制造構(gòu)件的方法和熱管理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制造構(gòu)件的方法和熱管理工藝。本發(fā)明提供了一種制造構(gòu)件的方法和熱管理的方法。該方法包括形成構(gòu)件的至少一部分，打印該構(gòu)件的冷卻部件，并且將所述至少一部分附連到該構(gòu)件的冷卻部件上。冷卻部件包括至少一個冷卻結(jié)構(gòu)。所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)包括鄰近構(gòu)件的表面的至少一個冷卻通道，其中打印容許冷卻部件有接近最終形狀的幾何結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個冷卻通道定位在離構(gòu)件的表面的大約127微米(0.005英寸)至大約762微米(0.030英寸)的范圍內(nèi)。熱管理方法還包括將流體運送通過由構(gòu)件內(nèi)的至少一個冷卻通道所限定的至少一個流體路徑，以冷卻構(gòu)件。
【專利說明】制造構(gòu)件的方法和熱管理工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造構(gòu)件的工藝和使用制造的構(gòu)件的熱管理工藝。更具體地說，本發(fā)明涉及用于形成構(gòu)件的制造工藝，構(gòu)件包括形成于其里面的冷卻結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]渦輪系統(tǒng)正在持續(xù)地改進，以提高效率和降低成本。一種用于提高渦輪系統(tǒng)的效率的方法包括提高渦輪系統(tǒng)的運行溫度。為了提高溫度，渦輪系統(tǒng)必須由能夠在持續(xù)使用期間承受高溫的材料構(gòu)造而成。
[0003]除了改進構(gòu)件材料和涂層之外，一種提高渦輪構(gòu)件的耐溫度能力的普遍方法包括使用冷卻通道。冷卻通道通常結(jié)合在燃氣渦輪的高溫區(qū)域中所使用的金屬和合金中。在構(gòu)件中制造冷卻通道可為困難且耗時的。一種技術(shù)包括利用復(fù)雜的模具鑄造構(gòu)件中的通道。復(fù)雜的模具通常難以相對于靠近需要冷卻的熱氣道的構(gòu)件表面進行定位。另一技術(shù)包括在鑄造之后將通道機械加工到構(gòu)件中，這就需要在構(gòu)件的表面處通過將插件和沖擊板焊接或釬焊到表面上來關(guān)閉開放的通道。然后利用熱噴涂將最終構(gòu)件噴上涂層。冷卻通道的關(guān)閉通常可能無意中填充了冷卻通道，阻塞了冷卻流體(例如來自燃氣渦輪的壓縮機區(qū)段空氣)的流動。
[0004]選擇性的激光熔化(或三維打印)是相對較廉價的工藝，其能夠制造難于制造的構(gòu)件。然而，通過選擇性的激光熔化打印的構(gòu)件不具有與鑄件高溫超合金材料相同的耐溫度能力。因而，高溫環(huán)境中的使用被視為是不明智的。
[0005]在本領(lǐng)域中將需要一種不具有上述一個或多個缺點的形成構(gòu)件的方法和熱管理工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本公開的一個典型的實施例，提供了一種形成構(gòu)件的方法。該方法包括形成構(gòu)件的至少一部分，打印該構(gòu)件的冷卻部件，并且將所述至少一部分附連到該構(gòu)件的冷卻部件上。冷卻部件包括至少一個冷卻結(jié)構(gòu)。所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)包括鄰近構(gòu)件的表面的冷卻通道，其中打印容許冷卻部件有接近最終形狀的幾何結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個冷卻通道定位在離構(gòu)件的表面的大約127微米(0.005英寸)至大約762微米(0.030英寸)的范圍內(nèi)。
