは、ワックスが除去されると、その後の溶融金属射出ステップの間、コアに対して機械的支持を提供するように機能する。ワイヤ材料、通常プラチナは、完成したセラミック鋳造型内に溶融金属が射出された後に溶融し、最終的な鋳造品と一体化させられる。
【０００７】
公知のインベストメント鋳造法は、高価でかつ時間がかかり、新たなブレード又はベーン設計の開発は通常、完成するまでに長い期間と数千ドルがかかる。さらに、設計の選択肢は、セラミックコア及びワックスパターンの製造におけるプロセス制限により制約される。金属成形産業界は、これらの制限を認識し、米国特許第７４３８５２７号明細書に記載された翼後縁冷却チャネルを鋳造するための改良された方法などの、少なくとも幾つかの漸進的な改良を開発した。漸進的な改良がインベストメント鋳造技術の分野において提供されてきたが、本発明者たちは、産業界が、例えば、燃焼効率を高めるために燃焼温度が上昇され続け、またパワーレベルが高められるにつれてガスタービン高温ガス通路構成部材のサイズが増大し続けるような、ガスタービンの次世代において、多くの分野における計画された進歩のための構成部材設計を著しく抑制する基本的な制限に直面しているということを認識した。
【０００８】
発明の概要
本発明は、インベストメント鋳造のための完全に新たな方法の一部であり、セラミックコアの周囲にワックスパターンを鋳造するときの柔軟なツールの使用に重点を置いている。特に、セラミックコアは、ワックス射出ステップの間にその長さに沿った複数の箇所において、柔軟なツールから支持されている。本発明は、ワックス射出ステップの間のコアの損傷又は移動の発生を減じながら、ワックス射出のために高圧が使用されることを可能にする。全体的なインベストメント鋳造法がここでは記載され、これにより、読者は、本発明がどのようにして新たな方法に適合し、かつ新たな方法に貢献するかを認めるであろう。
【０００９】
柔軟なワックスパターン型は、コフィン型内に柔軟なインサートを有するハイブリッドツールとして形成されてもよい。柔軟なインサートは、さもなければ硬いツールのための複数の引張り平面を必要とするであろう鋳造フィーチャの周囲における柔軟なインサートを変形させることによって、鋳造ワックスパターンからのワックスパターンツールの除去を容易にする。柔軟なインサートは、アルミニウム又は軟鋼などの比較的低コストで、低硬度の材料から機械加工された種模型から鋳造されてもよい。
【００１０】
幾つかの所望の表面トポグラフィは、その後のハンドリング及びセラミックシェル成形ステップの間にワックスの表面に残らないほど微細である。このような実施の形態のために、セラミックインサートは、柔軟なワックスパターン型に関連して使用されてもよい。セラミックインサートは、所望の複雑な表面トポグラフィを有するように形成されてもよい。セラミックインサートは、柔軟なワックスパターン型内にセットされ、ワックス射出体積を形成する表面の一部を形成する。ワックス射出及び固化の後、柔軟なワックスパターン型が除去されたときにセラミックインサートはワックスパターンに付着したままとなる。その後、セラミックシェルは、ワックスパターン及びその付着したインサートの周囲に、上述のような浸漬法などによって形成され、インサートは、焼成によりセラミックシェルの一体部分になる。
【００１１】
柔軟なワックスパターン型内に配置されたセラミックインサートは、ガスタービンブレード用の後縁冷却孔などの、その後に鋳造される金属部分における表面開放通路を形成するために使用されてもよい。この実施の形態では、セラミックインサートは、冷却孔の所望の形状に対応する突出部を有する。突出部は、セラミックコアと接触するように延びており、これにより、（セラミックコアによって形成された）ブレードの中空の内部から、（セラミックシェルの内面によって形成された）ブレード表面まで延びる、その後に鋳造された部分における冷却通路を形成する。突出部の遠位端部は、セラミックコアに形成された協働するフィーチャと係合するフィーチャが形成されていてもよい。コアと、セラミックインサート突出部との機械的接触は、セラミックコアを柔軟なワックスパターン型内に正確に配置するとともに、その後のワックス及び金属射出ステップの間、セラミックコアを機械的に支持するためにも機能する。
【００１２】
ワックスパターン型の柔軟なインサートは、インサートが周囲のコフィン型に対して正確に配置されるようにする整合フィーチャを有するように形成されてもよく、この整合フィーチャ自体は、インサートと、インサートに形成されたあらゆるフィーチャとを、ワックス射出ステップのために収容されたセラミックコアに対して正確に配置することができる。
【００１３】
柔軟な型又は柔軟な型インサートを形成するために使用される型材料は、広くここでは反応エレメントを含む柔軟なインサートとして説明される、柔軟なインサートを所望の形式で反応させる材料又は装置によって注入される又はそれらの周囲に鋳造されてもよい。反応エレメントは、その後に硬化される材料に所望の特性を与えるフィラー材料であってもよい。例えば、磁性粒子がフィラーとして使用されると、硬化された柔軟なインサートは、磁気エネルギに応答する。この特性は、コフィン型が永久磁石又は電磁石を有するように形成されている場合に、柔軟なインサートを周囲のコフィン型内に固定するために有効であり得る。伝熱性又は断熱性材料がフィラーとして使用されると、柔軟なインサートを通じた熱伝達は、その使用中により便利に制御されてもよい。
【００１４】
形成されるときに柔軟な型又はインサート内に埋め込まれてもよい別のタイプの反応エレメントは、アクティブデバイスである。このようなアクティブデバイスは、温度センサ、圧力センサ、機械的なバイブレータ、加熱又は冷却装置、又はその後のワックス射出プロセスの間に柔軟なインサートが使用される場合に有効であり得るその他のデバイスを含んでもよい。
【００１５】
