(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品（Ｃ）の製造方法であって、
金属粉末（Ｐ）を作業平面（１２８）に堆積させる工程と、
指向性エネルギー源（１２４）からのビームを誘導して、部品（Ｃ）の断面層に対応するパターンに従って粉末（Ｐ）を融合させる工程と、
堆積及び融合工程を周期的に繰り返して、部品（Ｃ）を１層ずつビルドアップする工程と、
堆積及び融合のサイクルにおいて、指向性エネルギー源（１２４）とは別個の外部熱制御装置（１４４、１４６、１５０、１５４）を使用する工程であって、堆積及び融合時に部品（Ｃ）の温度及び加熱速度を共に制御するために外部熱制御装置（１４４、１４６、１５０、１５４）を使用して、方向性凝固又は単結晶ミクロ組織を有する部品（Ｃ）が得られるように、部品（Ｃ）の所定の温度プロファイルを維持する工程と
を含んでおり、
さらに、部品（Ｃ）の新たな指向性エネルギー融解層の上方の伸長位置へと別の誘導ヒータ（１５４’）を移動させて、通電しその層を所望通り加熱し、所望の加熱サイクルが終了したら、誘導ヒータ（１５４’）を装置の残りの部分から後退させて、次の層の粉末（Ｐ）を堆積させ、指向性エネルギーでその下の層に融解できるようにすることにより、別の誘導ヒータ（１５４’）を使用して、部品（Ｃ）の再融解及び凝固をより直接的に制御することを特徴とする方法。
【請求項２】
粉末（Ｐ）及び部品（Ｃ）が、垂直軸に沿って移動可能なビルドプラットフォーム（１２０）に支持されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
粉末（Ｐ）を融合させる各工程の後、所定の層増加分だけビルドプラットフォーム（１２０）を降下させる工程を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
外部熱制御装置（１４４）が、部品（Ｃ）を取り囲む断熱材（１４４）の層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
外部熱制御装置（１４６）が、部品（Ｃ）を取り囲むヒータ（１４６）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
外部熱制御装置（１５０）が、部品（Ｃ）付近に配置されたクォーツランプ（１５０）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
外部熱制御装置（１５４）が、部品（Ｃ）を取り囲む１以上の誘導コイル（１５４）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
外部熱制御装置（１４４、１４６、１５０、１５４）が、部品（Ｃ）を溶体化温度で維持するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
誘導ヒータ（１５４’）を適所に移動できるようになるまで、指向性エネルギー源（１２４）を使用して露出層を連続的に再融解させる、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
金属部品（Ｃ）の製造装置であって、
所定の組成の金属粉末（Ｐ）を保持するように構成されたビルドエンクロージャ（１２２）と、
金属粉末（Ｐ）を融合させるのに好適なエネルギービーム（Ｂ）を生成するように動作し得る指向性エネルギー源（１２４）と、
エネルギービーム（Ｂ）を、金属粉末（Ｐ）に当て、部品（Ｃ）の断面層に対応するパターンに従って誘導するように動作し得るビームステアリング装置（１２６）と、
指向性エネルギー源（１２４）とは別個の外部熱制御装置（１４４、１４６、１５０、１５４）であって、堆積及び融合時に部品（Ｃ）の温度及び加熱速度を共に制御してビルドエンクロージャ（１２２）内の所定の温度プロファイルを維持するように動作し得る外部熱制御装置（１４４、１４６、１５０、１５４）と、
