用于使用套芯形成具有内部通路的构件的方法及组件与流程

本公开内容的领域大体上涉及具有限定在其中的内部通路的构件，并且更具体地涉及使用套芯形成此构件。

背景技术：

一些构件需要限定在其中的内部通路，例如，以便执行预期的功能。例如但不作为限制，一些构件(诸如燃气涡轮的热气路构件)受到高温。至少一些这样的构件具有限定在其中的内部通路以接收冷却流体流，使得构件能够更好经受高温。对于另一个示例，但不通过限制，一些构件在与另一个构件的对接处受到摩擦。至少一些这样的构件具有限定在其中的内部通路以接收润滑剂流而便于减小摩擦。

具有限定在其中的内部通路的至少一些已知的构件在模具中形成，其中陶瓷材料的芯在模腔内在针对内部通路选择的位置处延伸。在熔化的金属合金引入陶瓷芯周围的模腔中且冷却以形成构件之后，陶瓷芯除去(诸如通过化学浸出)以形成内部通路。然而，至少一些已知的陶瓷芯是易碎的，导致芯在无破坏的情况下生产和处理是困难且昂贵的。此外，用于形成这样的构件的一些模具由熔模铸造形成，且至少一些已知的陶瓷芯缺乏足够的强度来可靠地经受用来形成用于熔模铸造过程的模型的材料(诸如但不限于蜡)的注入。

备选地或另外地，具有限定在其中的内部通路的至少一些已知的构件首先形成为没有内部通路，且内部通路在后续过程中形成。例如，至少一些已知的内部通路通过将通路钻到构件中来形成，诸如但不限于，使用电化学钻孔过程。然而，至少一些这样的钻孔过程相对耗时且昂贵。此外，至少一些这样的钻孔过程不可产生某些构件设计所需的内部通路弯曲。

技术实现要素：

一方面，提供了一种形成具有限定在其中的内部通路的构件的方法。该方法包括形成具有与内部通路的形状对应的形状的前体芯，以及围绕前体芯的外壁形成中空结构。该方法还包括从中空结构内除去前体芯，以及将内芯设置在中空结构内，使得中空结构和内芯形成套芯。该方法还包括将套芯关于模具定位，以及将熔化状态中的构件材料引入模具的腔中，使得熔化状态中的构件材料至少部分地从腔内的套芯的一部分吸收中空结构。此外，该方法包括冷却腔中的构件材料以形成构件。内芯限定构件内的内部通路。

技术方案1.一种形成具有限定在其中的内部通路的构件的方法，所述方法包括：

形成具有与所述内部通路的形状对应的形状的前体芯；

围绕所述前体芯的外壁形成中空结构；

从所述中空结构内除去所述前体芯；

将内芯设置在所述中空结构内，使得所述中空结构和所述内芯形成套芯；

将所述套芯关于模具定位；

将熔化状态中的构件材料引入所述模具的腔中，使得所述熔化状态中的构件材料至少部分地从所述腔内的套芯的一部分吸收所述中空结构；以及

冷却所述腔中的构件材料以形成所述构件，其中所述内芯限定所述构件内的内部通路。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，围绕所述前体芯的外壁形成所述中空结构包括通过所述前体芯的外壁互补地定形所述中空结构的内部。

技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其中，将所述内芯设置在所述中空结构内包括通过所述中空结构的内部互补地定形所述内芯，使得所述内芯具有与所述内部通路的形状对应的形状。

技术方案4.根据技术方案1所述的方法，其中，形成所述前体芯包括至少部分地使用增材制造过程形成所述前体芯。

技术方案5.根据技术方案4所述的方法，其中，形成所述前体芯包括使用立体光刻过程形成所述前体芯。

技术方案6.根据技术方案4所述的方法，其中，形成所述前体芯包括使用熔丝制造过程、喷墨/粉末床过程、选择性热烧结过程和选择性激光烧结过程中的至少一者形成所述前体芯。

技术方案7.根据技术方案1所述的方法，其中，形成所述前体芯包括由光聚合物材料形成所述前体芯。

技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其中，形成所述前体芯包括由热塑性材料形成所述前体芯。

技术方案9.根据技术方案1所述的方法，其中，从所述中空结构内除去所述前体芯包括熔化所述前体芯。

技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其中，从所述中空结构内除去所述前体芯包括从所述中空结构当中加工所述前体芯。

技术方案11.根据技术方案1所述的方法，其中，从所述中空结构内除去所述前体芯包括使用化学除去过程从所述中空结构除去所述前体芯。

技术方案12.根据技术方案1所述的方法，其中，所述中空结构由第一材料形成，且围绕所述前体芯的外壁形成所述中空结构包括在镀敷过程中围绕所述外壁沉积所述第一材料。

技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其中，所述第一材料为金属材料，且围绕所述前体芯的外壁形成所述中空结构包括在金属镀敷过程中围绕所述外壁沉积所述第一材料。

技术方案14.根据技术方案13所述的方法，其中，围绕所述前体芯的外壁形成所述中空结构包括在非电解镀敷过程中围绕所述外壁沉积所述第一材料。

技术方案15.根据技术方案13所述的方法，其中，围绕所述前体芯的外壁形成所述中空结构包括在电镀过程中围绕所述外壁沉积所述第一材料。

技术方案16.根据技术方案12所述的方法，其中，围绕所述前体芯的外壁形成所述中空结构包括将多种材料以连续层从所述中空结构的内部沉积到所述中空结构的外壁。

技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其中，沉积多种材料包括：

使用非电解镀敷过程围绕所述前体芯的外壁将第一金属合金沉积为所述多个层的初始层；以及

使用电镀过程将第二金属合金沉积为所述多个层的后续层。

技术方案18.根据技术方案1所述的方法，其中，将所述内芯沉积在所述中空结构内包括：

将内芯材料作为浆料注入所述中空结构中；以及

干燥所述中空结构内的内芯材料以形成所述内芯。

技术方案19.根据技术方案1所述的方法，其中，所述内部通路包括至少一个通路壁特征，且形成所述前体芯包括形成所述前体芯的至少一个互补特征，使得所述至少一个互补特征具有与所述至少一个通路壁特征的形状互补的形状。

