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公開番号2025043290
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-28
出願番号2024147765
出願日2024-08-29
発明の名称鋳造部品用ダイレクトプリント鋳型の一体化固定方法
出願人ゼネラルエレクトリックテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング,General Electric Technology GmbH
代理人個人,弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類F02C 7/00 20060101AFI20250321BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】鋳造部品用ダイレクトプリント鋳型の一体化固定方法を提供する。
【解決手段】本願発明は、鋳造部品(55)の改良鋳型(100)の強度を最適化する方法を提供する。この方法は、既存の鋳型(88)の欠陥(90)を評価し、改良鋳型(100)の設計に外部補強特徴部(120)を追加し、付加製造プロセスで改良鋳型(100)を製造し、改良鋳型(100)で鋳造部品(55)を鋳造することを含み得る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
鋳造部品（５５）用の改良鋳型（１００）の強度を最適化する方法であって、
既存の鋳型（８８）の欠陥（９０）を評価するステップと、
改良鋳型（１００）の設計に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップと、
付加製造プロセスで改良鋳型（１００）を製造するステップと、
鋳造部品（５５）を改良鋳型（１００）で鋳造するステップと、
を含む、方法。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
改良鋳型（１００）の設計に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップが、改良鋳型（１００）の部分（１４０）に外側リブ（１３０）を追加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鋳造部品がタービン部品（５５）であり、改良鋳型（１００）の設計に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップが、改良鋳型（１００）のエアフォイル（１４０）およびシャンク部（１６０）の少なくとも一方に外側リブ（１３０）を追加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
改良鋳型（１００）の設計に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップが、改良鋳型（１００）のベース部分（１７０）および／またはシャンク部分（１６０）にガセット（１８０）を追加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
鋳造部品がタービン部品（５５）であり、改良鋳型（１００）の設計に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップが、改良鋳型（１００）のエアフォイル（１４０）にフィレット（２１０）を追加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
改良鋳型（１００）の設計に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップが、改良鋳型（１００）の耐荷重領域（２００）に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
改良鋳型（１００）の設計に外部補強特徴部（１２０）を追加するステップが、トポロジー最適化プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
トポロジー最適化プロセスが、既存の鋳型（８８）と比較して、改良鋳型（１００）における応力集中を低減する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
付加製造プロセスにおいて改良鋳型（１００）を製造するステップが、セラミック材料（１１０）を使用するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
トポロジー最適化プロセスが、改良鋳型（１００）内でセラミック材料（１１０）を再分配するステップを含む、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願およびその結果としての特許は、一般に、鋳造部品、鋳造構成要素、鋳造ガス部品（cast parts, cast components, cast gas parts）などの鋳造構成要素に関するものであり、より詳細には、非常に効率的かつ正確な方法で構成要素の鋳造品を作成するための、強化ダイレクトプリント鋳型の一体化固定（integrated fixturing of strengthened direct print molds）に関する改良された方法およびシステムに関するものである。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、従来、周囲の空気を圧縮する圧縮機と、空気の流れと燃料の流れとを混合して高温の燃焼ガスを生成する多数の燃焼器とを含む。タービンは、高温の燃焼ガスの流れを受け、圧縮機に動力を供給するため、および発電機などの外部負荷のための出力電力を生成するために、そこからエネルギーを抽出する。タービンエアフォイルなど、ガスタービンエンジンの高温ガス経路構成要素は、従来、インベストメント鋳造プロセス（investment casting process）を使用して製造されていた。このようなプロセスでは、シェルとコアの間に画定された鋳型キャビティに溶融金属合金を導入し、凝固させて完成鋳物を形成する。用途によっては、タービン部品は、高温、遠心力、および大きな温度変動による熱応力に耐える必要がある。そのため、タービン部品には、内部冷却通路や他の複雑な形状が含まれることがある。
【０００３】