アクチュエータ（１６１）に接続されたアーム（１５９）によってビルドエンクロージャ（１２２）の上方に設置される誘導コイル（１５４’）を備える別の誘導ヒータ（１５４’）であって、アクチュエータ（１６１）が、使用位置と、ビルドエンクロージャ（１２２）から離れた格納位置との間で誘導コイル（１５６’）を移動させるように動作し得る別の誘導ヒータ（１５４’）と
を備える装置。
【請求項１１】
ビルドエンクロージャ（１２２）内部に配置されたビルドプラットフォーム（１２０）であって、垂直軸に沿って移動可能なビルドプラットフォーム（１２０）を更に備える、請求項１０に記載の装置（１４４、１４６、１５０、１５４）。
【請求項１２】
外部熱制御装置（１４４）が、部品（Ｃ）を取り囲む断熱材（１４４）の層を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
外部熱制御装置（１４６）が、部品（Ｃ）を取り囲むヒータ（１４６）を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
外部熱制御装置（１４４、１４６、１５０、１５４）が、部品（Ｃ）付近に配置されたクォーツランプを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
外部熱制御装置（１４４、１４６、１５０、１５４）が、ビルドエンクロージャを取り囲む１以上の誘導コイルを含む、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にタービン部品に関し、より詳しくは、高温環境で使用される単結晶タービン部品を構築するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンエンジンは、直列流動関係にある高圧圧縮機、燃焼器及び高圧タービンを有するターボ機械コアを備える。コアは、主ガス流を生成するように公知の様式で稼働可能である。高圧タービンは、主ガス流からエネルギーを抽出する１以上のステージを備える。各ステージは、静止タービンノズルとその後にタービンブレードを担持する下流ロータとを備える。これら「高温セクション」部品は、金属合金の熱腐食及び酸化を促進する極高温環境で稼働する。
【０００３】
従来技術では、高温セクション部品は、典型的には、「超合金」として従前知られている、良好な高温クリープ耐性を有するニッケル基又はコバルト基合金で鋳造される。こうした合金は、主に、クリープ破断強度及び疲労強度等の機械的特性要件を満たすように設計される。
【０００４】
鋳造プロセスは、所望のミクロ組織、例えば、方向性凝固（「ＤＳ」）又は単結晶（「ＳＸ」）を生成することが知られている。単結晶ミクロ組織とは、結晶学的粒界のない組織をいう。単結晶鋳造には、シードエレメント（すなわち、冷却のための核生成点）、及び冷却時の温度を注意深く制御することが必要とされる。
【０００５】
材料を１層ずつビルドアップして部品を形成する積層造形は、鋳造の代替プロセスである。鋳造プロセスとは異なり、積層造形は、機械の位置分解能による制約しか受けず、鋳造で必要とされるような、抜き勾配の提供、オーバーハングの回避等の要件による制約を受けない。積層造形は、「積層製造（layered manufacturing）」、「リバースマシニング（reverse machining）」、「直接金属レーザ融解」（ＤＭＬＭ；direct metal laser melting）及び「３Ｄプリンティング」等の用語によっても参照される。そのような用語は、本発明の目的では同義的に取り扱われる。
【０００６】
積層造形を使用して高温セクション部品を生産するための従来技術は公知である。例えば、Ｍｏｒｒｉｓらの米国特許出願第２０１１／０１３５９２号明細書には、金属粉末を堆積し、その後レーザ融解するサイクルを繰り返すことにより部品をビルドアップするプロセスが記載されている。レーザ熱入力は、部品の一部に必要な溶体化温度を維持するには十分だが、全体にわたって単結晶ミクロ組織を有する部品を生産することができない。
【０００７】
