用于铸造的高温工程刚度芯-壳模具的制作方法

本公开内容主要涉及用于铸造的高温工程刚度芯-壳模具部件及使用这些部件的工艺。根据本发明制造的芯-壳模具使用结构支承件来适应经由增材工艺制作的陶瓷件。高温结构支承件可在铸造过程的液态金属倾倒阶段期间使用来改善铸造冷却速率。因此，芯-壳模具提供铸造操作中的有用性质，如，用于制作用于喷气飞行器发动机或发电涡轮部件的涡轮叶片和定子轮叶的超合金的铸造中。

背景技术：

燃气涡轮发动机通常包括至少一个压缩机来加压将导入燃烧器的空气。发动机可包括至少一个燃烧器，其中导入的加压空气的至少一部分与燃料混合且被点燃。来自压缩机的热气体通过至少一个涡轮区段流向下游。每个涡轮区段具有旋转叶片，所述旋转叶片围绕轴线旋转且含于发动机壳体内。一个或多个涡轮区段可对压缩机、风扇、轴中的任一个供能，且/或可通过膨胀穿过喷嘴来提供推力。

由于高温和较大温度波动以及因在涡轮正常操作期间经历的高转速所致的力，涡轮部分中的涡轮叶片和/或定子轮叶必须能够耐受热应力。随着涡轮压力比和效率增大，高压和低压涡轮部分所暴露于的热应力也增大。因此，结合由耐高温材料制造涡轮部件(例如涡轮叶片和定子轮叶)，有效冷却涡轮叶片、定子轮叶和其它部件已变得越来越重要和具有挑战性。为了抵抗对涡轮区段的热辐射和对流，在过去已使用若干除热技术；一般使用流体冷却以延长涡轮部件的寿命。此外，小型冷却孔以优化角度钻穿叶片以移除热且在涡轮叶片和定子轮叶的每个翼型件表面的表面上提供热障。还在涡轮和/或定子轮叶内形成通道以提供每个翼型件表面的对流冷却。

增大涡轮发动机内的冷却效率的需要已使涡轮部件内的内部冷却通道复杂化。用于制造发动机零件和部件的常规技术涉及熔模铸造或失蜡铸造工艺。熔模铸造的一个实例涉及制造用在燃气涡轮发动机中的典型叶片。涡轮叶片和/或定子轮叶通常包括中空翼型件，其具有沿着叶片的跨距延伸的径向沟槽，所述沟槽具有至少一个或多个入口以用于在发动机的操作期间接收加压冷却空气。叶片中的各种冷却通道通常包括安置在翼型件中部在前缘与后缘之间的蜿蜒沟槽。翼型件通常包括延伸穿过叶片以用于接收加压冷却空气的入口，所述入口包括局部特征，例如短的扰流肋条或销(shortturbulatorribsorpins)以用于增大翼型件的受热侧壁与内部冷却空气之间的热传递。

通常由高强度超合金金属材料制造这些涡轮叶片会涉及如图1到4中所示的许多步骤。如图1中所示，使用传统熔模铸造法形成铸造部件通常包括以下步骤：加工用于外部蜡结构和用于陶瓷芯的冲模101；模制和烧焙陶瓷芯102；模制具有陶瓷芯的蜡模103；蜡组件制备104；将蜡组件浸渍于陶瓷浆料中105；使陶瓷浆料干燥以提供壳106；使壳脱蜡107；铸造和沥出108；以及钻冷却孔109。

在上述工艺中，制造精密陶瓷芯200以符合涡轮叶片内部所要的蛇形冷却通道。还形成精密冲模或模具，其限定涡轮叶片的精密3d外部表面，包括其翼型件、平台和整体楔形榫。陶瓷芯200组装在两个冲模半部内部，所述两个冲模半部在其间形成限定叶片的所得金属部分的空间或空隙。相对刚性的蜡和/或塑料注入到组装的冲模中以填充所述空隙且包围陶瓷芯200，陶瓷芯200在此处封装在蜡内。将两个冲模半部分开且移除以暴露并移出具有由模制蜡形成的所要叶片211的精密配置的刚性蜡和/或塑料。具有封装陶瓷芯200的模制蜡叶片211接着附接到蜡树结构212。蜡树结构212由固体石蜡或刚性比用于形成模制蜡叶片211的蜡低的任何蜡形成。由于蜡树212的蜡最终将限定熔融金属进入陶瓷模具的流动路径，因此用于形成树结构212的蜡的外表面的尺寸精度不大重要。因此，比起所要蜡叶片的精密模制蜡叶片211，较软蜡一般用于形成蜡树212的个别路径。蜡叶片211需要销205来将芯保持在适当位置。树结构212可包括用于添加熔融金属到模具的漏斗形部分214。如图2到4中所示，树结构212还包括在铸造操作中用于过滤熔融金属的陶瓷过滤器213。