位置決めピン（ワイヤ）は、包囲されたセラミックコアを金属鋳造中に機械的に支持するために柔軟なワックスパターンと共に使用されてもよく、重要なことには、これらは、ワックス射出ステップの前にセラミックコアに対して位置決めされてもよい。特殊なピン支持エレメントが、柔軟なインサートの表面における凹所内に配置されており、これにより、ワックス射出前にピンをセラミックコアに対して正確に位置決めする。これは、ワックス射出中にピンがコアを支持することを可能にするのみならず、既に鋳造されたワックスパターンを通じてピンが挿入されることを必要とする従来のプロセスよりも正確にピンが配置されることをも可能にする。その結果、脆いセラミックコアに対する損傷が減じられ、プロセス歩留りが高められる。セラミックコアは、ピンが２つの軸線に沿ってコアに支持を提供することを可能にするために、ピンの端部と協働するように特別に寸法決め及び位置決めされた表面フィーチャを備えて形成されていてもよい。
【００１６】
本発明において開発された可能化技術は、バージニア州シャーロッツビルのミクロシステムズ社（Mikro Systems, Inc.）に全て譲渡されかつ引用したことにより本明細書に援用される米国特許第７１４１８１２号明細書、米国特許第７４１０６０６号明細書及び米国特許第７４１１２０４号明細書に記載されている。この技術は、一般的に、Ｔｏｍｏリソグラフィ成形技術（Tomo Lithographic Molding Technology、以下“Ｔｏｍｏプロセス”と呼ぶ）と呼ばれており、柔軟な得られた型を製造するために金属箔積層ラミネーションの使用を伴い、それ自体は次いで構成部材部分を鋳造するために使用される。構成部材設計は、まず、デジタルモデルにおいて具体化され、次いで、デジタル式にスライスされ、金属箔は、フォトリソグラフィ又はその他の正確な材料除去プロセスを使用して、各スライスに対応して形成される。様々なスライスの厚さを三次元で制御するための設計者の能力と組み合わされた二次元の材料除去プロセスの固有の精度は、標準的な型機械加工プロセスを利用することでは従来可能ではなかったある程度の三次元製造公差精度を提供する。箔は、適切な柔軟な成形材料を受け入れるためのラミネーション型を形成するように積層される。“柔軟”という用語は、ここでは、従来技術の金属型のように剛性ではなく、型が、型内に鋳造された構造物からの型の取外しを容易にするためにある程度まで曲げられかつ伸張させられることを可能にする“柔軟な型”を形成するために使用することができる常温硬化（ＲＴＶ）シリコンゴム又はその他の材料などの材料をいう。さらに、“柔軟な型”及び“柔軟なツール”という用語は、ここでは、自立型の柔軟な構造及び剛性のコフィン型内に収容された柔軟なライナ又はインサートを含むために使用されてもよい。構成部材は、次いで、柔軟な型内に直接に鋳造される。型材料の柔軟性は、鋳造部品が型から引き出されるときにフィーチャの周囲で変形するための柔軟な型材料の能力により、突出したアンダカット及び逆横断面テーパを有する構成部材フィーチャの鋳造を可能にする。
【００１７】
以下により詳しく説明するように、集合的に、これらの改良は、従来技術の多くの制限、特に、インベストメント鋳造法のワックスパターン部分における制限を克服するインベストメント鋳造法のための新たな方法を規定する。
【００１８】
以下の説明では本発明を図面に関連して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来のセラミックコアを示す図である。
【図２Ａ】インベストメント鋳造法のためのワックスパターンツールを製造するためのステップを示す図である。
【図２Ｂ】インベストメント鋳造法のためのワックスパターンツールを製造するためのステップを示す図である。
【図３】ワックス射出中にコアを位置決めしかつコアを支持するための、セラミックコアと柔軟なワックスパターンとの間に配置されたスペーサを示す図である。
【図４Ａ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図４Ｂ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図４Ｃ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図４Ｄ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図４Ｅ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図４Ｆ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図４Ｇ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図４Ｈ】工学的表面トポグラフィが金属部分表面に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。
【図５】Ｔｏｍｏプロセスの柔軟なツールによって形成された第１のワックスパターン表面を示す図である。
【図６】Ｔｏｍｏプロセスの柔軟なツールによって形成された第２のワックスパターン表面を示す図である。
【図７】突出した表面パターンを備えるワックスパターン表面を示す図である。
【図８Ａ】漸進的なグリットブラストを受ける１つの種模型から引き出されたワックス表面を示す図である。
【図８Ｂ】漸進的なグリットブラストを受ける１つの種模型から引き出されたワックス表面を示す図である。
【図８Ｃ】漸進的なグリットブラストを受ける１つの種模型から引き出されたワックス表面を示す図である。
【図９Ａ】インベストメント鋳造部品において工学的表面を製造するためのステップを示す図である。
【図９Ｂ】インベストメント鋳造部品において工学的表面を製造するためのステップを示す図である。