したがって、単結晶ミクロ組織を有する部品を積層造形するためのプロセスに対するニーズが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２５６５２９４号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、かかるニーズに対処すべく、単結晶合金部品を積層製造するための装置及び方法を提供する。本装置及び方法は、構築中の部品の温度を効果的に制御する外部熱制御装置を使用することを含む。
【００１０】
本発明の１つの態様では、部品の製造方法であって、金属粉末を作業平面に堆積させる工程と、指向性エネルギー源からのビームを誘導して、部品の断面層に対応するパターンに従って粉末を融合させる工程と、堆積及び融合工程を周期的に繰り返して、部品を１層ずつビルドアップする工程と、堆積及び融合のサイクルにおいて、指向性エネルギー源とは別個の外部熱制御装置を使用して、方向性凝固又は単結晶ミクロ組織を有する部品が得られるように、部品の所定の温度プロファイルを維持する工程とを含む方法を提供する。
【００１１】
本発明の別の態様では、粉末及び部品は、垂直軸に沿って移動可能なビルドプラットフォームに支持される。
【００１２】
本発明の別の態様では、本方法は、粉末を融合させる各工程の後、所定の層増加分だけビルドプラットフォームを降下させる工程を更に含む。
【００１３】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品を取り囲む断熱材の層を含む。
【００１４】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品を取り囲むヒータを含む。
【００１５】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品付近に配置されたクォーツランプを含む。
【００１６】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品を取り囲む１以上の誘導コイルを含む。
【００１７】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品を溶体化温度で維持するために使用される。
【００１８】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、堆積及び融合時に、部品の温度及び加熱速度を共に制御するために使用される。
【００１９】
本発明の別の態様では、金属部品の製造装置は、所定の組成の金属粉末を保持するように構成されたビルドエンクロージャ；金属粉末を融合させるのに好適なエネルギービームを生成するように動作し得る指向性エネルギー源；エネルギービームを、金属粉末に当て、部品の断面層に対応するパターンに従って誘導するように動作し得るビームステアリング装置；及びビルドエンクロージャ内の所定の温度プロファイルを維持するように動作し得る、指向性エネルギー源とは別個の外部熱制御装置を備える。
【００２０】
本発明の別の態様では、本装置は、ビルドエンクロージャの内部で配置されている、垂直軸に沿って移動可能なビルドプラットフォームを更に含む。
【００２１】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品を取り囲む断熱材の層を含む。
【００２２】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品を取り囲むヒータを含む。
【００２３】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、部品付近に配置されたクォーツランプを含む。
【００２４】
本発明の別の態様では、外部熱制御装置は、ビルドエンクロージャを取り囲む１以上の誘導コイルを含む。
【００２５】
本発明の別の態様では、誘導コイルは、ビルドエンクロージャの上方に設置される。
【００２６】
本発明の別の態様では、誘導コイルは、アクチュエータに接続されたアームによりビルドエンクロージャの上方に設置され、アクチュエータは、使用位置と、ビルドエンクロージャから離れた格納位置との間で誘導コイルを移動させるように動作し得る。
【００２７】
添付の図面と共に以下の説明を参照することにより、本発明の理解を深めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の態様により構築された例示的なタービン部品の概略斜視図である。
