[发明专利]增材制造挡板、覆盖物和模具

说明书

政府利益的声明

美国政府对要求专利所有人许可他人通过美国海军部授予的合同号N00019-02-C-3003的条款提供的合理条款拥有本发明的已付讫许可和有限情况下的权利。

发明背景

本发明涉及燃气涡轮发动机组件，并且特别涉及用于燃气涡轮发动机组件的制造过程。燃气涡轮发动机使用一系列压缩机和涡轮以使空气通过发动机来产生转动轴功率。每个压缩机和涡轮将具有多个叶片和多个叶轮，其中转动叶片从由固定叶轮引导到其上的空气中赋予或提取转速。每个叶片和叶轮将具有成形为将气流引导通过燃气涡轮发动机的翼型件。每个叶片和叶轮也将具有外平台和内平台，它们可附接到其它平台以形成翼型件可在其之间延伸的结构。

每个叶片和叶轮可在翼型件、外平台和内平台中具有多个腔室。腔室可在翼型件中从第一端完全延伸通过第二端，或者腔室可延伸到外平台或内平台中达限定距离。在燃气涡轮发动机操作期间，叶片和叶轮经受极高温度。高温可超过用于构造叶片和叶轮的合金的熔化温度。为了防止由于极高温度而对叶片和叶轮造成损坏，可使用通常由压缩机虹吸的相对较冷空气来冷却叶片和叶轮。冷却空气可通入和通过翼型件中的腔室以在内部冷却翼型件。冷却空气也可通入和通过外平台和内平台上的腔室以冷却外平台和内平台。可通过多种方法(包括冲击冷却)将冷却空气引导到并通过叶片和叶轮。

完全延伸通过翼型件的腔室可容纳被设计为促进冲击冷却的挡板，这增加了翼型件的冷却。延伸到外平台和内平台中达限定距离的腔室可容纳也被设计为促进冲击冷却的覆盖物，这会增加外平台和内平台的冷却。挡板和覆盖物的设计和制造是个耗时的过程。挡板和覆盖物通常由金属板制成并经过加工过程以将其成形为装配到叶片和叶轮的腔室内部。加工过程通常包括大量复杂步骤。由于加工过程的复杂性，通常需要两年的准备时间来制造新挡板和覆盖物设计。

发明概要

根据本发明，一种方法包括：(a)在工作台上沉积粉末材料层，所述层具有一定厚度；(b)基于限定具有成形为装配到燃气涡轮发动机组件中的腔室中的主体的插入件的数据固化层的一部分；和(c)降低工作台达所述厚度。然后可重复步骤(a)至(c)，直到插入件完成。然后可将插入件从工作台上移除。

一种方法包括：(a)在工作台上沉积粉末材料层，所述层具有一定厚度，(b)基于限定可在加工过程中使用的模具的数据固化所述层的一部分，和(c)降低工作台达所述厚度。然后可重复步骤(a)至(c)，直到模具完成。然后可将模具从工作台上移除。

插入件包括主体，其通过增材制造过程形成并成形为装配到燃气涡轮发动机组件中的腔室中；插入件的主体中的孔；和邻近孔构建以促进组件的冷却的局部堆积物。主体包括基本上是平的基座部分；从基座部分向上延伸的壁；和用于附接到燃气涡轮发动机组件并从壁向外延伸的凸缘。

具有插入件的燃气涡轮发动机组件包括：主体，其具有在外平台和内平台之间延伸的翼型件；腔室，其在外平台或内平台中的至少一个上具有开口；和插入件，其通过增材制造过程形成、放置在腔室中，其中在预先选定区域中具有局部堆积物以促进组件的冷却。

附图简述

图1是叶轮的透视图。

图2是具有挡板和覆盖物的叶轮的透视图。

图3是沿图2的线3-3截取的叶轮的侧横截面图。

图4是增材制造系统的横截面透视图。

具体实施方式

一般情况下，本申请涉及用于燃气涡轮发动机组件的插入件的制造过程。插入件可放置在叶片和叶轮中的腔室中以直接冷却通过叶片和叶轮的气流以冷却叶片和叶轮。通常由复杂的加工制造过程制作插入件。加工的开发非常耗费时间。本申请公开了使用增材制造过程来制造用于叶片和叶轮的插入件。使用增材制造过程来制造插入件可使制造初始部件所需的准备时间从两年减少到几天。这也允许插入件的设计具有更大的灵活性，因为不同的插入件设计可更容易地被定型和测试。

图1是叶轮的透视图10。叶轮10包括翼型件12、外平台14、内平台16、腔室30、腔室32、腔室34、腔室36、凸架40和凸台42。外平台14包括气体路径侧20和非气体路径侧22。内平台16包括气体路径侧24和非气体路径侧26。