技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中，所述至少一个通路壁特征为从所述构件的内壁在内部延伸的凸脊，且形成所述前体芯的所述至少一个互补特征包括沿所述前体芯的外壁形成多个凹入特征。

技术方案21.根据技术方案1所述的方法，其中，形成所述前体芯包括定形所述前体芯以限定符合所述构件的几何形状的内部通路的截面形状。

技术方案22.根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法还包括从所述构件除去所述内芯以形成所述构件内的内部通路。

附图说明

图1为示例性旋转机械的示意图；

图2为用于图1中所示的旋转机械的示例性构件的示意性透视图；

图3为用于制造图2中所示的构件的示例性模具组件的示意性透视图，模具组件包括关于模具定位的套芯；

图4为沿图3中所示的线4-4截取的用于图3中所示的模具组件的示例性套芯的示意性截面图；

图5为围绕示例性前体芯形成的图3和图4中所示的套芯的示例性中空结构的示意性透视断面视图；

图6为用于图1中所示的旋转机械的另一个示例性构件的一部分的示意性透视图，该构件包括具有多个通路壁特征的内部通路；

图7为用于图3中所示的模具组件以形成具有如图6中所示的通路壁特征的构件的另一个示例性套芯的示意性透视断面视图；

图8为用于形成图7中所示的套芯的另一个示例性前体芯的示意性透视图；

图9为用于图1中所示的旋转机械的另一个示例性构件的一部分的示意性透视图，该构件包括具有仿形截面的内部通路；

图10为用于图3中所示的模具组件以形成具有图9中所示的内部通路的构件的另一个示例性套芯的示意性透视断面视图；

图11为用于形成图10中所示的套芯的另一个示例性前体芯的示意性透视图；

图12为形成具有限定在其中的内部通路的构件(诸如图2、图6和图9中所示的任何构件)的示例性方法的流程图；

图13为从图12的流程图的继续；以及

图14为从图12和图13的流程图的继续。

零件清单

10旋转机械

12进气区段

14压缩机区段

16燃烧器区段

18涡轮区段

20排气区段

22转子轴

24燃烧器

36壳

40压缩机叶片

42压缩机定子导叶

70转子叶片

72定子导叶

74压力侧

76吸力侧

78构件材料

80构件

82内部通路

84前缘

86后缘

88根部端

89轴线

90末梢端

92大致恒定距离

94大致恒定距离

96叶片长度

98通路壁特征

100内壁

102凸脊高度

104凸脊宽度

110伸长边缘

300模具

301模具组件

302内壁

304模腔

306模具材料

310套芯

312末梢部分

314末梢部分

315部分

316根部部分

318根部部分

320中空结构

322第一材料

324内芯

326内芯材料

328壁厚

330特征宽度

331互补特征

332外表面

334凹入特征

336深度

338宽度

346伸长侧

350凹槽

354缺口

360内部

380外壁

511第一端

513第二端

524前体芯

526前体材料

528外壁

531互补特征

534凹入特征

536深度

538宽度

546伸长侧

550凹槽

554缺口

566层

567层

568层

1200方法

1202形成

1204形成

1206除去

1208沉积

1210定位

1212引入

1214冷却

1216定形

1218定形

1220形成

1222形成

1224形成

1226形成

1228形成

1230熔化

1232加工

1234沉积

1236沉积

1238沉积

1240沉积

1242沉积

1244沉积

1246沉积

1248注入

1250干燥

1252形成

1254形成

1256定形。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求中，将参照多个用语，它们应当限定为具有以下意义。

单数形式"一个"、"一种"和"该"包括复数参照，除非上下文清楚地另外指出。

"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且描述包括事件发生的情况以及其不发生的情况。

如本文贯穿说明书和权利要求使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个诸如"大约"、"大概"和"大致"的用语修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。这里贯穿说明书和权利要求，可确定范围极限。这样的范围可组合和/或互换，且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。

本文所述的示例性构件和方法克服了与用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的已知组件和方法相关联的缺点中的至少一些。本文所述的实施例包括形成对应于内部通路的形状的前体芯，以及围绕前体芯形成中空结构。将前体芯从中空结构内除去，且将内芯设置在其中以形成套芯。将套芯关于模具定位，且在模具中铸造构件。熔化状态中的构件至少部分地从套芯的一部分吸收中空结构，且内芯限定构件内的内部通路。

图1为具有本公开内容的实施例可用于其的构件的示例性旋转机械10的示意图。在示例性实施例中，旋转机械10为燃气涡轮，其包括进气区段12、在进气区段12下游联接的压缩机区段14、在压缩机区段14下游联接的燃烧器区段16、在燃烧器区段16下游联接的涡轮区段18，以及在涡轮区段18下游联接的排气区段20。大体上管状的壳36至少部分地包围进气区段12、压缩机区段14、燃烧器区段16、涡轮区段18和排气区段20中的一者或多者。在备选实施例中，旋转机械10为形成有如本文所述的内部通路的构件适用于其的任何旋转机械。此外，尽管出于说明目的在旋转机械的背景下描述了本公开内容的实施例，但应当理解的是，本文所述的实施例适用于涉及适合形成有限定在其中的内部通路的构件的任何背景下。

在示例性实施例中，涡轮区段18经由转子轴22联接至压缩机区段14。应当注意的是，如本文使用的用语"联接"不限于构件之间的直接机械、电气和/或通信连接，而是还可包括多个构件之间的间接机械、电气和/或通信连接。

在燃气涡轮10的操作期间，进气区段12将空气朝压缩机区段14导送。压缩机区段14将空气压缩至较高的压力和温度。更具体而言，转子轴22将旋转能赋予到联接至压缩机区段14内的转子轴22的至少一个周向排的压缩机叶片40。在示例性实施例中，在各排压缩机叶片40之前是从壳36沿径向向内延伸的周向排的压缩机定子导叶42，其将空气流引导到压缩机叶片40中。压缩机叶片40的旋转能量增大空气的压力和温度。压缩机区段14朝燃烧器区段16排放压缩空气。