【図２】本発明の態様により構築された積層造形装置の部分断面概略側面図である。
【図３】図２の３−３線に沿って切り取った図である。
【図４】本発明の態様により構築された積層造形装置の部分断面概略側面図である。
【図５】図４の５−５線に沿って切り取った図である。
【図６】本発明の態様により構築された積層造形装置の部分断面概略側面図である。
【図７】図６の７−７線に沿って切り取った図である。
【図８】本発明の態様により構築された代替タービン部品の概略透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本図面では、同一の符号は、図面全体を通して同じ要素を示す。本図面を参照すると、図１は、例示的なタービンブレード１０を示す。タービンブレード１０は、従来型ダブテール１２を備えており、作動中に回転する際にタービンブレード１０をディスクに半径方向に保持するためのローターディスク（図示せず）のダブテールスロットの相補的特徴と係合する特徴を含む任意の好適な形態を有していてもよい。ブレードシャンク１４がダブテール１２から半径方向上方へと延在していて、シャンク１４から横方向に外側へと突出し、シャンク１４を取り囲むプラットフォーム１６で終端する。中空翼形部１８が、プラットフォーム１６から高温ガス流へと半径方向外側に延在する。この翼形部は、プラットフォーム１６と翼形部１８との接続部に根元部２０を有し、その半径方向外側端部に先端２２を有する。翼形部１８は、前縁２８及び後縁３０でつながる凹面正圧側壁２４及び凸面負圧側壁２６を有する。翼形部１８は、高温ガス流からエネルギーを抽出し、ローターディスクの回転を引き起こすのに好適な任意の構成をとることができる。翼形部１８は、複数の後縁冷却穴３２を備えていてもよいし、或いは翼形部１８の正圧側壁２４に多数の後縁ブリードスロット（図示せず）を備えていてもよい。翼形部１８の先端２２は先端キャップ３４で閉じられ、先端キャップ３４は、翼形部１８と一体化されていてもよいし、或いは別体として形成したものを翼形部１８に取り付けてもよい。直立スキーラ先端３６が先端キャップ３４から半径方向外側に延在しており、先端２２を通過する気流ロスを最小限に抑えるために、組み立てられたエンジンの静止シュラウド（図示せず）のすぐ近くに配置される。スキーラ先端３６は、正圧側先端壁４０と離間した関係に配置されている負圧側先端壁３８を備える。先端壁４０及び３８は、翼形部１８と一体化されており、それぞれ正圧側壁２４及び負圧側壁２６の延長部を形成する。正圧側先端壁４０及び負圧側先端壁３８の外側表面は、それぞれ正圧側壁２４及び負圧側壁２６の外側表面と連続表面を形成する。複数のフィルム冷却孔４４が、翼形部１８の外部壁を貫通している。フィルム冷却孔４４は、翼形部１８の内部空間（図示せず）と連通しており、翼形部１８の内部は、蛇行構成等の複雑な構成をしている、内部壁により画成される冷却通路を備えていてもよい。
【００３０】
十分なクリープ破断強度及び疲労強度を得るとともに、熱腐食及び酸化を防止するために、タービンブレード１０は、「超合金」として従前公知のニッケル基又はコバルト基合金等の、良好な高温クリープ耐性を有する材料で製作される。
【００３１】
本発明は、積層造形法を使用して、単結晶（ＳＸ）ミクロ組織を有する部品を生成するための方法及び装置を提供する。上述のタービンブレード１０は、かかる材料及びミクロ組織を必要とし、本発明の原理を使用して製造することができる多数のタイプの部品の一例に過ぎない。本発明のプロセス及び装置を説明する場合、「部品」という用語を用い、符号「Ｃ」と表記する。
【００３２】
図２は、本発明の造形方法を実施するための装置１００の概略を示す。基本部品は、テーブル１１２、粉末供給部１１４、スクレーパ１１６、オーバーフロー容器１１８、ビルドエンクロージャ１２２で適宜囲繞されたビルドプラットフォーム１２０、指向性エネルギー源１２４、及びビームステアリング装置１２６である。これら部品の各々については、以下で詳しく説明する。また、装置１００は、外部熱制御装置も備えており、これについても以下で詳しく説明する。