【図９Ｃ】インベストメント鋳造部品において工学的表面を製造するためのステップを示す図である。
【図１０Ａ】鋳造金属部品における表面開口通路を形成するために使用されるワックスパターンツールインサートを示す図である。
【図１０Ｂ】鋳造金属部品における表面開口通路を形成するために使用されるワックスパターンツールインサートを示す図である。
【図１１】反応性（磁性）粒子含む柔軟なワックス射出成形インサート及びコフィン型に固定された磁石の部分的な横断面図である。
【図１２】ライナがアクティブデバイスを収容している、コフィン型に位置決めされた柔軟なワックス射出成形インサートの部分的な横断面図である。
【図１３Ａ】ワックス射出ステップの前にワイヤがコアに対して位置決めされている、柔軟な型インサートとのコア位置決めワイヤの使用を示している。
【図１３Ｂ】ワックス射出ステップの前にワイヤがコアに対して位置決めされている、柔軟な型インサートとのコア位置決めワイヤの使用を示している。
【図１３Ｃ】ワックス射出ステップの前にワイヤがコアに対して位置決めされている、柔軟な型インサートとのコア位置決めワイヤの使用を示している。
【図１３Ｄ】ワックス射出ステップの前にワイヤがコアに対して位置決めされている、柔軟な型インサートとのコア位置決めワイヤの使用を示している。
【図１３Ｅ】ワックス射出ステップの前にワイヤがコアに対して位置決めされている、柔軟な型インサートとのコア位置決めワイヤの使用を示している。
【図１４】くし形設計を有するインサートを示している。
【図１５】ワックス射出中に複数の軸線に沿ってコアを支持するためにセラミックコアに形成された突出部と協働するコア位置決めワイヤの使用を示す図である。
【図１６】ワックス射出中に複数の軸線に沿ってコアを支持するためにセラミックコアに形成された突出部と協働するコア位置決めワイヤの使用を示す図である。
【図１７】ツール引張り平面に対して浅い角度で配置されたコア位置決めワイヤのための一過性の支持エレメントの使用を示す図である。
【００２０】
発明の詳細な説明
複雑な内部冷却通路を備えるガスタービンブレード又はその他の構成部材を鋳造するために使用されてもよいインベストメント鋳造法の一部として、内部冷却通路の形状を規定するセラミックコアがまず製造される。図１は、あらゆる公知のプロセスによって形成されてもよい１つのこのようなセラミックコア１０を示している。
【００２１】
セラミックコアが製造されると、インベストメント鋳造法における次のステップは、鋳造ブレード又はその他の鋳造部品の最終的な外面形状を規定するようにコアの周囲にワックスを成形するためのワックスパターンツールの一部としてコアを使用することである。従来のワックスパターンツール設計は、部材のジオメトリにより、ワックスパターン又は鋳造部品からのツールの取外しのために複数の引張り平面が必要とされる場合、特に複雑でかつ高価である。本発明は、ツール製造時間及びコストを、従来のワックスパターンツールのために必要とされるものの小さな割合に減じる、ワックスパターンツールへの新規のアプローチを提供し、さらに、より大きな構成部材設計自由度及びより高い鋳造歩留りを生じる改良された能力を提供する。従来の高価な機械鋼ツールの代わりに、単純で低コストのアルミニウム又は軟鋼（又は集合的に軟質金属と呼ばれるその他の容易に機械加工される材料）の種模型が使用される。得られた柔軟なワックスパターン型（ツール）は、次いで、低圧射出法を用いて種型から製造される。図２Ａは、柔軟なワックスパターンツール１６の一方の側１６ａを形成するために、柔軟な型材料１４を受け入れる機械加工されたアルミニウムなどの軟質金属から形成された種模型１２の一部を示しており、柔軟なワックスパターンツール１６の他方の側１６ｂは、同様の形式で製造される。柔軟なワックスパターンツールは、柔軟な型材料から完全に形成されているか、又は以下に示されかつ説明されるソリッドなコフィン型に関連して使用される柔軟な型インサート（又はライナ）のハイブリッド形式を有してもよい。柔軟なワックスパターンツールの２つの組み立てられた側が図２Ｂに示されており、図２Ｂは、柔軟な型の両側の間に形成された射出キャビティ１８内へのセラミックコアの配置を示している。
【００２２】
種模型は、１つ又は複数の精密インサート２０を受け入れるように形成されていてもよく、インサート２０は、図２Ａ及び図２Ｂの実施の形態では、コアに対して当接する、型の柔軟な内面２４と一体となるように形成された、柔軟な位置決めピンの形状などの、位置決めフィーチャ２２を形成するために使用される。高精細細部の高められた領域を規定するために必要であるならば、種模型のあらゆる領域において、様々な形状の精密インサートが使用されてもよく、これは、例えば、以下でより詳しく説明するように、後に鋳造される金属部品に提供されるコーティングの付着を促進する工学的な表面粗さを含む。インサートは、Ｔｏｍｏプロセス、ステレオリソグラフィ、ダイレクトメタルファブリケーション又はその他の高精細プロセスを用いて形成されてもよい。種模型のハイブリッド表面２６（機械加工されたアルミニウム表面及び精密インサート表面）は、次いで、種模型の細部を複製するワックス射出型の柔軟な内面において再現される。
【００２３】
図２Ｂに示された位置決めフィーチャは、セラミックコアと穏やかに接触するように高い機械的ヒステリシスで柔軟な型のボディから延びており、これにより、柔軟なワックスパターン型内でのコアの適切な位置を保証する。位置決めフィーチャは、ワックス射出中にコアに機械的支持を提供しながら、コア／型インターフェース２８においてある程度のコンプライアンスを提供する。従来のツーリングは、コアと強く接触するように金属ピンを有することが公知であるが、このような強い接触はしばしば、型閉鎖中に比較的脆いセラミックコアに損傷を生ぜしめる。ここに説明される柔軟なフィーチャは、ある程度の寛容さを提供し、この寛容さは、コアに対する損傷の機会が減じられることにより、許容される部品のより高い歩留りに変換される。位置決めフィーチャの柔軟性の度合いは変化することができるが、位置決めフィーチャは、セラミックコア材料に対して損傷を生じることなくコアによって変形させられることができるように、位置決めフィーチャが接触するコア表面よりも柔軟であってもよい。これに対して、従来の位置決めピンは、コア材料よりも剛性であり、セラミックコア材料に損傷を生じることなくコアによって変形することはできない。有利には、位置決めフィーチャは、型材料の柔軟な性質により、平行な引張り平面に配置される必要はなく、これは、位置決めフィーチャが、取出しを容易にするために曲げられることを可能にする。