在燃烧器区段16中，压缩空气与燃料混合且点燃以生成朝涡轮区段18导送的燃烧气体。更具体而言，燃烧器区段16包括至少一个燃烧器24，其中燃料(例如，天然气和/或燃料油)喷射到空气流中，且燃料-空气混合物点燃以生成朝涡轮区段18导送的高温燃烧气体。

涡轮区段18将来自燃烧气流的热能转换成机械旋转能。更具体而言，燃烧气体将旋转能赋予到联接至涡轮区段18内的转子轴22的至少一个周向排的转子叶片70。在示例性实施例中，各排转子叶片70之前是从壳36沿径向向内延伸的周向排的涡轮定子导叶72，其将燃烧气体引导到转子叶片70中。转子轴22可联接至负载(未示出)，诸如但不限于发电机和/或机械驱动应用。排出的燃烧气体从涡轮区段18向下游流入排气区段20中。旋转机械10的构件设计为构件80。邻近燃烧气体的通路的构件80在旋转机械10的操作期间受到高温。另外地或备选地，构件80包括适合地形成有限定在其中的内部通路的任何构件。

图2为针对供旋转机械10(图1中所示)使用示出的示例性构件80的示意性透视图。构件80包括限定在其中的至少一个内部通路82。例如，冷却流体在旋转机械10的操作期间提供至内部通路82，以便于将构件80保持在热燃烧气体的温度以下。尽管仅示出了一个内部通路82，但应当理解的是，构件80包括如本文所述形成的任何适合数目的内部通路82。

构件80由构件材料78形成。在示例性实施例中，构件材料78为适合的镍基超级合金。在备选实施例中，构件材料78为钴基超级合金、铁基超级合金和钛基超级合金中的至少一者。在其它备选实施例中，构件材料78为允许构件80如本文所述那样形成的任何适合的材料。

在示例性实施例中，构件80为转子叶片70或定子导叶72中的一者。在备选实施例中，构件80为能够形成有如本文所述的内部通路的旋转机械10的另一适合的构件。在还有其它实施例中，构件80为用于适合地形成有限定在其中的内部通路的任何适合的应用的任何构件。

在示例性实施例中，转子叶片70或备选地定子导叶72包括压力侧74和相对的吸力侧76。压力侧74和吸力侧76中的每一个从前缘84延伸至相对的后缘86。此外，转子叶片70或备选地定子导叶72从根部端88延伸至相对的末梢端90以限定叶片长度96。在备选实施例中，转子叶片70或备选地定子导叶72具有能够形成有如本文所述的内部通路的任何适合的构造。

在某些实施例中，叶片长度96为至少大约25.4厘米(cm)(10英寸)。此外，在一些实施例中，叶片长度96为至少大约50.8cm(20英寸)。在特定实施例中，叶片长度96在从大约61cm(24英寸)到大约101.6cm(40英寸)的范围中。在备选实施例中，叶片长度96小于大约25.4cm(10英寸)。例如，在一些实施例中，叶片长度96在从大约2.54cm(1英寸)到大约25.4cm(10英寸)的范围中。在其它备选实施例中，叶片长度96大于大约101.6cm(40英寸)。

在示例性实施例中，内部通路82从根部端88延伸至末梢端90。在备选实施例中，内部通路82以任何适合的方式在构件80内延伸，且延伸至允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适合的程度。在某些实施例中，内部通路82是非线性的。例如，构件80形成有沿限定在根部端88与末梢端90之间的轴线89的预先限定的扭转，且内部通路82具有与轴向扭转互补的弯曲形状。在一些实施例中，内部通路82沿内部通路82的长度定位在离压力侧74大致恒定的距离94处。备选地或另外地，构件80的翼弦在根部端88与末梢端90之间渐缩，且内部通路82与渐缩部互补地非线性延伸，使得内部通路82沿内部通路82的长度定位在离后缘86大致恒定的距离92处。在备选实施例中，内部通路82具有与构件80的任何适合的轮廓互补的非线性形状。在其它备选实施例中，内部通路82是非线性的，且并非与构件80的轮廓互补。在一些实施例中，具有非线性形状的内部通路82便于满足构件80的预先选择的冷却标准。在备选实施例中，内部通路82线性地延伸。

在一些实施例中，内部通路82具有大致圆形的截面。在备选实施例中，内部通路82具有大致卵形的截面。在其它备选实施例中，内部通路82具有允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适合地定形的截面。此外，在某些实施例中，内部通路82的截面的形状沿内部通路82的长度大致恒定。在备选实施例中，内部通路82的截面的形状以允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适合的方式沿内部通路82的长度变化。

图3为用于制造构件80(图2中所示)的模具组件301的示意性透视图。模具组件301包括关于模具300定位的套芯310。图4为沿图3中所示的线4-4截取的套芯310的示意性截面。参照图2-图4，模具300的内壁302限定模腔304。内壁302限定与构件80的外部形状对应的形状，使得熔化状态中的构件材料78可引入模腔304中且冷却以形成构件80。应当记得的是，尽管示例性实施例中的构件80为转子叶片70或备选地在备选示例性中为定子导叶72，但构件80为可适合地形成有如本文所述的限定在其中的内部通路的任何构件。

套芯310关于模具300定位，使得套芯310的一部分315在模腔304内延伸。套芯310包括由第一材料322形成的中空结构320，以及设置在中空结构320内且由内芯材料236形成的内芯324。内芯324定形为限定内部通路82的形状，且定位在模腔304内的套芯310的部分315的内芯324在构件80形成时限定构件80内的内部通路82。

中空结构320包括外壁380，其大致沿内芯324的长度包围内芯324。中空结构320的内部360关于外壁380在内部定位，使得内芯324由中空结构320的内部360互补地定形。在某些实施例中，中空结构320限定大体上管状的形状。例如，但不作为限制，中空结构320实施为管，其按需要适合地以非线性形状(诸如弯曲或成角度的形状)设置以限定内芯324且因此内部通路82的选择的非线性形状。在备选实施例中，中空结构320限定允许内芯324限定如本文描述的内部通路82的形状的任何适合的形状。