【００３３】
テーブル１１２は、平坦な作業表面１２８を提供する剛性構造である。作業表面１２８は、仮想作業平面と同一平面上にあって仮想作業平面を画成する。図示した例では、作業表面１２８は、ビルドエンクロージャ１２２と連通してビルドプラットフォーム１２０を露出させる中央開口部１３０、粉末供給部１１４と連通する供給開口部１３２、及びオーバーフロー容器１１８と連通するオーバーフロー開口部１３４を備えている。
【００３４】
スクレーパ１１６は、作業表面１２８に配置された剛性で横長の構造物である。スクレーパ１１６は、スクレーパ１１６を作業表面１２８に沿って選択的に移動させるように動作し得るアクチュエータ１３６に接続されている。アクチュエータ１３６は、図２に概略的に示されており、空気圧又は油圧シリンダー、ボールねじ、又は線形電動アクチュエータ等のデバイスをこの目的に使用することができることが理解される。
【００３５】
粉末供給部１１４は、供給開口部の下部にあり、供給開口部と連通する供給容器１３８、及び昇降機１４０を備える。昇降機１４０は、供給容器１３８内で垂直に滑動可能なプレート様構造である。昇降機１４０は、昇降機１４０を上下に選択的に移動させるように動作し得るアクチュエータ１４２に接続されている。アクチュエータ１４２は、図２に概略的に示されており、空気圧又は油圧シリンダー、ボールねじ、又は線形電動アクチュエータ等のデバイスをこの目的に使用することができることが理解される。昇降機１４０を降下させると、所望の合金組成の金属粉末「Ｐ」の供給を、供給容器１３８に装填することができる。昇降機１４０を上昇させると、作業表面１２８の上に粉末Ｐを露出させる。
【００３６】
ビルドプラットフォーム１２０は、中央開口部１３０の下方で垂直に滑動可能なプレート様構造である。ビルドプラットフォーム１２０は、ビルドプラットフォーム１２０を選択的に上下に移動させるように動作し得るアクチュエータ１２１に接続されている。アクチュエータ１２１は、図２に概略的に示されており、空気圧又は油圧シリンダー、ボールねじ、又は線形電動アクチュエータ等のデバイスをこの目的に使用することができることが理解される。
【００３７】
オーバーフロー容器１１８は、オーバーフロー開口部１３４の下部にあり、オーバーフロー開口部１３４と連通しており、過剰な粉末Ｐの収納容器としての役目を果たす。
【００３８】
指向性エネルギー源１２４は、以下で詳しく説明するように、ビルドプロセスに際して好適な出力及び他の作動特徴のビームを生成し、金属粉末を融解及び融合させるように動作し得る任意の公知のデバイスを備えていてもよい。例えば、指向性エネルギー源１２４は、約１０4Ｗ／ｃｍ2程度の出力密度を有するレーザであってもよい。電子ビーム銃等の他の指向性エネルギー源は、レーザの代わりとなる好適なものである。
【００３９】
ビームステアリング装置１２６は、１以上の鏡、プリズム及び／又はレンズを備え、好適なアクチュエータが設けられており、指向性エネルギー源１２４からのビーム「Ｂ」を、所望のスポットサイズに集中させることができ、作業表面１２８と一致するＸ−Ｙ平面の所望の位置に導くことができるように配置されている。
【００４０】
本明細書で使用される場合、用語「外部熱制御装置」は、ビルドプラットフォーム１２０に配置された部品Ｃを適切な溶体化温度に維持し（つまり、所定温度プロファイルを維持し）、したがって、ビルドプロセスで凝固する粉末Ｐの結晶学的特性を制御するのに有効な、指向性エネルギー源１２４以外の装置を指す。以下でさらに詳しく説明するが、外部熱制御装置は、熱源（つまり、熱エネルギー入力）として直接作用することにより、或いは指向性エネルギー加熱プロセスにより生じる熱を保持することにより作動してもよい。外部熱制御装置は、指向性エネルギー源１２４から物理的及び機能的に分離している。
【００４１】
様々な種類の外部熱制御装置の例を、図２〜図７に示す。図２及び図３では、断熱材１４４の層がビルドエンクロージャ１２２を取り囲んでいる。断熱材１４４は、構築ビルドアップされる部品Ｃからの熱伝達を防いでその冷却速度を低減し、高温を維持するのに有効である。
【００４２】