【００２４】
図３に示された別の実施の形態では、柔軟な型と一体的ではない柔軟なピン又はスペーサ３０は、コアを位置決めし、かつコアに機械的支持を提供するために、コアと柔軟な型との間に配置されてもよい。このような非一体的なスペーサは、フォーム、ワックス、又はコアに損傷を生じることなくセラミックコアに係合することができるあらゆる材料から形成されてもよい。スペーサは接着剤３２によって所定の位置に保持されてもよい及び／又はスペーサは柔軟な型に形成された開口３４に挿入されてもよい。スペーサは、ワックス射出後のシェル硬化の間に燃え尽きるように設計されてもよく、又はスペーサは、シェル化の前にワックスパターンから引き出されてもよい。択一的に、スペーサは、セラミック鋳造材料から形成されてもよく、スペーサは、ワックスパターンによって捕捉されたままであり、次いで、被覆され、後で提供されるセラミックシェル材料と一体となってもよい。溶融合金鋳造の際、捕捉されたセラミックスペーサは、鋳造金属部品に表面開口通路を形成するように機能する。これらの選択肢のいずれにおいても、柔軟な型の柔軟な内面及びスペーサ自体の柔軟性は、ワックス射出ステップ中にコアにある程度のコンプライアントな支持を提供するように機能する。
【００２５】
ワックスパターンツーリングを製造するための上述の方法は、好ましくは、以下の表１に要約されているように、公知の従来のプロセスと比較される。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
図４Ａ〜図４Ｈは、工学的表面トポグラフィ３６が金属部分表面３８に直接に鋳造される、インベストメント鋳造法のステップを示す図である。図４Ａには、コフィン型（ダイ）４０の２つの半部が示されており、各半部は、所望の表面トポグラフィを含む露出した表面を有する柔軟な型インサート（ライナ）４２ａ，４２ｂを有する。柔軟なインサートは、Ｔｏｍｏプロセス又は別の精密プロセスによって形成された種型から直接に製造されてもよい。図４Ｂは、セラミックコアの周囲に柔軟なワックスパターンツール４４として組み立てられたコフィン型半部を示しており、これにより、後で鋳造される金属部品４６の所望の形状に合致する射出キャビティ１８を形成している。コアプリント４８として知られるセラミックコアの端部は、コフィン型及び柔軟な型インサートに対してコアを支持するためにコフィン型と接触するように延びている。射出キャビティは、次いで、図４Ｃに示したように、射出プロセスを用いて、ワックス５０が充填される。ワックスが硬化すると、ツールは除去され、外面に所望のトポグラフィを有する、図４Ｄに示されたワックスパターン５２を出現させる。ワックスパターンは、次いで、図４Ｅに示された、ワックスが充填されたセラミック鋳造容器５４を形成するように、従来公知の技術を用いてセラミック材料で被覆される（シェル化）。ワックスは、次いで、加熱などによって除去され、図４Ｆに示された鋳造容器５６を形成する。溶融した合金５８は、次いで、図４Ｇに示された鋳造容器内へ鋳造され、セラミック鋳造容器は破壊されて除去され、内部キャビティ６０と、図４Ｈに示したように表面３８において一体的に鋳造された工学的表面トポグラフィ３６とを有する、構成部材部分４６を出現させる。
【００２８】
図４Ａの柔軟な型インサートは、引用された米国特許第７１４１８１２号明細書、米国特許第７４１０６０６号明細書及び米国特許第７４１１２０４号明細書に記載されているように、Ｔｏｍｏプロセス種型から直接に得られてもよい。択一的に、Ｔｏｍｏプロセス型又はその他の精密種型は、１つ又は複数の中間型を形成するために使用されてもよく、中間型は、表面トポグラフィを変化させかつさらに高めるさらに別のプロセスステップを受ける。１つの実施の形態では、金属箔Ｔｏｍｏプロセス種型は、第１の柔軟な型を鋳造するために使用され、第１の柔軟な型は、繊維質材料中間型を鋳造するために使用される。中間型は、次いで、型の表面における繊維の一部を露出させるためにグリットブラストされる。第２の柔軟な型は、次いで、中間型内へ鋳造され、第２の柔軟な型は、その表面トポグラフィの一部として、露出した繊維の形状を再現する。第２の柔軟な型は、次いで、図４Ａのコフィンダイにおいて使用される。
【００２９】
最も単純な形式では、柔軟なツーリングは、概してワックスの表面に凹まされてもよい、ワックスパターンの表面における頑丈なフィーチャを形成するために使用される。通常、これらは、インターロックジオメトリを形成し、かつオーバーライするコーティングを備えたインターフェースの表面積を増大させるために、エッジにおいて大きな角度の段部を形成するという目的で、比較的小さな角度を有しかつ浅い輪郭を有する。六角形タイプの構造又はハニカム構造が使用されてもよい。図５は、上述の段部を用いるワックスパターンの表面における、頑丈であることが分かった１つのこのような表面６２を示している。ワックスパターンにおけるこのような表面は、インベストメント鋳造法において転移可能なハニカム状表面を生ぜしめ、その結果、高い程度のインターロックと、オーバーライするコーティング層との結合一体性のための増大した表面積とを生ぜしめる、周期的に粗い表面（マクロ範囲において）を生ぜしめる。付加的な利点は、表面にわたる増大した断続的なコーティング厚さから得られてもよい。