在形成蜡树结构的蜡注入和蜡通路212连接之后，整个蜡树结构212、陶瓷过滤器213和蜡涡轮叶片211接着利用陶瓷材料涂布以形成如图3中所示的陶瓷壳206、204。接着，蜡融化且从陶瓷壳206移除，从而在陶瓷壳206与内部陶瓷芯200之间留下对应的空隙或空间201、207。此外，一旦蜡树结构212融化，陶瓷壳204就限定与空隙或空间201、207流体连通的流动路径。在移除蜡之后，陶瓷芯通过销205保持在适当位置。如图4中所示，熔融超合金金属208接着通过由陶瓷壳204的一部分限定的流动路径浇注到壳206中。熔融超合金可包括以下中的任一种：不锈钢、铝、钛、inconel625、inconel718、inconel188、钴铬、镍以及其它金属材料或任何合金，例如镍(ni)超合金和/或ni超合金单晶合金。举例来说，上述合金可包括以下商标名的材料：hayneshaynessuperalloyinconel625^tm、625、625、625、6020、inconel188，以及具有利于使用上文所提到的技术形成部件的材料特性的任何其它材料。熔融超合金金属208填充空隙201、207且封装含于壳206中的陶瓷芯200。使熔融金属208冷却且固化，且接着适当地移除外部陶瓷壳206和内部陶瓷芯202，从而保留其中存在内部冷却通道的所要金属涡轮叶片。为了提供路径以用于通过沥出工艺移除陶瓷芯材料，可提供滚珠斜槽(未示出)和尖端销(未示出)。总的来说，在沥出工艺之后，涡轮叶片内的滚珠斜槽和尖端销孔随后必须钎焊关闭。

铸造涡轮叶片208通常进行额外的铸造后修改，例如视需要贯穿翼型件侧壁钻出合适行的薄膜冷却孔以用于提供内部导入的冷却空气的出口，所述冷却空气接着在燃气涡轮发动机中的操作期间在翼型件的外部表面上形成防护冷却空气膜或层(一般称为薄膜冷却)。在涡轮叶片从陶瓷模具移出之后，保持陶瓷芯200的销205形成稍后会钎焊关闭的通路以提供穿过铸造涡轮叶片的内部空隙的所要空气路径。然而，这些铸造后修改是有限的，且在涡轮发动机的复杂性不断增大以及涡轮叶片内部某些冷却回路所提供的公认效率改进的情况下，需要更为错综复杂的内部几何结构。虽然熔模铸造法能够制造这些零部件，但使用这些常规制造工艺进行制造使得位置精确度和错综复杂的内部几何结构变得更复杂，且因此显著增加制造时间和费用。因此，需要为具有错综复杂的内部空隙和冷却回路的三维部件提供一种改进的铸造方法。

增材制造技术和3d打印允许在没有与减材制造相关联的工具路径和/或模制限制的情况下制造模具。举例来说，转让给劳斯莱斯公司(rolls-roycecorporation)的第8,851,151号美国专利中描述了使用3d打印以产生陶瓷芯-壳模具的方法。用于制作模具的方法包括诸如转让给massachusettsinstituteoftechnology的第5,387,380号美国专利公开的粉末床陶瓷工艺，以及诸如转让给3dsystems,inc的第5,256,340号美国专利中公开的选择性激光活化(sla)。根据‘151专利的陶瓷芯-壳模具由这些工艺的打印分辨率能力显著地限制。如图5中所示，一体化芯-壳模具300的芯部分301和壳部分302通过模具300的底部边缘处提供的一系列连接结构303保持在一起。在‘151专利中提出的冷却通道包括通过短柱体接合的交错竖直腔，所述短柱体长度与其直径几乎相同。接着使用‘151专利中公开的且以引入的方式并入本文中的已知技术在芯-壳模具中形成超合金涡轮叶片。在这些芯-壳模具中的一个中铸造涡轮叶片之后，移除模具以显露铸造的超合金涡轮叶片。