図４及び図５は、１以上のヒータを含む外部熱制御装置を示す。ベルト型電気抵抗ヒータ１４６がビルドエンクロージャ１２２の外側に巻き付けられ、電源１４８に接続されている。通電すると、ヒータ１４６は、熱伝導によりビルドエンクロージャ１２２（及び内部の部品Ｃ）を加熱する。
【００４３】
別の随意のタイプの外部熱制御装置は、輻射熱源である。例えば、図４は、部品Ｃの見通し線上に配置され、電源１５２に接続されたクォーツランプ１５０（クォーツハロゲンランプとも呼ばれる）を示す。そのようなランプは、各々定格出力が数千ワットのものが市販されている。通電すると、クォーツランプ１５０は、放射伝熱により部品Ｃを加熱する。クォーツランプ１５０は、上述のベルト型ヒータ１４６に代えて又は追加して使用することができる。
【００４４】
外部熱制御装置の別の選択肢は、誘導加熱であり、誘導コイルを流れるＡＣ電流が磁場を誘導して、付近の導電性物体に渦電流を惹起し、物体の抵抗加熱をもたらす。図６及び図７に示す例では、誘導ヒータ１５４は、ビルドプラットフォーム１２０を取り囲み、電源１５８に接続された１以上の個々の誘導コイル１５６を備える。図示した例では、複数の誘導コイル１５６が設けられているが、シングルターン型コイルで十分な場合がある。通電すると、誘導ヒータ１５４は、効果的に部品Ｃを加熱する。本発明者らによる実験では、このタイプの外部誘導ヒータ１５４は、遊離した粉末Ｐを融解したり部品Ｃに付着させる程には加熱せずに、粉末床内の融解／凝固した部品Ｃを優先的に加熱することが判明した。コイル１５６付近の部品、例えば、ビルドプラットフォーム１２０及びビルドエンクロージャ１２２は、誘導ヒータ１５４からの加熱を回避するのに好適な非導電性材料で製造しなければならない。
【００４５】
随意に、本装置は、電源１５８’に接続された誘導コイル１５６’を含む別の誘導ヒータ１５４’を備えていてもよい。誘導ヒータ１５４’は、アクチュエータ１６１に接続さたアーム１５９により、ビルドプラットフォーム１２２の上、作業表面１２８の上方に配置される。アクチュエータ１６１は、図６に示す伸長位置又は「使用」位置と、作業表面１２８から離れた格納位置との間で、誘導ヒータ１５４’を移動させるように動作し得る。
【００４６】
上述の装置を使用した単結晶部品「Ｃ」の構築プロセスは、以下の通りである。ビルドプラットフォーム１２０を、初期高さ位置に移動させる。シードエレメント１６０（図２を参照）を、ビルドプラットフォーム１２０に設置する。シードエレメント１６０は、核生成冷却点としての役目を果たし、所定の結晶学的組織を有する。単結晶部品Ｃを製造することが望まれる場合、シードエレメントは、単結晶ミクロ組織を有する。そのようなシードエレメント１６０は、公知の技術により製造することができる。シードエレメント１６０を配置したら、所定の層増加分だけビルドプラットフォーム１２０を作業表面１２８の下方に降下させる。層増加分は、積層造形プロセスの速度及び部品Ｃの分解能に影響を及ぼす。一例として、層増加分は、約１０〜５０マイクロメートル（０．０００３〜０．００２インチ）であってもよい。その後、粉末「Ｐ」を、ビルドプラットフォーム１２０及びシードエレメント１６０の上に堆積させる。例えば、供給容器１３８の昇降機１４０を上昇させて、粉末を供給開口部１３２から押し出して、作業表面１２８の上に露出させてもよい。スクレーパ１１６を作業表面の向こう側に移動させて、押し上げられた粉末Ｐをビルドプラットフォーム１２０上に水平に広げる。過剰な粉末Ｐは全て、スクレーパ１１６が左から右へと通過する際に、オーバーフロー開口部１３４からオーバーフロー容器１１８へと落下する。その後、スクレーパ１１６を、開始位置に戻してもよい。
【００４７】
指向性エネルギー源１２４を使用して、ビルドすべき部品Ｃの二次元断面又は層を融解する。指向性エネルギー源１２４は、ビーム「Ｂ」を放射し、ビームステアリング装置１２６を使用して、ビームＢの焦点スポット「Ｓ」を、露出粉末表面に当てて適切なパターンで誘導する。ビームＢで粉末Ｐの露出層をある温度に加熱して、粉末を融解、流動化及び凝固させる。この工程は、粉末Ｐの融合と呼ぶことができる。
【００４８】