【００３０】
付加的な表面エンジニアリングは、図６に見られるように、さらに大きな表面積増大及びインターロックを生じることができ、六角形のエッジは、ギヤ−コグタイプ層を形成するように丸みづけられている。典型的な表面フィーチャ深さは、０．３８ｍｍ及び０．６６ｍｍの両方において有効となるように製造されかつ示されているが、これらの深さは、最適化を表さず、制限することを意味するものではない。大きな表面角度の領域（例えば、翼の前縁又は後縁セクション又は翼／プラットフォームインターセクション）において、表面からのパターン突出部は有利であり得る。このような突出部は、第２世代の柔軟な型から製造することができる（すなわち柔軟な種型からの柔軟な型の再現）。図７は、このような型技術によって製造された突出したワックス表面パターン６６の一例を示している。突出する型は、表面におけるアンダカットを形成するように設計することができ、これにより、コーティングとの機械的なインターロックの程度を高める。これは、コーティングの高い応力を受ける領域において特に有益である。アンダカットは、凹んだ表面フィーチャにおいて形成することもできることに留意されたい。
【００３１】
種模型は、さらに、非Ｔｏｍｏ表面変化技術、例えば、グリットブラストによって、又はサンディングによって、又は表面にレーザによって形成されたミクロポットマークを形成することによって、又は例えばエポキシなどの接着剤によって種模型の表面に結合された第２相材料を加えることによって、変更することができる。このような材料は、制限なく、ランダムに又は所定のパターンで表面に提供されてもよいシリコンカーバイド粒子又はチョップドファイバを含んでもよい。表面変化技術又は第２相材料は、ツールの表面にランダムな表面配列を生ぜしめ、これは、柔軟な型ツールの表面を規定するために使用することができ、潜在的に、第２世代の柔軟な型ツールから複製することができる。一例として、図８Ａ〜図８Ｃは、独特なマイクロ表面フィーチャを形成するために変化する程度のハイブリッド化された表面を備えるように漸進的に変化させられた種模型から製造されたワックスパターン表面６８，７０，７２を示している。この場合、種模型は、漸進的にグリットブラストされ、基本的なＴｏｍｏプロセス形状は漸進的に浸食され、その結果、表面６８から表面７２へ進行するときにさらにより丸みづけられた構造を生じるが、依然として、Ｔｏｍｏプロセスフィーチャの基本形状を保持している。このハイブリッド化は、凹んだ又は突出した設計された表面を製造するためのＴｏｍｏプロセスの能力と組み合わされて、鋳造したままの部品における様々な設計された表面を製造するためのプロセスの実質的な柔軟性を示す。有利には、このプロセスは、付加的な実際のグリットブラストを必要とすることなく、グリットブラストされた種模型内に成形された柔軟なインサートの複数の形成による、グリットブラストされたツール表面の複製を可能にし、これにより、正確な部品対部品複製を保証する。このプロセスは、所望の種模型表面が製造されると、表面変化プロセスばらつきの影響を受けにくくなる。なぜならば、種模型から得られる全ての結果的な表面は同じであるからである。
【００３２】
図９Ａ〜図９Ｃは、インベストメント鋳造部品における設計された表面を製造するための別の実施の形態を示されており、所望の表面仕上げは、シェルコーティング７４内へ有効に転移させられるためにはワックスパターニング段階において脆すぎる。このような表面は、通常、ハンドリング及びシェルコーティングの間に容易に損傷されるワックスパターンにおける脆い突出部を生じる表面である。この実施の形態において、消失可能なセラミックインサート７６は、所望の表面トポグラフィ３６を有するようにＴｏｍｏプロセス又はその他によって形成されてもよい。図９Ａに示したように、消失可能なインサートは、柔軟なワックス射出型１６の一部を形成するが、図９Ｂに示したように、鋳造ワックスパターンからの型の取外し時に、型から分離し、ワックスパターン５２と一緒に残る。ワックスパターンがシェル化され、シェル７４が熱処理されると、インサートは、シェル構造の一部として残り、図９Ｃに示したように、鋳造容器５６の外側キャビティ壁７８を形成する。インサートの内面は、鋳造部品の最終的な金属表面の所望のトポグラフィを含み、その細部は、ワックスを介してトポグラフィを転移させなければならない択一的な方法によるよりも、頑丈な形式で保持される。このプロセスは、さもなければ脆弱性によりワックスパターンにおいて妥協される表面における細部を保持するために使用することができる。このようなプロセスは、翼の前縁及び後縁などの露出される翼領域のために付加的なアンカリングが要求されるなどの場合、モジュール化に役立つ。このようなセラミックインサートは、ワックス射出ツールへの適用前に、部分的に熱処理されてもよい。
【００３３】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、ガスタービンブレードに後縁冷却通路を形成するために有益であり得る、最終鋳造金属部品に表面開口通路を形成するための消失可能なインサート８０の別の使用を示している。インサートは、シリカ、セラミック又は石英材料から形成されていてもよく、インサートは、柔軟なワックスパターン型１６におけるスロット又は開口などの協働する凹所８２内に嵌合するように設計されている。インサート、柔軟なワックスパターン型及びコア１０の全ては、Ｔｏｍｏプロセスなどによって十分な精度で形成されてもよく、これにより、インサートの突出する脚部８４は、コアに当接するか、又はコアにおける協働する開口８６と係合し、これにより、図１０Ａに示したように、それらの間に機械的なインターフェースを形成する。機械的なインターフェースは、突合せ継手、凹所継手又はその他の協働するジオメトリであってもよい。