举例来说，仍然需要制备通过使用较高分辨率方法产生的陶瓷芯-壳模具，所述较高分辨率方法能够在铸造工艺的最终产品中提供精细细节铸造特征，例如打印丝(filaments)所必要的高分辨率能力，所述丝延伸于模具的芯与壳部分之间且具有足够小的尺寸和数量，以在成品涡轮叶片或定子轮叶中产生喷出冷却孔(effusioncoolingholes)。在较早粉床工艺的情况下，例如转让给麻省理工学院的第5,387,380号美国专利中公开的，粉床涂覆器臂(recoaterarm)的动作会妨碍延伸于芯与壳之间的充分细的丝的形成以在铸造部件中提供喷出冷却孔模。其他已知技术，例如选择性激光激活(sla)，如，转让给3dsystems公司的第5,256,340号美国专利中公开的使用自上向下辐射技术可用于产生根据本发明的一体化芯-壳模具。然而，这些系统的可用打印分辨率显著地限制制造足够小尺寸的丝以在铸造的最终产品中用作有效冷却孔的能力。

虽然上文所提到的工艺可用于形成一体化芯-壳模具，但使用直射光处理(dlp)制造芯-壳模具是有利的。dlp与上述粉床和sla工艺的不同之处在于，聚合物的光固化通过树脂槽底部的窗口发生，所述窗口将光投射于随着工艺实的施而升高的构建平台上。通过dlp，一整层固化聚合物同时产生，且消除了使用激光扫描模的需要。此外，底层窗口与构建的对象的最后一个固化层之间发生聚合反应。底层窗口提供支撑，从而允许在无需单独的支撑结构的情况下产生材料细丝。换句话说，桥接构建对象的两个部分的材料细丝很难产生，且通常在现有技术中予以避免。举例来说，上文在本申请的背景技术部分中论述的‘151专利使用与短柱体连接的竖直板结构，所述短柱体的长度约为其直径。由于‘151专利中公开的粉床和sla技术需要竖直支撑的陶瓷结构且所述技术不能可靠地产生丝的情况，因此交错的竖直腔是必要的。举例来说，圆形冷却孔一般具有对应于低于3.2mm²的冷却孔面积的小于2mm的直径。由于需要从若干体素产生所述孔，因此此类尺寸的孔的产生需要远低于实际孔大小的分辨率。此分辨率在粉床工艺中根本无法获得。类似地，归因于缺乏支撑以及与激光散射相关联的分辨率问题，立体光刻产生此类丝的能力受到限制。但dlp使丝的整个长度曝光且将其支撑于窗口与构建板之间的情况能实现产生横跨芯与壳之间的整个长度的充分细的丝以形成具有所要冷却孔模的陶瓷对象。尽管粉床和sla可用于产生丝，但如上文所论述，其产生充分细的丝的能力受到限制。

此外，在采用上文所提到的制造上文所描述的实施例的芯-壳的dlp方法的过程中，在将芯-壳模具的使用整合到高效制造工艺中时出现各种困难。举例来说，使用dlp工艺形成具有足够尺寸稳定性(例如壁厚)的芯-壳模具所需的时间可能延迟所述制造工艺且需要使用过量材料。此外，在模制工艺中，可能需要高效地产生模具的部分，所述部分并不需要与芯-壳模具自身部分所需的相同的尺寸精度。举例来说，可能需要产生用于将熔融超合金流引导到单个或多个芯-壳模具中的通道。此外，当使用dlp工艺形成芯-壳模具时，可能需要改进芯-壳在铸造完成之后的移除便易性。举例来说，可通过产生较薄芯-壳来改进脱模工艺，从而减小铸造产品在移除芯-壳之后受损的可能性。还可能合乎需要的是控制芯-壳模具的导热率以控制晶体生长和/或调适铸造部件的材料特性和/或管理陶瓷材料中的热应变。

技术实现要素：

下文呈现本公开的一个或多个方面的简化概述，以便提供对此些方面的基本理解。此概述并非所有所预期方面的广泛综述，且既不希望指明所有方面的关键或决定性要素，也不希望划定任何或所有方面的范围。其目的在于以简化形式展示一个或多个方面的一些概念，以引出下文呈现的更详细描述。