在示例性实施例中，中空结构320具有小于内芯324的特征宽度330的壁厚328。特征宽度330在其中限定为具有与内芯324相同的截面面积的圆的直径。在备选实施例中，中空结构320具有并非小于特征宽度330的壁厚328。内芯324的截面的形状在图3和图4中的示例性实施例中为圆形。备选地，内芯324的截面的形状对应于允许内部通路82如本文所述起作用的内部通路82的截面的任何适合的形状。

模具300由模具材料306形成。在示例性实施例中，模具材料306为选择成经得起与用于形成构件80的构件材料78的熔化状态相关联的高温环境的耐火陶瓷材料。在备选实施例中，模具材料306为允许构件80如本文所述形成的任何适合的材料。此外，在示例性实施例中，模具300由适合的熔模铸造过程形成。例如，但不作为限制，适合的模型材料(诸如蜡)注入适合的型模中以形成构件80的模型(未示出)，模型重复地浸入模具材料306的浆料中，其容许硬化以产生模具材料306的外壳，且外壳脱蜡且烧制以形成模具300。在备选实施例中，模具300由允许模具300如本文所述起作用的任何适合的方法形成。

在某些实施例中，套芯310相对于模具300固定，使得套芯310在形成构件80的过程期间相对于模具300保持固定。例如，套芯310固定，使得套芯310的位置在熔化的构件材料78引入套芯310周围的模腔304期间不会移位。在一些实施例中，套芯310直接地联接至模具300。例如，在示例性实施例中，套芯310的末梢部分312刚性地包围在模具300的末梢部分314中。另外地或备选地，套芯310的根部部分316刚性地包围在与末梢部分314相对的模具300的根部部分318中。例如，但不作为限制，模具300由上文所述的熔模铸造形成，且套芯310牢固地联接至适合的型模，使得末梢部分312和根部部分316延伸到型模外，同时部分315在模具的腔内延伸。模型材料在套芯310周围注入模具中，使得部分315在模型内延伸。熔模铸造引起模具300包围末梢部分312和/或根部部分316。另外地或备选地，套芯310以允许套芯310相对于模具300的位置在形成构件80的过程期间保持固定的任何其它适合的方式相对于模具300固定。

第一材料322选择成可由熔化的构件材料78至少部分地吸收。在某些实施例中，构件材料78为合金，且第一材料322为合金的至少一种组成材料。此外，在一些实施例中，如本文将描述的那样，第一材料322包括以连续层设置在内部360与外壁380之间的多种材料。

例如，在示例性实施例中，构件材料78为镍基超级合金，且第一材料322大致为镍，使得在熔化状态中的构件材料78引入模腔304中时，第一材料322大致由构件材料78吸收。在备选实施例中，构件材料78为任何适合的合金，且第一材料322为可至少部分地由熔化的合金吸收的至少一种材料。例如，构件材料78为钴基超级合金，且第一材料322大致为钴。对于另一个示例，构件材料78为铁基超级合金，且第一材料322大致为铁。对于另一个示例，构件材料78为钛基超级合金，且第一材料322大致为钛。

在某些实施例中，壁厚328足够薄，使得在熔化状态中的构件材料78引入模腔304中时，套芯310的部分315(即，在模腔304内延伸的部分)的第一材料322大致由构件材料78吸收。例如，在一些这样的实施例中，第一材料322大致由构件材料78吸收，使得在构件材料78冷却之后无离散的边界由构件材料78描绘中空结构320。此外，在一些这样的实施例中，第一材料322大致被吸收，使得在构件材料78冷却之后，第一材料322在构件材料78内大致均匀地分布。例如，接近内芯324的第一材料322的浓度并非可探测地高于构件80内的其它位置处的第一材料322的浓度。例如而不带有限制性，第一材料322为镍，且构件材料78为镍基超级合金，且在构件材料78冷却之后，没有可探测到的较高镍浓度留在内芯324附近，导致了贯穿形成的构件80的镍基超级合金的大致均匀的镍的分布。

在备选实施例中，壁厚328选择成使得第一材料322并非大致由构件材料78吸收。例如，在一些实施例中，在构件材料78冷却之后，第一材料322并非大致均匀地分布在构件材料78内。例如，接近内芯324的第一材料322的浓度可探测地高于构件80内的其它位置处的第一材料322的浓度。在一些这样的实施例中，第一材料322部分地由构件材料78吸收，使得在构件材料78冷却之后，离散的边界由构件材料78描绘中空结构320。此外，在一些这样的实施例中，第一材料322由构件材料78部分地吸收，使得接近内芯324的中空结构320的至少一部分在构件材料78冷却之后保持完好。

例如，在某些实施例中，诸如但不限于其中构件80为转子叶片70的实施例，内芯324的特征宽度330在从大约0.050cm(0.020英寸)到大约1.016cm(0.400英寸)的范围中，且中空结构320的壁厚328选择成在从大约0.013cm(0.005英寸)到大约0.254(0.100英寸)的范围内。更具体而言，在一些这样的实施例中，特征宽度330在从大约0.102cm(0.040英寸)到大约0.508cm(0.200英寸)的范围内，且壁厚328选择成在从大约0.013cm(0.005英寸)到大约0.038cm(0.015英寸)的范围内。对于另一个示例，在一些实施例中，诸如但不限于其中构件80为静止构件(诸如但不限于定子导叶72)的实施例，内芯324的特征宽度330大于大约1.016cm(0.400英寸)，且/或壁厚328选择成大于大约0.254cm(0.100英寸)。在备选实施例中，特征宽度330为允许所得的内部通路82执行其预期功能的任何适合的值，且壁厚328选择成允许套芯310如本文所述起作用的任何适合的值。

在示例性实施例中，内芯材料326为选择成经得起与用于形成构件80的构件材料78的熔化状态相关联的高温环境的耐火陶瓷材料。例如，但不带有限制性，内芯材料326包括二氧化硅、氧化铝和多铝红柱石中的至少一者。此外，在示例性实施例中，内芯材料326选择性地从构件80除去以形成内部通路82。例如但不作为限制，内芯材料326通过大致不会使构件材料78退化的适合的过程从构件80除去，诸如但不限于适合的化学浸出过程。在某些实施例中，内芯材料326基于与构件材料78的相容性和/或从构件材料78的可除去性来选择。在备选实施例中，内芯材料326为允许构件80如本文所述形成的任何适合的材料。