図１０Ｂに示したように、柔軟なワックスパターン型が除去された後、インサートはワックスパターン５２に残り、インサートは、その後のシェル形成プロセスの間にシェル（図示せず）と一体的になる。インサートの突出する脚部は、コアによって形成される内部通路と、シェル内面によって形成される、部品の外面との間に、鋳造金属部品に通路を形成し、また、ワックス及び金属射出ステップの間、コアのための機械的な支持をも提供する。Ｔｏｍｏプロセスなどの精密プロセスによって柔軟なワックスパターン型インサートを形成することにより、従来技術によっては従来可能ではなかった形状、角度、アスペクト比、テーパ、スパイラルなどを備えるブレード後縁冷却通路を製造することが今や可能である。一例は、図１０Ａ及び図１０Ｂのインサート８０によって形成される非線形の冷却チャネルである。有利には、インサートは、構成部材の表面に対してほぼ平行に延びる部分８１を有しており、これにより、冷却チャネルの有効性を高めている。このタイプのジオメトリは、標準的な鋳造後機械加工プロセスによって得ることはできない。各インサートは、１つの冷却チャネルを形成してもよいか、又は択一的に、複数の冷却チャネルが、図１４に示したように、くし状設計を備えて形成されたインサート８３によって形成されてもよい。
【００３４】
図１１は、柔軟な型インサート４２を備えたコフィン型４０の１つの実施の形態を示しており、型及びインサートは、協働する整合フィーチャを備えて形成されており、整合フィーチャは、コフィンダイへの柔軟な型インサートの配置を単純化し、これらの間の適切な整合を保証する。図１１は、インサートの表面における台形の突出部８８と、コフィンダイの表面における鏡像形状の溝９０との使用を示しているが、当業者は、様々なあらゆる協働する形状が使用されてもよいことを認めるであろう。柔軟な型の使用の利点のうちの１つは、低コスト及び互換性であり、このような整合フィーチャの使用は、１つのコフィンダイと共に使用される複数の柔軟な型インサートのそれぞれが適切に位置決めされることを保証する。柔軟なインサートの適切な位置決めは、コアがコフィン型から支持されているときにインサートがコアに対して適切にインデクシングされることも保証する。
【００３５】
様々な反応エレメントは、柔軟なワックス射出型若しくは型インサート内に収容されていてもよい。一例では、図１１は、柔軟なインサート４２を形成するために使用される型材料における反応エレメントとしてのフィラー粒子９２の使用を示している。フィラー粒子は、材料がまだ液体状態にあるときに、型形状に成形される前に型材料と混合される。粒子は、型ライナに所望の特性を集合的に付与する様々な材料又は材料の組合せのいずれかであってもよい。例えば、粒子は、インサートの伝熱性を高めるために熱エネルギに対して高い伝導性を有するなど、所望の熱伝導特性を有するように選択されてもよい。その他の実施の形態では、粒子は、断熱性であってもよい。図１１のフィラー粒子のうちの少なくとも一部は、磁性であってもよく、コフィンダイに取り付けられた磁石９４に引き付けられ、これにより、柔軟なインサートをコフィンダイ内の適切な位置に保持する。磁石は、電磁石が通電されなくなったときにコフィンダイからのインサートの解放をさらに促進する永久磁石又は電磁石であってもよい。別の実施の形態では、磁石は、型材料が硬化するときに液体の型材料内の磁性粒子が磁石に向かって引き付けられるように、柔軟な型インサートを鋳造するために使用される種型において使用され、これにより、磁石の近くの型の領域において粒子の好ましい分布を生じる。
【００３６】
図１２は、柔軟なインサート４２内のアクティブデバイス９８である反応エレメントの使用を示している。アクティブデバイスは、デバイスが型材料内に収容されるように型材料の鋳造中に種型（図示せず）内に位置決めされる。“アクティブデバイス”という用語はここでは、型の有効性を高めるために柔軟な型の使用中に機能する、型材料以外のあらゆる物体又は空所を含むために使用される。アクティブデバイスの例は、鋳造プロセスを監視するために使用されてもよい温度センサ又は圧力センサなどのセンサ、射出キャビティを通る鋳造材料の流れを促進するために使用されてもよい機械的バイブレータなどのアクチュエータ、鋳造プロセス中に温度を調節するために使用されてもよい加熱流体又は冷却流体が通過するための抵抗加熱器又は流体チャネルなどの温度調節装置、などを含むが、これらに限定されない。アクティブデバイスは、型材料の外側に配置された電子回路又は流体システムなどの関連するシステム９８に接続されてもよく、又は、デバイスは、型材料内に隔離されており、問合せＲＦ信号又は音エネルギなどの遠隔通信信号に対して応答してもよい。
【００３７】
上記の発明の背景において説明したように、従来技術において、ワックスパターンが形成された後に、埋め込まれたセラミックコアと接触するようにワックスパターンにプラチナワイヤ（又はピン）を挿入することが公知である。この作業は、不安定である。なぜならば、遠すぎるプラチナワイヤの挿入は、セラミックコアに損傷を生じる恐れがあり、この損傷は、金属部品が鋳造され、鋳造後検査に失敗するまで検出されないままとなる恐れがあるからである。さらに、従来のプラチナワイヤは、ワックス射出ステップ中にコアのための支持を提供しない。なぜならば、従来のプラチナワイヤは、ワックスが鋳造されるまで所定の位置に配置されないからである。本発明は、ワイヤによって提供される支持にある程度の柔軟性を提供し、さらに、ワックス射出ステップの前にセラミックコアに対してワイヤが位置決めされることを可能にするために、柔軟なワックスパターン型に関連してこのような位置決めワイヤ又はピンの使用を想定している。図１３Ａ〜図１３Ｅは、これがどのように行われてよいかの１つの実施の形態を示している。
【００３８】