本发明的前述和/或其它方面可由一种制造陶瓷模具的方法实现。一方面，该方法包括：(a)使工件的固化部分与液体陶瓷光敏聚合物(liquidceramicphotopolymer)接触；(b)通过接触液体陶瓷光敏聚合物的窗口辐照液体陶瓷光敏聚合物中邻近固化部分的一部分；(c)使工件移离未固化液体陶瓷光敏聚合物；以及(d)重复步骤(a)到(c)，直到形成陶瓷模具。陶瓷模具包括用于产生铸造制品的第一开口，以及用于接收支承构件的第二开口。

本发明的前文和/或方面还可通过制备铸造部件的方法来实现。一方面，该方法包括形成打印的陶瓷模具，陶瓷模具包括第一开口和第二开口。第一开口可用于产生铸造部件，且第二开口可用于接收支承构件。

本发明的前文和/或方面还可通过用于制备包括陶瓷铸造模具的铸造部件的设备来实现，陶瓷铸造模具包括第一开口和第二开口。第一开口可用于产生铸造部件，且第二开口可用于接收支承构件。

根据下述详细描述、附图和权利要求，其它特征和方面可为显而易见的。

具体地，本申请技术方案1涉及一种用于制造陶瓷模具的方法，包括：(a)使工件的固化部分与液体陶瓷光敏聚合物接触；(b)通过接触所述液体陶瓷光敏聚合物的窗口辐照所述液体陶瓷光敏聚合物中邻近所述固化部分的一部分；(c)使所述工件移离未固化液体陶瓷光敏聚合物；以及(d)重复步骤(a)-(c)，直到形成陶瓷模具，所述陶瓷模具包括用于产生铸造制品的第一开口，以及用于接收支承构件的第二开口。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，还包括将液态金属倒入所述第一开口中，并且固化所述液态金属来形成所述铸造制品。

本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述支承构件是至少一个球。

本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述支承构件是至少一个金属片。

本申请技术方案5涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述支承构件由陶瓷耐火金属制成，且设计成在所述陶瓷模具的各种部分提供刚度。

本申请技术方案6涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述支承构件具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述支承构件是容纳在所述第二开口中的多个氧化铝空心球，以向所述陶瓷模具提供支承。

本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的方法，其中所述陶瓷模具构造有所述陶瓷模具的外部部分处的至少一个支承构件，所述外部部分处的至少一个支承构件由陶瓷耐火金属制成，且具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

本申请技术方案9涉及一种制备铸造部件的方法，包括：形成打印陶瓷模具，所述陶瓷模具包括，第一开口和第二开口，所述第一开口用于产生所述铸造部件，并且所述第二开口用于接收支承构件。

本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的方法，还包括将液态金属倒入所述第一开口中，并且固化所述液态金属来形成所述铸造部件。

本申请技术方案11涉及根据技术方案9所述的方法，其中所述支承构件是至少一个球。

本申请技术方案12涉及根据技术方案9所述的方法，其中所述支承构件是至少一个金属片。

本申请技术方案13涉及根据技术方案9所述的方法，其中所述支承构件由陶瓷耐火金属制成，且设计成在所述陶瓷模具的各种部分提供刚度。

本申请技术方案14涉及根据技术方案9所述的方法，其中所述支承构件具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

本申请技术方案15涉及根据技术方案9所述的方法，其中所述支承构件是容纳在所述第二开口中的多个氧化铝空心球，以向所述陶瓷模具提供支承。

本申请技术方案16涉及根据技术方案9所述的方法，其中所述陶瓷模具构造有所述陶瓷模具的外部部分处的至少一个支承构件，所述外部部分处的至少一个支承构件由陶瓷耐火金属制成，且具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

本申请技术方案17涉及一种用于制备铸造部件的设备，包括：陶瓷铸造模具，所述陶瓷铸造模具包括，第一开口和第二开口，所述第一开口用于产生所述铸造部件，并且所述第二开口用于接收支承构件。

本申请技术方案18涉及根据技术方案17所述的设备，其中所述支承构件由陶瓷耐火金属制成，且设计成在所述陶瓷模具的各种部分提供刚度。

本申请技术方案19涉及根据技术方案17所述的设备，其中所述支承构件具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

本申请技术方案20涉及根据技术方案17所述的设备，其中所述陶瓷模具构造有所述陶瓷模具的外部部分处的至少一个支承构件，所述外部部分处的至少一个支承构件由陶瓷耐火金属制成，且具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