图5为围绕示例性前体芯524形成的中空结构320的示意性透视断面视图。前体芯524由前体材料526形成。参照图2-图5，前体芯524具有与内部通路82的形状对应的形状。中空结构320围绕前体芯524的外壁528形成，使得中空结构320的内部360由外壁528互补地定形。尽管中空结构320在断面视图中示为仅在前体芯524的一部分上延伸，但在示例性实施例中，中空结构320在限定内部通路82的前体芯524的一部分的大致全部上延伸。在中空结构320围绕外壁528形成之后，前体芯524从中空结构320内除去，且内芯324设置在中空结构320内以形成套芯310。如上文所述，内芯324由内部360互补地定形，使得内芯324还具有与内部通路82的形状对应的形状，使得定位在模腔304内的套芯310的部分315的内芯324限定构件80内的内部通路82的位置。

在一些实施例中，前体芯524至少部分地使用适合的增材制造过程形成，且前体材料526选择成便于前体芯524的增材制造。例如，前体芯524的计算机设计模型在前体芯524的第一端511与第二端513之间分成一系列薄的平行平面。计算机数字控制(cnc)机器根据模型切片从第一端511到第二端513沉积前体材料526的连续层以形成前体芯524。三个这样代表性的层表示为层566、567和568。在一些这样的实施例中，前体材料526选择成光聚合物，且前体材料526的连续层使用立体光刻过程来沉积。备选地，前体材料526选择成热塑性的，且前体材料526的连续层使用熔丝制造过程、喷墨/粉末床过程、选择性热烧结过程和选择性激光烧结过程中的至少一者来沉积。另外地或备选地，前体材料526选择成任何适合的材料，且前体材料526的连续层使用允许前体芯524如本文所述那样形成的任何适合的过程沉积。

在某些实施例中，通过增材制造过程的前体芯524的形成允许前体芯524形成带有由其它方法不可实现的非线性、结构复杂性、精度和/或可重复性。因此，通过增材制造过程的前体芯524的形成允许了中空结构320的内部360、内芯324且因此非线性内部通路82形成带有对应提高的非线性、结构复杂性、精度和/或可重复性的互补形成。另外地或备选地，使用增材制造过程的前体芯524的形成允许了内部通路82的形成，如上文论述的那样，在构件80在模具300中的初始形成之后其不可在单独的过程中可靠地加至构件80。此外，在一些实施例中，相比于使用金属第一材料322通过增材制造直接形成中空结构，使用光聚合物或热塑性塑料的前体材料526通过增材制造过程形成前体芯524降低了制造中空结构320所需的时间和/或成本。

在备选实施例中，前体芯524以允许中空结构320围绕如本文所述的外壁528形成的任何适合的方式形成。

在某些实施例中，前体材料526进一步选择成便于从中空结构320内除去前体芯524。在一些这样的实施例中，前体材料526选择成具有低于第一材料322的熔点的熔点。例如，围绕前体芯524形成的中空结构320的温度升高到高于前体材料526的熔点，使得前体芯524熔化且排出中空结构320。另外地或备选地，前体材料526选择成相比第一材料322较软的材料，且前体芯524从中空结构320当中加工。例如，机械除根装置迂回进入中空结构320中以破碎和/或移走前体材料526以便于除去前体芯524。另外地或备选地，前体材料526选择成与化学除去过程相容，且前体芯524使用适合的溶剂从中空结构320除去。

在备选实施例中，前体材料526为允许前体芯524以任何适合的方式从中空结构320内除去的任何适合的材料。

在一些实施例中，中空结构320通过镀敷过程围绕前体芯524的外壁528形成，使得第一材料322围绕外壁528沉积，直到实现中空结构320的选择的壁厚328。例如，第一材料322为金属，且在适合的金属镀敷过程中围绕外壁528沉积。在一些这样的实施例中，第一材料322在非电解镀敷过程中围绕外壁528沉积。另外地或备选地，第一材料322在电镀过程中围绕外壁528沉积。在备选实施例中，第一材料322为任何适合的材料，且中空结构320通过允许中空结构320如本文所述起作用的任何适合的镀敷过程围绕前体芯524的外壁528形成。

在某些实施例中，第一材料322包括以连续层设置在内部360与外壁380之间的多种材料。例如，前体材料526为热塑性塑料，第一材料322的初始层为选择成便于围绕外壁528非电解镀敷沉积到前体材料526上的第一金属合金，且第一材料322的后续层为选择成便于电镀到第一材料322的前一层上的第二金属合金。在一些这样的实施例中，第一金属合金和第二金属合金均为镍合金。在其它实施例中，前体材料526为任何适合的材料，第一材料322为任何适合的多种材料，且中空结构320通过允许中空结构320如本文所述起作用的任何适合的过程围绕前体芯524的外壁528形成。

如上文所述，在中空结构320形成之后，前体芯524从中空结构320除去。在一些实施例中，套芯310通过向中空结构320填充内芯材料326来形成。例如，但不作为限制，内芯材料326作为浆料注入中空结构320中，且内芯材料326在中空结构320内干燥以形成套芯310内的内芯324。此外，在某些实施例中，中空结构320大致在结构上增强内芯324，因此减少了一些实施例中的将与形成构件80的未增强的内芯324的生产、处理和使用相关联的潜在问题。例如，在某些实施例中，内芯324是受到破裂、开裂和/或其它破坏的相对高风险的相对脆的陶瓷材料。因此，在一些这样的实施例中，相比于使用无护套的内芯324，形成和运输套芯310对内芯324呈现出低得多的破坏风险。类似地，在一些这样的实施例中，围绕将用于模具300的熔模铸造的套芯310形成适合的模型，诸如通过将蜡模型材料围绕套芯310注入型模中，相比于使用无护套的内芯324，呈现出对内芯324的低得多的破坏风险。因此，在某些实施例中，相比于使用无护套的内芯324而非套芯310执行的情况的相同步骤，使用套芯310呈现出低得多的失效风险以产生具有限定在其中的内部通路82的可接受的构件80。因此，套芯310便于获得与使内芯324关于模具300定位以限定内部通路82相关联的优点，同时减少或消除与内芯324相关联的易碎性问题。