柔軟なインサート４２は、図１３Ａに示したようにディスク１０２などの取外し可能な支持エレメントを収容するための表面凹所１００を備えて形成されている。支持エレメントは、他の実施の形態では他の形状を有してもよい。１つの実施の形態では、柔軟なインサート及びディスクは、化学的及び熱的膨張両立性を保証するために同じ材料から形成されていてもよい。ディスクは、公知のプラチナ位置決めワイヤなどの位置決めピン１０６を収容するための穴又は開口１０４を備えて形成されている。当業者は、特定のセラミックコア設計の支持のためにインサートに関連した複数のこのようなディスク及びワイヤが設けられていてもよいことを認めるであろう。柔軟な型は、下部柔軟インサート（図示）及び上部柔軟インサート（図示せず）から形成されていてもよい。ワイヤ、ディスク及びインサートは予め組み立てられ、次いで、セラミックコア１０は、ワイヤの上面と軽く接触するように柔軟な型内に位置決めされる。図示した水平の実施の形態では、下部インサートは、コアが載置されるベッドを形成しており、次いで、柔軟な型を形成するために上部インサート（図示せず）はコア上に下降させられる。コアを均一にワイヤに対してプレロードするために、穏やかなフィンガ圧力が加えられてもよい。ディスクを通るワイヤの移動に穏やかな抵抗を提供するために、１つの実施の形態では、ディスクに形成された穴の直径は、ワイヤの直径と比較して、０．００５〜０．０１０インチだけより小さくてもよく、これにより、コア材料に対して損傷を生じることなく、コアを支持するために必要ないかなる程度にもワイヤをディスク内へ又はディスクを通して延在させることができる。１つの柔軟なインサート設計が複数のコア設計とともに使用される１つの実施の形態では、インサートに凹所が設けられているが、特定のコア設計を支持するためにワイヤは必要とされない領域のために、ブランクディスク（すなわち穴１０４を有さない）が提供されてもよい。
【００３９】
位置決めワイヤは、ワックス射出ステップの前にコアと近位接触（すなわち軽い接触又は近接）して所定の位置にあり、これにより、成形されたワックスパターンを通じたワイヤの適切な位置決めの従来の問題、及びワックス射出中のコアに対するある程度の機械的支持を提供するという従来の問題を克服するのに対し、このようなピンの従来の使用は、その後の金属鋳造ステップ中のみのコアの支持のためのものであったということが、図１３Ａから認められるであろう。ワックス１０８は、次いで、図１３Ｂに示したように射出され、ワックスが固化すると、柔軟なインサート及び位置決めディスクは、図１３Ｃに示したように除去され、ワックスパターン５２を出現させ、ワックス表面１１２を超えて延びる各ワイヤの一部分１１０を残す。各ワイヤは、その位置においてコアの表面に対してほぼ垂直になるように位置決めされてもよいので、ワイヤからの柔軟なインサートの除去のために必要な複数の引張り平面が存在してもよい。ディスク、及び柔軟なインサートにおける協働する凹所のテーパした形状は、特定のコアのために使用されてもよい複数の位置決めピンからのインサートの除去を容易にする。各型半部におけるワイヤが全て互いにほぼ平行である実施の形態の場合、位置決めディスクは不要であってもよいことが認められるであろう。このような実施の形態では、各ワイヤは、柔軟なインサート内へ直接に形成されたそれぞれの穴に収容されてもよい。
【００４０】
セラミックシェルコーティング７４は、次いで、図１３Ｄに示したようにワイヤの突出部分を包囲するように公知の浸漬プロセスによってワックスパターン上に形成され、ワックスは、次いで、図１３Ｅに示したように、予め位置決めされたコア支持ワイヤを有する完成したセラミック鋳造容器５６を出現させるように除去される。
【００４１】
図１５は、柔軟なワックス射出ツール１２４内にセラミックコア１２２を支持するためのコア位置決めワイヤ１２０の使用の別の実施の形態を示している。この実施の形態では、ワイヤ１２０は、ツール１２４の表面に形成された穴１２６に保持されている。コア１２２は、コア１２２がツール１２２内に位置決めされたときにワイヤ１２０がその内部へ延びる谷部１３２を形成するように、コアの中央表面１３０から突出した突出部１２８を有するように形成されている。谷部１３２は、ツール１２４内へコア１２２を組み立てるときに小さな位置的なエラーを補正するようにワイヤ１２０を収容するための比較的大きな開口を提供するために、傾斜した壁部１３４を備えて形成されていてもよい。図１５の断面図に示したように、ワイヤ１２０と突出部１８の壁部１３４との機械的な干渉が、ワックス射出ステップ中に複数の軸線に沿ってコアに支持を提供するように、壁部１３４がワイヤ１２０を包囲していることが認められるであろう。
【００４２】
図１６は、セラミックコア１４２に形成された突出部１４０の別の実施の形態を示している。この突出部１４０は、ピン１４８が柔軟なワックス射出ツール１５０と係合させられたときにワックス射出中にセラミックコア１４２のための支持を提供するために、ピン１４８の長手方向軸線に沿って２つの反対方向にピン１４８のヘッド１４６との機械的干渉を提供する突出したアンダカット１４４を有する。
【００４３】
図１３Ａ、図１５及び図１６に示されたワイヤ又はピンのいずれも、その長手方向軸線がツールの局所的な表面に対して垂直かつセラミックコアの局所的表面に対して垂直であるように、又はその軸線が局所的表面に対して所定の角度を成すように取り付けられていてもよいということに留意されたい。なぜならば、ワックス射出ステップ後のピンからのツールの除去は、ツール表面の柔軟性によって容易にされているからである。この形式では、１つ又は複数のピンは、あらゆる所望の方向に、特に複数の非平行な軸線に沿って機械的支持を提供するために、セラミックコアの長さに沿って使用されてもよい。幾つかの実施の形態では、柔軟なツールの局所的表面に対して極めて大きな角度を成してピンを位置決めすることが望ましいこともあり、これにより、ツール表面材料の柔軟性及び図１３Ａのディスク１０２に形成されたテーパした側面にもかかわらず、ワックス射出後にツールを除去することを困難にする。