タービン部品を製造するための従来の鋳型技術は、時間がかかり、鋳型および／またはコアの解像度が制限される場合がある。さらに、スラリー浸漬後に形成されるシェルは、熱伝達を制限する可能性がある。これとは対照的に、積層造形技術（additive manufacturing technique：付加製造技術）および３Ｄプリンティング（立体印刷法）では、高速かつ効率的な方法で第１の鋳型（first molds）を製造することができる。しかしながら、非常に複雑な形状の製造、および／または印刷と鋳造の間の複数の工程ステップの厳しさは、付加製造された鋳型の亀裂または変形をもたらす応力特徴部（stress features：ストレスフィーチャ）を発生させる可能性がある。このような鋳型を強化するこれまでの試みは、鋳型の組成や焼成工程を開発し、バーンアウトスケジュールを遅らせる開発（developing mold compositions and firing processes to slow down burnout schedules）に重点を置いてきた。同様に、他の試みは、異なるタイプのインサートを備えた内部凹部を備えた設計を使用してきた。しかし、このようなインサートを使用すると、製造工程に時間とコストがかかる。
【発明の概要】
【０００４】
本出願およびその結果としての特許は、鋳造部品の改良された鋳型における強度を最適化する方法を提供する。この方法は、既存の鋳型の欠陥を評価するステップと、改良された鋳型の設計に外部補強特徴部（external reinforcement features）を追加するステップと、付加製造プロセスで改良された鋳型を製造するステップと、改良された鋳型で鋳造部品を鋳造するステップとを含むことができる。
【０００５】
本出願およびその結果としての特許はさらに、鋳造部品用の鋳型を提供することができる。鋳型は、付加製造プロセスから製造されたセラミック材料の部品本体と、部品本体に製造された１つまたは複数の外部補強特徴部とを含むことができる。
【０００６】
本出願およびその結果としての特許のこれらおよび他の特徴および改良点は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と合わせて考慮した場合、以下の詳細な説明を検討すれば、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
圧縮機、燃焼器、タービン、および外部負荷を含むガスタービンエンジンの概略図である。
タービンエアフォイルの透視図である。
欠陥のあるタービン部品焼成型の一例を示す透視図である。
外部補強特徴部を備えたタービン部品焼成型の一例を示す透視図である。
外部補強特徴部を追加したタービン部品鋳型の透視図である。
外部補強特徴部を追加したタービン部品鋳型の透視図である。
外部補強特徴部を備えたタービン部品鋳型を作成する際の例示的な処理ステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここで図面を参照すると、いくつかの図を通じて同様の数字は同様の要素を示し、図１は、本明細書で説明することができるガスタービンエンジン１０の概略図である。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は、流入する空気流２０を圧縮する。圧縮機１５は、圧縮された空気流２０を多数の燃焼器缶２５に供給する。燃焼器缶２５は、圧縮された空気流２０を加圧された燃料流３０と混合し、混合物に点火して高温の燃焼ガス流３５を生成する。単一の燃焼器缶２５のみが示されているが、ガスタービンエンジン１０は、周方向アレイなどに配置された任意の数の燃焼器缶２５を含むことができる。あるいは、燃焼器２５は環状燃焼器であってもよい。燃焼ガス３５の流れは、順にタービン４０に送られる。燃焼ガス３５の流れは、タービン４０を駆動して機械的な仕事を発生させる。タービン４０で発生した機械的な仕事は、ロータシャフト４５を介して圧縮機１５を駆動する。タービン４０とロータシャフト４５は、発電機などの外部負荷５０を駆動することもできる。
【０００９】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、水素ガス、様々な種類の合成ガス、液体燃料、および／または他の種類の燃料およびそれらの混合物を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、ニューヨーク州シェネクタディのGEベルノバ社が提供する多数の異なるガスタービンエンジンのいずれかであってもよく、これには、７シリーズまたは９シリーズのヘビーデューティガスタービンエンジンなどが含まれるが、これらに限定されない。ガスタービンエンジン１０は、単純サイクル発電システムまたは複合サイクル発電システムまたは他のタイプの発電システムの一部であってもよい。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有していてもよく、他の種類の構成要素を使用してもよい。本明細書では、他のタイプのガスタービンエンジンを使用することもできる。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、および他のタイプの発電装置も、本明細書で併用することができる。
【００１０】
図２は、タービン４０とともに使用することができるタービン部品５５の一例を示している。この例では、タービン部品５５はタービンブレード５６である。一般に、タービンブレード５６は、エアフォイル６０と、シャンク部６５と、エアフォイル６０とシャンク部６５との間に配置されたプラットフォーム７０とを含む。エアフォイル６０は、一般に、プラットフォーム７０から半径方向外向きに延び、前縁７２および後縁７４を含む。エアフォイル６０はまた、圧力側７６を画定する凹状壁と、吸引側７８を画定する凸状壁とを含むことができる。プラットフォーム７０は、実質的に水平かつ平面であってもよい。プラットフォーム７０は、高温燃焼ガス３５の流れに曝されることがある。シャンク部６５は、その中にシャンク空洞８０を含んでいてもよい。シャンク部分６５はまた、１つまたは複数のエンジェルウイング８２と、ダブテールなどの根元構造８４とを含んでいてもよい。根元構造８４は、タービンブレード５６をロータディスクに固定するように構成されていてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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