附图说明

并入本说明书中且构成其一部分的附图示出本公开的一个或多个实例方面，且连同具体实施方式一起用于解释各方面原理和实施方案。

图1是示出常规熔模铸造的步骤的框图；

图2是示出用于涡轮叶片的熔模铸造的附接到蜡树结构上的常规蜡图案的示意图；

图3是示出在已移除蜡之后图2的常规陶瓷模具的示意图；

图4是示出在将熔融金属倒入模具中之后图2的常规陶瓷模具的示意图；

图5是示出具有连接芯与壳部分的连接件的现有技术一体化芯-壳模具的透视图的示意图；

图6是示出根据本发明的实施例的铸造过程的框图；

图7是示出根据本发明的实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图；

图8是示出根据示例性实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图；

图9是示出根据本发明的实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图；

图10是示出根据示例性实施例的图9中的一体化芯-壳模具的透视俯视图的示意图；

图11是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图；

图12是示出根据示例性实施例的图11中的一体化芯-壳模具的透视俯视图的示意图；

图13a和13b是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图；

图14a和14b是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图；以及

图15a和15b是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而不旨在表示可实践本文所描述的概念的唯一配置。详细描述包括旨在提供对各种概念的透彻理解的具体细节。然而，对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。举例来说，本发明提供一种优选方法来制造铸造金属零件，且优选的是用在喷气式飞行器发动机的制造中的那些铸造金属零件。确切地说，可根据本发明有利地进行诸如涡轮叶片、轮叶和护罩部件的单晶、镍基超合金铸造零件的生产。然而，可使用本发明的技术和一体化陶瓷模具制备其它铸造金属部件。

图6是示出根据本发明的实施例的铸造过程的框图。通过使用直接光打印(dlp)工艺或用以形成陶瓷芯-壳模具的任何其它增材制造方法，部件的制造需要比典型熔模铸造显著更少的步骤。图6示出了以下步骤：使用增材制造来形成陶瓷模具和芯601、制备蜡组件602、将芯-壳模具浸入陶瓷浆料中603、使浆料干燥604、脱蜡和/或烧制过程605，以及铸造和沥出陶瓷材料606。可了解到，将芯-壳模具浸入陶瓷浆料中603和使浆料干燥604的步骤可如图6中所示进行重复。形成模具的上述工艺可包括使用dlp工艺形成陶瓷模具和芯，使得模具形成为芯-壳结构且由第一光可聚合陶瓷材料形成。一旦形成模具，所述模具就可与若干模具结合和/或可添加有蜡部分602，所述蜡部分将形成用于熔融材料的流动路径。芯-壳模具和先前添加的任何额外蜡结构可接着进行浸渍或涂布工艺603以在芯-壳模具的壳的外表面上和添加的任何蜡结构的外表面上形成陶瓷涂层。芯-壳模具可接着进行干燥工艺以干燥浆料604。如上文所提及，可重复步骤603和604。接着，芯-壳模具和外陶瓷壳可进行脱蜡和/或固化工艺605以移除蜡和/或烧结形成所述模具的陶瓷材料。可了解到，如果步骤601中的陶瓷模具和芯被制成最终模具形状且准备好浇注，那么可以省略步骤602、603、604和605。可接着将熔融超合金倒入模具中。一旦超合金固化，就可通过沥出陶瓷材料和/或通过机械移除模具来移除芯-壳模具和外壳。

图7是示出根据本发明的实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。如图7中所示，芯700通过若干丝702连接到壳701上。芯-壳模具700/701限定用于熔模铸造涡轮叶片的腔703。

图8是示出根据示例性实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。如图8中所示，图7中的腔703填充有金属804，如镍基合金，例如，inconel。在沥出陶瓷芯-壳后，所得铸造对象为在叶片的表面中具有冷却孔模的涡轮叶片。应了解，尽管图7和8提供示出涡轮叶片前缘和后缘处的冷却孔的横截面图，但可在需要之处提供额外的冷却孔，包括涡轮叶片的侧边或需要的任何其它位置。确切地说，本发明可用于在任何特定设计中在铸造工艺内形成冷却孔。换句话说，将能够在原先使用钻孔来形成冷却孔的位置产生任何模式的常规冷却孔。然而，本发明将允许实现先前因用于在铸造部件内形成冷却孔的钻孔等常规技术的限制而无法获得的冷却孔模。