图6为包括具有多个通路壁特征98的内部通路82的另一个示例性构件80的一部分的示意性透视图。例如，但不作为限制，通路壁特征98为湍流器，其改善旋转机械10的操作期间提供至内部通路82的冷却流体的热传递能力。图7为用于模具组件301中以形成具有如图6中所示的通路壁特征98的构件80的另一个示例性套芯310的示意性透视断面视图。具体而言，中空结构320的一部分在图7的视图中切开以示出内芯324的特征。图8为用于形成图7中所示的套芯310的另一个示例性前体芯524的示意性透视图。

参照图6-图8，如上文所论述，内芯324的形状限定内部通路82的形状。在某些实施例中，内芯324由中空结构320的内部360互补地定形，使得内芯324限定包括限定在其中的至少一个通路壁特征98的内部通路82。例如，内芯324由内部360互补地定形以包括至少一个互补特征331，且该至少一个互补特征331具有与至少一个通路壁特征98的形状互补的形状。因此，当熔化的构件材料78引入包绕套芯310的模腔304(图3中所示)且第一材料322吸收到熔化的构件材料78中时，熔化状态中的构件材料78相对于至少一个互补特征331联接以形成该至少一个通路壁特征98。另外地或备选地，在某种程度上，内芯324附近的中空结构320的内部360的一部分在熔化的构件材料78引入模腔304中且冷却之后保持完好，相对于该至少一个互补特征331联接的内部360的完好部分限定该至少一个通路壁特征98。

例如，在所示实施例中，该至少一个互补特征331为限定在内芯324的外表面332中的多个凹入特征334。各个凹入特征334均具有与对应的通路壁特征98的形状互补的形状，使得当熔化的构件材料78引入模腔304中且第一材料322吸收到熔化的构件材料78中时，熔化的构件材料78填充该多个凹入特征334。凹入特征334内的冷却的构件材料78在除去内芯324(诸如但不限于通过使用化学浸出过程)之后形成多个通路壁特征98。例如，各个凹入特征334为限定有深度336和宽度338的凹槽350，且各个对应的通路壁特征98形成为从内壁100在内部延伸的凸脊，其中凸脊高度102大致等于深度336，且凸脊宽度104大致等于宽度338。因此，外表面332限定内壁100的总体形状，且内芯324的互补特征331限定内部通路82的通路壁特征98的形状。

在示例性实施例中，前体芯524用于形成中空结构320。更具体而言，在示例性实施例中，中空结构320通过适合的镀敷过程围绕前体芯524形成，使得第一材料322围绕外壁528沉积，直到实现中空结构320的选择的壁厚328，如上文所述的那样。在备选实施例中，中空结构320以允许中空结构320如本文所述起作用的任何适合的方式围绕前体芯524形成。

前体芯524又具有与内部通路82的形状对应的形状。更具体而言，前体芯524包括至少一个互补特征531，其具有与至少一个通路壁特征98的形状互补的形状。例如，在示例性实施例中，该至少一个互补特征531为沿前体芯524的外壁528限定的多个凹入特征534。各个凹入特征534均具有与对应的通路壁特征98的形状互补的形状，使得当中空结构围绕外壁528形成时，中空结构320的内部360符合该至少一个互补特征531，即，符合示例性实施例中的多个凹入特征534。继而，在前体芯524从中空结构320内除去且内芯324设置在中空结构320内以形成套芯310之后，中空结构320的内部360定形内芯324的凹入特征334，如上文所述的那样。例如，各个凹入特征534为限定有与内芯324的凹槽350的深度336和宽度338对应的深度536和宽度538的凹槽550。

在一些实施例中，如上文所述，前体芯524至少部分地使用适合的增材制造过程形成，且前体材料526又选择成便于前体芯524的增材制造。另外地或备选地，前体材料526选择成任何适合的材料，且前体材料526的连续层使用允许前体芯524如本文所述那样形成的任何适合的过程沉积。在某些实施例中，通过增材制造过程形成前体芯524允许中空结构320的内部360且因此内部通路82的通路壁特征98形成带有不可通过其它方法实现的结构复杂性、精度和/或可重复性。因此，通过增材制造过程形成前体芯524允许了中空结构320的内部360、内芯324且因此通路壁特征98带有对应提高的结构复杂性、精度和/或可重复性的互补形成。另外地或备选地，使用增材制造过程的前体芯524的形成允许了在模具300中的构件80的初始形成之后不可在单独的过程中可靠地加至内部通路82的通路壁特征98的形成，如上文所论述的那样。此外，在一些实施例中，相比于使用金属第一材料322通过增材制造直接形成中空结构，使用光聚合物或热塑性塑料的前体材料526通过增材制造过程形成前体芯524降低了制造中空结构320所需的时间和/或成本。

在备选实施例中，前体芯524以允许中空结构320围绕如本文所述的外壁528形成的任何适合的方式形成。

此外，在某些实施例中，如上文所述，前体材料526进一步选择成便于从中空结构320内除去前体芯524。

在一些实施例中，通过前体芯524定形中空结构320的内部360以在模具300中形成构件80期间限定通路壁特征98允许了不可使用其它方法一致且可靠地形成的沿内部通路82的位置的通路壁特征98的形成。例如，内芯材料326是相对脆的陶瓷材料，且独立地定形类似的但无护套的内芯324来限定互补特征331增加了使内芯324开裂或破裂的风险。对于具有较大长度与直径(l/d)比和/或大致非线性形状的无护套的内芯324的风险进一步增大。对于另一个示例，在随后的单独过程中(即，在构件80形成之后)沿内部通路82的长度加入通路壁特征98相对难以带有可重复性和精度实现，且特别是对于具有大的长度与直径(l/d)比和/或大致非线性形状的内部通路82是如此。