ビルドプラットフォーム１２０を、層増加分だけ垂直下方に移動させ、粉末Ｐの別の層を同様の厚さに塗布する。指向性エネルギー源１２４は、再びビームＢを放射し、ビームステアリング装置１２６を使用して、ビームＢの焦点スポット「Ｓ」を、露出粉末表面に当てて適切なパターンで誘導する。ビームＢで粉末Ｐの露出層をある温度に加熱して、粉末を、上部層内で、かつその前に凝固した層と共に融解、流動化及び凝固させ、ここでも下の層の結晶学的配向性を維持させる。
【００４９】
ビルドプラットフォーム１２０の移動、粉末Ｐの塗布及びその後の指向性エネルギーでの粉末Ｐの融解というこのサイクルを、部品Ｃ全体が完成するまで繰り返す。
【００５０】
部品Ｃの全体にわたって単結晶ミクロ組織を維持するには、製造中の部品Ｃの全体にわたって温度及び冷却速度を制御する必要がある。指向性エネルギー熱入力は、新しい層が活発に築かれている場所の近くにある部品Ｃの最上部分に必要な温度を維持するのに十分であるが、その全範囲には不十分である。この問題に取り組むために、本発明の方法では、粉末堆積及び指向性エネルギー融解のサイクルで外部熱制御装置が使用される。
【００５１】
外部熱制御装置は、部品Ｃ全体の温度及び加熱速度を共に制御するように動作し得る。例えば、１つの公知の溶体化熱処理は、（１）部品を約１２６０℃（２３００°Ｆ）に約２時間加熱して、ミクロ組織を均質化する工程、（２）約１２６０℃（２３００°Ｆ）〜約１３２０℃（２４１５°Ｆ）の溶体化温度まで毎時約５．５℃（１０°Ｆ）の速度で温度を徐々に上昇させる工程、その後（３）部品をその温度で約２時間維持する工程、引き続き（４）約１１２０℃（２０５０°Ｆ）の時効温度に３分以内で冷却する工程を含む。外部熱制御装置は、上記その他の熱処理を実施するために必要な温度プロファイルを実施するのに有効である。
【００５２】
外部熱制御装置は、指向性エネルギー源１２４とは別個であるので、ビルドプロセスが完了した後で部品Ｃを時効させること等の他の熱処理プロセスに使用することもできる。例えば、１つの公知の時効プロセスは、部品を時効温度で数時間一次時効させて、所望のミクロ組織を達成することを含む。
【００５３】
随意の誘導ヒータ１５４’が存在する場合、それを使用して、部品Ｃの再融解及び凝固をより直接的に制御し、結晶学的配向及びミクロ組織を維持することができる。上述のサイクル中、誘導ヒータ１５４’を、部品Ｃの新たな指向性エネルギー融解層の上方の伸長位置へと移動させて、通電してその層を所望通り加熱する。必要に応じて、誘導ヒータ１５４’を適所に移動できるようになるまで、指向性エネルギー源１２４を使用して、露出層を連続的に再融解してもよい。所望の加熱サイクルが終了したら、誘導ヒータ１５４’を装置の残りの部分から後退させて、次の層の粉末Ｐを堆積させ、指向性エネルギーでその下の層に融解できるようにする。
【００５４】
上述の装置及び方法は、他の方法と組み合わせて部品の全体又は一部を構築するのに使用することができる。例えば、図８は、ダブテール２１２、ダブテール２１２から半径方向上方へと延在し、プラットフォーム２１６で終端するブレードシャンク２１４を有するタービンブレード２１０を示す。中空翼形部２１８は、プラットフォーム２１６から半径方向外側へと延在する。この翼形部は、プラットフォーム２１６及び中空翼形部２１８の接続部に根元部２２０を有し、その半径方向外側端部に先端２２２を有する。タービンブレード２１０の下方部分、すなわちダブテール２１２、シャンク２１４、プラットフォーム２１６及び根元部２２０は、従来の鋳造プロセスを使用して製造してもよく、方向性凝固ミクロ組織を有していてもよい。翼形部２１８の本体は、上述の積層造形プロセスを使用して構築した単結晶組織であってもよい。鋳造した下方部分に置かれる単結晶ホイル２２１は、積層造形プロセスの種晶としての役割を果たす。
【００５５】
翼形部２１８（又は上述した他の部品Ｃのいずれか）の合金組成は、均質である必要はない。積層造形プロセス中に粉末Ｐの組成を変更することにより組成を変化させて、部品Ｃの様々な層又はセクションを生成することができる。例えば、図８に示す翼形部２１８は、第１の合金組成を有する半径方向内側部分又は本体部分（点線より下）、及び第１の合金組成とは異なる第２の合金組成を有する半径方向外側部分又は先端部分２１９（点線より上）を有していてもよい。例えば、先端部分２１９に使用される合金は、本体部分に使用される合金よりも高い酸化耐性を有していてもよい。