根据示例性实施例，本发明提供了一种在铸造过程的液态金属倾倒阶段期间使用高温工程支承机构的方法。因此，增材材料的量和增材陶瓷过程的打印时间最小化。

图9是示出根据本发明的实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。如图9中所示，芯900通过若干丝902连接到壳901上。芯-壳模具900/901限定用于熔模铸造涡轮叶片的腔903。根据示例性实施例，芯-壳模具900/901可形成有开口905，以允许具有选择性刚度的支承构件插入芯-壳模具900/901中。在优选实施例中，具有选择性刚度的支承构件如球906可插入开口905中。球906可为氧化铝。尽管图9示出了构造有开口905的芯-壳模具900/901，该开口位于芯-壳模具900/901的上部部分处，但本发明不限于此，且芯-壳模具可构造有开口以容纳芯-壳模具的选择区域处的球。球可在铸造过程期间按需要在选择区域处插入芯-壳模具中。可认识到，芯-壳模具各处的选择区域中插入球允许壳在大多数位置保持较薄，这改善铸造过程期间的冷却速率。非球形不规则形状的支承构件也可用于替代如图9中所示的球906。因此，最小化所需的增材陶瓷材料的量和铸造过程的打印时间。

图10是示出根据示例性实施例的图9中的一体化芯-壳模具的透视图的示意图。如图10中所示，一体化芯-壳模具的芯部分1001和壳部分1002通过模具的底部边缘处提供的一系列连接结构1003保持在一起。根据示例性实施例，图10示出了可插入芯-壳1002中的球1005的透视图。

图11是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。如图11中所示，芯1100通过若干丝1102连接到壳1101上。芯-壳模具1100/1101限定用于熔模铸造涡轮叶片的腔1103。根据示例性实施例，芯-壳模具1100/1101可形成有开口1105，以允许具有选择性刚度的支承构件插入芯-壳模具1100/1101中。在优选实施例中，具有选择性刚度的支承构件如金属片1106可插入开口1105中。金属片1106可具有高于用于铸造的金属的高熔化温度。尽管图11示出了构造有开口1105的芯-壳模具1100/1101，该开口位于芯-壳模具1100/1101的上部部分处，但本发明不限于此，且芯-壳模具可构造有开口来容纳芯-壳模具的选择区域处的金属片。例如，金属片可在铸造过程期间按需要插入选择区域处的芯-壳模具中。可认识到，芯-壳模具各处的选择区域中插入金属片允许壳在大多数位置保持较薄，这改善铸造过程期间的冷却速率。具有金属片的选择区域还可提高传导性且改善冷却速率。因此，最小化所需的增材陶瓷材料的量和铸造过程的打印时间。

图12是示出根据示例性实施例的图11中的一体化芯-壳模具的透视图的示意图。如图12中所示，一体化芯-壳模具的芯部分1201和壳部分1202通过模具的底部边缘处提供的一系列连接结构1203保持在一起。根据示例性实施例，图12示出了金属片1205可插入芯-壳1202中的透视图。

如上文所述，本发明可提供内部支承特征，例如，如，高温球和金属片。在其它示例性实施例，芯-壳模具可包括外部支承特征，例如，如，陶瓷容纳块、金属夹，以及具有内部支承特征的芯-壳模具的外部部分上的金属带。可认识到，内部支承件和外部支承件可由陶瓷耐火金属制成，其具有的熔化温度高于用于铸造该铸造部件的金属的熔化温度。

图13a和13b是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。根据图13a中所示的示例性实施例，具有选择性刚度的支承构件如金属片1306可插入开口1305中，且芯壳模具1300/1301的外部部分可构造有高温金属夹1310。金属夹1310还可具有选择性刚度来按需要支承芯-壳模具1300/1301。金属片1306和金属夹1310两者可具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。提供了如图13a中所示的具有金属片1306和金属夹1310的示例性实施例，但本发明可不限于此，且因此可在铸造过程期间按需要将金属片和金属夹设在围绕芯-壳模具的选择区域处。在如图13b中所示的另一个示例性实施例中，球1308可插入开口1305，其中高温金属夹1310在芯-壳模具1300/1301的外部部分处。球1308和金属夹1310两者可具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