尽管所示实施例示出了仅限定为沿前体芯524的外壁528的凹槽550的凹入特征534且因此仅限定为内芯324的外表面332中的凹槽350的凹入特征334，以限定通路壁特征98的形状，但在备选实施例中，互补特征531且因此互补特征331的其它形状用于限定通路壁特征98的形状。例如，但不作为限制，在某些实施例(未示出)中，至少一个凹入特征534沿前体芯524至少部分地纵向地和/或倾斜地延伸，形成沿内芯324至少部分地纵向地和/或倾斜地延伸的至少一个凹入特征334。对于另一个示例，但不作为限制，在一些实施例(未示出)中，至少一个凹入特征534为限定在外壁528中的凹座，以限定具有支柱形状的对应的通路壁特征98。对于另一个示例，但不作为限制，在一些实施例(未示出)中，至少一个互补特征531为支柱或限定在外壁528上的其它凸起，以将对应的通路壁特征98限定为凹座或其它凹入形状。在备选实施例中，外壁528的任何适合的形状用于限定允许内部通路82起作用为其预期目的的通路壁特征98的对应形状。此外，尽管所示实施例将前体芯524且因此内芯324示为分别具有大致相同重复形状的互补特征531和331，但应当理解的是，前体芯524具有允许前体芯524和内芯324如本文所述起作用的不同地定形的互补特征531的任何适合的组合。

此外，尽管所示实施例示出了定形成限定具有大体上圆形截面的内部通路82的前体芯524和内芯324，但在备选实施例中，前体芯524且因此内芯324定形成限定具有允许内部通路82起作用为其预期目的的任何适合地定形的截面的内部通路82。具体而言，但不作为限制，使用前体芯524形成套芯310便于形成带有内部通路82的构件80，内部通路82具有符合构件80的几何形状的仿形截面形状。此外，尽管所示实施例将前体芯524且因此内芯324示为具有沿其相应长度的截面的大体上恒定的形状，但应当理解的是，前体芯524和内芯324具有允许前体芯524和内芯324如本文所述起作用的沿其长度在截面的形状上任何适合的变化。

例如，图9为包括具有仿形截面的内部通路82的另一个示例性构件80的一部分的示意性透视图。图10为用于模具组件301以形成具有如图9中所示的内部通路82的另一个示例性套芯310的示意性透视断面视图。具体而言，中空结构320的一部分在图10的视图中切开以示出内芯324的特征。图11为可用于形成图10中所示的中空结构320的另一个示例性前体芯524的示意性透视图。

参照图9-图11，在示例性实施例中，构件80为转子叶片70和定子导叶72中的一者，且内部通路82限定接近后缘86的构件80中。更具体而言，内部通路82由构件80的内壁100限定以具有对应于后缘86的渐缩几何形状的仿形截面圆周。通路壁特征98沿内部通路82的相对的伸长边缘110限定以作用为湍流器，且从内壁100朝内部通路82的中心向内延伸。尽管通路壁特征98示为分别横穿内部通路82的轴向方向的伸长凸脊的重复模式，但应当理解的是，在备选实施例中，通路壁特征98具有允许内部通路82起作用为其预期目的的任何适合的形状、定向和/或模式。

如上文所论述，外表面332的形状和内芯324的凹入特征334限定内壁100的形状和内部通路82的通路壁特征98。更具体而言，内芯324具有对应于内部通路82的仿形截面的伸长渐缩截面。在示例性实施例中，至少一个互补特征331为限定为外表面332的相对伸长侧346中的伸长缺口354的多个凹入特征334，且各个缺口354具有与通路壁特征98的形状互补的形状，如上文所述的那样。

在示例性实施例中，中空结构320又通过适合的镀敷过程围绕前体芯524形成，使得第一材料322围绕外壁528沉积，直到如上文所述那样实现中空结构320的选择的壁厚328。在备选实施例中，中空结构320以允许中空结构320如本文所述起作用的任何适合的方式围绕前体芯524形成。

前体芯524又具有与内部通路82的形状对应的形状。更具体而言，前体芯524具有对应于内部通路82的仿形截面的伸长渐缩截面。在示例性实施例中，至少一个互补特征531为限定为外壁528的相对的伸长侧546中的伸长缺口554的多个凹入特征534，且各个缺口554具有与通路壁特征98的形状互补的形状，如上文所述的那样。因此，当中空结构围绕外壁528形成时，中空结构320的内部360符合多个凹入特征534。继而，在前体芯524从中空结构320内除去且内芯324设置在中空结构320内以形成套芯310之后，中空结构320的内部360定形外表面332的相对的伸长侧346，且将内芯324的凹入特征334定形为伸长缺口354，如上文所述的那样。

在一些实施例中，如上文所述，前体芯524至少部分地使用适合的增材制造过程形成，且前体材料526又选择成便于前体芯524的增材制造。另外地或备选地，前体材料526选择成任何适合的材料，且前体材料526的连续层使用允许前体芯524如本文所述那样形成的任何适合的过程沉积。在某些实施例中，通过增材制造过程形成前体芯524允许中空结构320的内部360且因此内部通路82的截面形状和通路壁特征98以不可通过其它方法实现的结构复杂性、精度和/或可重复性形成。另外地或备选地，使用增材制造过程的前体芯524的形成允许了在模具300中的构件80的初始形成之后不可在单独的过程中可靠地加至内部通路82的截面形状和通路壁特征98的形成，如上文所论述的那样。此外，在一些实施例中，相比于使用金属第一材料322通过增材制造直接形成中空结构320，使用光聚合物或热塑性塑料的前体材料526通过增材制造过程形成前体芯524降低了制造中空结构320所需的时间和/或成本。

在备选实施例中，如本文所述，前体芯524以允许中空结构320围绕外壁528形成的任何适合的方式形成。

此外，在某些实施例中，如上文所述，前体材料526进一步选择成便于从中空结构320内除去前体芯524。

在备选实施例中，构件80具有任何适合的几何形状，且前体芯524定形为形成具有适合地对应于构件80的几何形状的任何适合形状的内部通路82。

图12-图14中的流程图中示出了形成具有限定在其中的内部通路(诸如内部通路82)的构件(诸如构件80)的示例性方法1200。还参照图1-图11，示例性方法1200包括形成1202前体芯，诸如前体芯524，其具有与内部通路的形状对应的形状。方法1200还包括围绕前体芯的外壁(诸如外壁528)形成1204中空结构(诸如中空结构320)。方法1200还包括从中空结构内除去1206前体芯，以及将内芯(诸如内芯324)沉积1208在中空结构内，使得中空结构和内芯形成套芯(诸如套芯310)。此外，方法1200包括将套芯关于模具(诸如模具300)定位1210，以及将熔化状态中的构件材料(诸如构件材料78)引入1212模腔(诸如模腔304)中，使得熔化状态中的构件材料从腔内的套芯的一部分至少部分地吸收中空结构。方法1200还包括冷却1214腔中的构件材料以形成构件。内芯限定构件内的内部通路。