１つのこのような実施の形態が図１７に示されており、ピン１６０は、セラミックコア１６２の近くでワックスパターンツール内に位置決めされており、例えば、４５度未満などの、浅いアプローチ角度Ａで柔軟なツール表面１６４から支持されている。ピン１６０は、ワックス射出ステップ後にツールを除去するために使用される引張り平面１７２に対してほぼ平行に配置された側面１７０を有する凹所１６８内にセットされた支持エレメント１６６によって所定の位置に保持されている。ワックスパターンがツールから除去された後にピン１６０の端部を露出させるための支持エレメント１６６の除去は、一過性の材料、例えば、ワックスパターンを成形するために使用された非可溶性ワックスを破壊することなくピン１６０の周囲から溶解させることができる可溶性ワックス又はその他の材料などの材料の支持エレメント１６６を形成することによって、容易にすることができる。択一的に、支持エレメント１６６は、ワックスパターンと同じワックスから形成されてもよく、局所的な溶融又は機械的な除去によって除去されてもよい。支持エレメント１６６及びピン１６０は、凹所１６８に取り付けられる前にアセンブリとして予め形成されてもよく、又はピン１６０は、所望の位置において凹所１６８に位置決めされてもよく、次いで、支持エレメント１６６を形成する一過性の材料が、凹所１６８に注入され、次いで、固化させられてもよい。
【００４４】
本明細書に記載された柔軟なツールによって提供されるコンプライアンスの増大の結果、ワックス射出中のセラミックコアに対する損傷は、コアを硬いツールから剛性的に支持する従来のシステムと比較して、軽減される。この利点は、従来技術において可能であるよりも高い圧力で溶融ワックスを射出することによって活用することができる。例えば、試験ワックス型は、２０回の試験のうち２０回においてコアに損傷を生じることなく、従来技術の通常の１５０ｐｓｉｇの２倍の３００ｐｓｉｇにおいて射出されたが、従来の硬い金属ツールを使用しての３００ｐｓｉｇの射出圧力は、ほとんどの場合にセラミックコアを破壊してしまうであろう。より高い射出圧力は、経済的に魅力的である。なぜならば、より高い射出圧力は、高温のワックスのより良い分配を提供し、その結果、ゲーティングの前に必要な準備を少なくするからである。１５０ｐｓｉｇよりも高い、又は１７５ｐｓｉｇよりも高い、又は２００ｐｓｉｇよりも高い、又は１５０〜３００ｐｓｉｇ以上の範囲のあらゆる圧力などの、従来の圧力ではないあらゆる圧力が使用されてもよいことが、本発明の範囲内で想定されている。
【００４５】
上述のインベストメント鋳造方法は、鋳造産業のための新たなビジネスモデルを提供する。従来のビジネスモデルは、急速な射出及び硬化時間で１つの種模型から複数のセラミック鋳造容器（及びその後に鋳造金属部品）を製造するために極めて高価な、長いリードタイムの、粗いツールを使用する。対照的に、本明細書に開示された新たな方法は、著しくより遅い射出及び硬化時間でセラミック鋳造容器を製造するために、より高価でない、より急速に製造される、より粗くない種模型及び種模型から得られる中間の柔軟な型を使用する。すなわち、新たな鋳造方法は、有利には、急速な原型形成及び開発試験用途のために適用することができる。なぜならば、新たな鋳造方法は、従来の方法よりも著しく迅速及び安価にその種で初めてのセラミック鋳造容器（及びその後に製造される鋳造金属部品）の形成を可能にするからである。複数の異なる原型設計は、変化させられる設計フィーチャのための交換可能なインサートを使用することによって１つの種模型から比較的容易に製造されてもよい。さらに、新たな方法は、１つの種模型から複数の同じ中間の柔軟な型が鋳造されてもよいので、大量生産用途において有効に適用されてもよい。これにより、従来技術よりも大きなコスト上の利点を依然と維持しながら、従来の方法の生産能力に匹敵する又はそれを超えるように複数のセラミック鋳造容器が並行して製造されることを可能にする。この方法の時間及びコスト節約は、種模型を製造する減じられたコスト及び労力のみならず、後縁冷却孔又は表面粗さなどの何らかの設計フィーチャを製造するために従来技術において必要であった金属鋳造後ステップの排除をも含む。なぜならば、このようなフィーチャは、本明細書に開示された新たな方法を使用して金属部品に直接的に鋳造することができるのに対し、従来技術においては鋳造後処理を必要としていたからである。本発明は、許容できる部品の改良された歩留りの可能性を提供する。なぜならば、本発明は、脆いセラミックコアに対する位置決めワイヤの配置のリスクを低減し、かつ、セラミックコアに対する損傷なくより高いワックス射出圧力の可能性をも提供するからである。というのは、コアが、従来の硬いツールの場合に可能であるよりも大きな機械的コンプライアンスで柔軟なワックス射出型内に支持されるからである。本発明は、柔軟な型を介して高精度の部品を生じるのみならず、従来のフレックス型プロセスによって達成することができなかった程度の部品対部品精度をも可能にする。最後に、この方法は、これまで従来技術の能力の範囲ではなかった設計フィーチャの鋳造を可能にすると同時にこれらのコスト及び製造の利点を提供し、これにより、構成部材設計者が、次世代ガスタービン設計目標を達成するために必要なハードウェアフィーチャを製造することを初めて可能にする。
【００４６】
本発明の様々な実施の形態が本明細書中で図示及び説明されているが、これらの実施の形態は単に例として提供されていることが明らかになるであろう。本明細書における本発明から逸脱することなく、多数の改変、変更及び代用がなされ得る。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2016516591.tif 000038
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