图14a和14b是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。根据如图14a中所示的示例性实施例，支承构件如金属片1406可插入开口1405中，且芯-壳模具1400/1401的外部部分可构造有高温金属带1410。金属带1410还可具有选择性刚度来按需要支承芯-壳模具1400/1401。金属片1406和金属带1410两者可具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。提供了如图14a中所示的具有金属片1406和金属带1410的示例性实施例，但本发明可不限于此，且因此可在铸造过程期间按需要将金属片和金属带设在围绕芯-壳模具的选择区域处。在如图14b中所示的另一个示例性实施例中，球1408可插入开口1405中，其中高温金属带1410在芯-壳模具1400/1401的外部部分处。球1408和金属带1410两者可具有的熔化温度高于用于铸造的金属的熔化温度。

图15a和15b是示出根据本发明的另一个实施例的一体化芯-壳模具的横截面侧视图的示意图。根据如图15a中所示的示例性实施例，金属片1506可插入开口1505中，且芯-壳模具1500/1501的外部部分可构造有陶瓷容纳块1510。容纳块1510可设计有其中的冷却通道1512以改善主要冷却速率。容纳块还可设计有加强肋1511来按需要支承增材陶瓷。在如图15b中所示的另一个示例性实施例，球1508可插入开口1505中，其中容纳块1510在芯-壳模具1500/1501的外部部分处。

根据上述示例性实施例，本发明提供了结构支承件来适应经由增材工艺制作的陶瓷件。本发明的一个方面提供了在铸造过程的液体倾倒阶段期间使用高温支承件的方法。因此，最小化增材陶瓷过程的材料和打印时间，且提供了铸造过程期间所需的支承。设计特征，例如，如，高温球和金属片，在选择区域处提供刚度，同时允许使用薄陶瓷壳和改善的铸造冷却速率。此外，本发明可使用外部设计的支承特征，例如，如，陶瓷容纳块、金属夹和金属带，以及球和金属片来在增材过程期间进一步提供结构支承。

在一方面，本发明涉及并入有或组合了以类似方式产生的其它芯-壳模具的特征的本发明的芯-壳模具结构。以下专利申请包括这各个方面和其用途的公开内容：

美国专利申请第15/377,728号，标题为“一体化铸造芯-壳结构(integratedcastingcore-shellstructure)”，代理人案号037216.00036/284976，2016年12月13日申请；

美国专利申请第15/377,711号，标题为“带有浮动尖端气室的一体化铸造芯-壳结构(integratedcastingcore-shellstructurewithfloatingtipplenum)”，代理人案号037216.00037/284997，2016年12月13日申请；

美国专利申请第15/377,796号，标题为“用于制造铸造部件的多件式一体化芯-壳结构(multi-pieceintegratedcore-shellstructureformakingcastcomponent)”，代理人案号037216.00033/284909，2016年12月13日申请；

美国专利申请第15/377,746号，标题为“用于制造铸造部件的带有平衡紧固件和/或保险杆的多件式一体化芯-壳结构(multi-pieceintegratedcore-shellstructurewithstandoffand/orbumperformakingcastcomponent)”，代理人案号037216.00042/284909a，2016年12月13日申请；

美国专利申请第15/377,673号，标题为“用于制造铸造部件的带有打印管的一体化铸造芯壳结构(integratedcastingcoreshellstructurewithprintedtubesformakingcastcomponent)”，代理人案号037216.00032/284917，2016年12月13日申请；

美国专利申请第15/377,787号，标题为“用于制造带有非线性孔的铸造部件的一体化铸造芯壳结构(integratedcastingcoreshellstructureformakingcastcomponentwithnon-linearholes)”，代理人案号037216.00041/285064，2016年12月13日申请；

美国专利申请第15/377,783号，标题为“用于制造在不可接近位置具有冷却孔的铸造部件的一体化铸造芯壳结构(integratedcastingcoreshellstructureformakingcastcomponentwithcoolingholesininaccessiblelocations)”，代理人案号037216.00055/285064a，2016年12月13日申请；

美国专利申请第15/377766号，标题为“用于制造具有细根部部件的铸造部件的一体化铸造芯壳结构(integratedcastingcoreshellstructureformakingcastcomponenthavingthinrootcomponents)”，代理人案号037216.00053/285064b，2016年12月13日申请。

就其公开可与本文公开的芯-壳模具结合使用的芯-壳模具和制造方法的额外方面来说，这些申请中的每一个的公开内容全文并入本文中。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括优选实施方案，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它示例。如果此类其他实例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，那么此类其他实例希望在权利要求书的范围内。来自所描述的各种实施方案的方面以及每个此类方面的其他已知等效物可由所属领域的一般技术人员混合和匹配以根据本申请的原理构造出额外实施方案和技术。