在一些实施例中，围绕前体芯的外壁形成1204中空结构的步骤包括通过前体芯的外壁互补地定形1216中空结构的内部，诸如内部360。

在一些实施例中，将内芯设置1208在中空结构内的步骤包括通过中空结构的内部(诸如内部360)互补地定形1218内芯，使得内芯具有与内部通路的形状对应的形状。

在某些实施例中，形成1202前体芯的步骤包括至少部分地使用增材制造过程形成1220前体芯。在一些这样的实施例中，形成1204前体芯的步骤包括使用立体光刻过程形成1222前体芯。另外地或备选地，在一些这样的实施例中，形成1202前体芯的步骤包括使用熔丝制造过程、喷墨/粉末床过程、选择性热烧结过程和选择性激光烧结过程来形成1224前体芯。

在一些实施例中，形成1202前体芯的步骤包括由光聚合物材料形成1226前体芯。另外地或备选地，形成1202前体芯的步骤包括由热塑性材料形成1228前体芯。

在某些实施例中，从中空结构内除去1206前体芯的步骤包括熔化1230前体芯。另外地或备选地，从中空结构内除去1206前体芯的步骤包括从中空结构当中加工1232前体芯。另外地或备选地，从中空结构内除去1206前体芯的步骤包括使用化学除去过程从中空结构除去1258前体芯。

在一些实施例中，中空结构由第一材料(诸如第一材料322)形成，且围绕前体芯的外壁形成1204中空结构的步骤包括在镀敷过程中围绕外壁沉积1234第一材料。在一些这样的实施例中，第一材料为金属材料，且围绕前体芯的外壁形成1204中空结构的步骤包括在金属镀敷过程中围绕外壁沉积1236第一材料。此外，在一些这样的实施例中，围绕前体芯的外壁形成1204中空结构的步骤包括在非电解镀敷过程中围绕外壁沉积1238第一材料。另外地或备选地，在一些这样的实施例中，围绕前体芯的外壁形成1204中空结构的步骤包括在电镀过程中围绕外壁沉积1240第一材料。此外，在一些这样的实施例中，围绕前体芯的外壁形成1204中空结构的步骤包括将多种材料以连续层从中空结构的内部(诸如内部360)沉积1242至中空结构的外壁(诸如外壁380)。在一些这样的实施例中，沉积1242多种材料的步骤包括使用非电解镀敷过程围绕前体芯的外壁沉积1244第一金属合金来作为多个层的初始层，以及使用电镀过程将第二金属合金沉积1246为多个层的后续层。

在某些实施例中，在中空结构内沉积1208内芯的步骤包括将内芯材料(诸如内芯材料326)作为浆料注入1248中空结构中，且干燥1250中空结构内的内芯材料以形成内芯。

在一些实施例中，内部通路包括至少一个通路壁特征，诸如通路壁特征98，且形成1202前体芯的步骤包括形成1252前体芯的至少一个互补特征，诸如互补特征531，使得该至少一个互补特征具有与该至少一个通路壁特征的形状互补的形状。在一些这样的实施例中，该至少一个通路壁特征为从构件的内壁(诸如内壁100)在内部延伸的凸脊，且形成1252前体芯的该至少一个互补特征的步骤包括沿前体芯的外壁形成1254多个凹入特征，诸如凹入特征534。

在某些实施例中，形成1202前体芯的步骤包括定形1256前体芯以限定符合构件的几何形状的内部通路的截面形状。

在某些实施例中，方法1200还包括从构件除去1260内芯以形成构件内的内部通路。

上述套芯提供形成用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的套芯的成本效益合算的方法，尤其但不限于具有非线性和/或复杂形状的内部通路，因此减少或消除了与芯相关联的易碎性问题。具体而言，套芯包括中空结构和设置在其中的内芯。中空芯围绕前体芯的外壁形成，前体芯具有与内部通路的形状对应的形状。套芯定位在模腔内以限定构件内的内部通路的位置。中空结构向内芯提供结构增强，允许芯的可靠处理和使用，芯例如但不限于比用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的常规芯更长、更重、更薄和/或更复杂。在一些实施例中，前体芯由允许相对快且廉价的制造的材料形成，诸如通过增材制造过程，且导致了围绕前体芯形成的中空结构的改善的结构复杂性、精度和/或可重复性。在某些实施例中，中空结构通过金属镀敷过程围绕前体芯形成。

此外，由本文所述的前体芯形成套芯提供了成本效益合算且高效的方法来整体结合形成限定内部通路的壁上的多种通路壁特征中的任一者。具体而言，预先定形前体芯来互补地限定中空结构且因此限定内芯的外表面的能力便于例如将湍流器限定特征加至内芯的外表面，而不机械地操纵中空结构或内芯，因此避免了开裂或其它破坏的风险。

本文所述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下至少一者：(a)减少或消除了与用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的芯的形成、处理、运输和/或储存相关联的易碎性问题；(b)允许了使用相比于用于形成构件的内部通路的常规芯更长、更重、更薄和/或更复杂的芯；以及(c)减少或消除了与将特征加至互补地限定构件中的通路壁特征的芯的外表面相关联的易碎性问题。

上文详细描述了由前体芯形成的套芯的示例性实施例。前体芯和由此形成的套芯以及使用此前体芯和由此形成的套芯的方法和系统不限于本文所述的特定实施例，相反，系统的构件和/或方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立地且分开地使用。例如，示例性实施例可结合目前构造成在模具组件内使用芯的许多其它应用来实施和使用。

尽管本公开内容的各种实施例的特定特征可在一些图中示出且在其它图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开内容的原理，图的任何特征可与任何其它图的任何特征组合来参照和/或请求保护。

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