【００５６】
本明細書に記載のプロセスは、幾つかの点で従来技術よりも優れている。積層造形プロセスは、従来のインベストメント鋳造法と比較して、非常に単純であり、部品の生産工程数が非常に少なくてすむ。本プロセスの部品収率は、従来のインベストメント鋳造法よりも著しく高く、例えば、従来のインベストメント鋳造法では６５％以下であるのに対して、本プロセスでは９０％程度であり得る。また、本プロセスは、インピンジメント冷却、成形フィルム穴、タービュレータ構造、さらには「鋳造不可能」又は「機械加工不可能」な特徴等の、より微細な細部構造に実施可能な技術である。
【００５７】
以上、単結晶合金部品を積層生産するための装置及び方法について説明してきた。本明細書（添付の請求項、要約書、及び図面を全て含む）で開示された特徴は全て、及び／又はそのように開示された任意の方法又はプロセスの工程は全て、そのような特徴及び／又は工程の少なくとも幾つかが相互に排他的である組み合わせを除き、任意の組み合わせで組み合わせることができる。
【００５８】
本明細書（添付の請求項、要約書及び図面を全て含む）で開示された各特徴は、別様の明示的な記載がない限り、同一の、均等な又は類似の目的を果たす代替特徴に置き換えることができる。したがって、別様の明示的な記述がない限り、開示された各特徴は、一般的な一連の均等な又は類似の特徴の１つの例に過ぎない。
【００５９】
本発明は、先述の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書（あらゆる付随する潜在的な新規性のポイント、要約書、及び図面を含む）に開示されている特徴のあらゆる新規なもの又はあらゆる新規な組み合わせ、又はそのように開示されている任意の方法又はプロセスの工程のあらゆる新規なもの又はあらゆる新規な組み合わせに及ぶ。
【符号の説明】
【００６０】
１０  タービンブレード
１２  ダブテール
１４  ブレードシャンク、シャンク
１６  プラットフォーム
１８  中空翼形部、翼形部
２０  根元部
２２  先端
２４  凹面正圧側壁、正圧側壁
２６  凸面負圧側壁、負圧側壁
２８  前縁
３０  後縁
３２  後縁冷却穴
３４  先端キャップ
３６  直立スキーラ先端、スキーラ先端
３８  負圧側先端壁
４０  正圧側先端壁、先端壁
４４  フィルム冷却孔
１００  装置
１１２  テーブル
１１４  断熱材、粉末供給部
１１６  スクレーパ
１１８  オーバーフロー容器
１２０  ビルドプラットフォーム
１２１  アクチュエータ
１２２  ビルドエンクロージャ
１２４  指向性エネルギー源
１２６  ビームステアリング装置
１２８  作業平面、作業表面
１３０  中央開口部
１３２  供給開口部
１３４  オーバーフロー開口部
１３６  アクチュエータ
１３８  供給容器
１４０  昇降機
１４２  アクチュエータ
１４４  外部熱制御装置、断熱材
１４６  外部熱制御装置、ヒータ
１４８  電源
１５０  外部熱制御装置、クォーツランプ
１５４  誘導ヒータ
１５４’  誘導ヒータ
１５４  外部熱制御装置、誘導ヒータ
１５６  誘導コイル、コイル
１５６’  誘導コイル
１５８  電源
１５８’  電源
１５９  アーム
１６０  シードエレメント
１６１  アクチュエータ
２１０  タービンブレード
２１２  ダブテール
２１４  ブレードシャンク、シャンク
２１６  プラットフォーム
２１８  中空翼形部、翼形部
２１９  先端部分
２２０  根元部
２２１  単結晶ホイル
２２２  先端
Ｐ  金属粉末、粉末
Ｃ  金属部品、部品
Ｂ  エネルギービーム
Ｓ  焦点スポット
【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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