[0007]根據(jù)本公開的另一典型的實施例，提供了一種構(gòu)件的熱管理方法。該方法包括形成構(gòu)件的至少一部分，打印構(gòu)件的冷卻部件，將所述至少一部分附連到構(gòu)件的冷卻部件上，并將流體運送通過由構(gòu)件中的至少一個冷卻通道所限定的至少一個流體路徑，以冷卻構(gòu)件。冷卻部件包括至少一個冷卻結(jié)構(gòu)。所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)包括鄰近構(gòu)件的表面的至少一個冷卻通道。打印容許冷卻部件有接近最終形狀的幾何結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個冷卻通道定位在離構(gòu)件的表面的大約127微米(0.005英寸)至大約762微米(0.030英寸)的范圍內(nèi)。冷卻通道限定了運送流體的流體路徑。
[0008]一種制造構(gòu)件的方法:包括:
形成所述構(gòu)件的至少一部分；
打印所述構(gòu)件的冷卻部件，所述冷卻部件包括至少一個冷卻結(jié)構(gòu)，所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)包括與所述構(gòu)件的表面鄰近的至少一個冷卻通道，其中打印容許所述冷卻部件有接近最終形狀的幾何結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個冷卻通道定位在離所述構(gòu)件的表面的大約127 (0.005英寸)至大約762微米(0.030英寸)的范圍內(nèi)；且將所述至少一部分附連到所述構(gòu)件的冷卻部件上。
[0009]在一個實施例中，所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)還包括與所述至少一個冷卻通道鄰近的至少一個冷卻空腔。
[0010]在一個實施例中，所述打印步驟還包括在所述至少一個冷卻通道中產(chǎn)生第一開口，所述第一開口將所述至少一個冷卻空腔連接到所述至少一個冷卻通道上。
[0011]在一個實施例中，所述打印步驟還包括在所述至少一個冷卻通道中產(chǎn)生第二開口，所述第二開口位于所述構(gòu)件的表面中。
[0012]在一個實施例中，所述構(gòu)件的至少一部分還包括至少一個冷卻空腔。
[0013]在一個實施例中，所述至少一部分的至少一個冷卻空腔與所述冷卻部件的至少一個冷卻空腔對齊。
[0014]在一個實施例中，所述形成步驟包括鑄造或三維打印所述至少一部分。
[0015]在一個實施例中，所述打印步驟使用三維打印工藝。
[0016]在一個實施例中，所述附連步驟包括焊接、釬焊、瞬時液相(TLP)粘結(jié)、擴散粘結(jié)、機械附連或其組合。
[0017]在一個實施例中，所述至少一部分選自第一材料，并且所述冷卻部件選自第二材料。
[0018]在一個實施例中，所述第一材料與所述第二材料是相同的。
[0019]在一個實施例中，所述第一材料不同于所述第二材料。
[0020]在一個實施例中，所述第一材料選自鎳、鐵、鈷、鉻、鑰、鋁、鈦、不銹鋼、鎳基超合金、鈷超合金或其組合。
[0021]在一個實施例中，所述第二材料選自鎳、鐵、鈷、鉻、鑰、鋁、鈦、不銹鋼、鎳基超合金、鈷超合金或其組合。
[0022]在一個實施例中，所述至少一個冷卻通道定位在離所述構(gòu)件的表面的至少小于大約508微米(0.020英寸)處。
[0023]在一個實施例中，所述至少一個冷卻通道定位在離所述構(gòu)件的表面的至少小于大約254微米(0.010英寸)處。
[0024]在一個實施例中，所述至少一個冷卻通道具有貫穿所述冷卻部件而變化的幾何結(jié)構(gòu)。
[0025]在一個實施例中，還包括在所述附連步驟之后應(yīng)用至少一個保護性涂層。
[0026]一種構(gòu)件的熱管理方法，包括:
形成所述構(gòu)件的至少一部分；
打印所述構(gòu)件的冷卻部件，所述冷卻部件包括至少一個冷卻結(jié)構(gòu)，所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)包括與所述構(gòu)件的表面鄰近的至少一個冷卻通道，其中打印容許所述冷卻部件有接近最終形狀的幾何結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個冷卻通道定位在離所述構(gòu)件的表面的大約127 (0.005英寸)至大約762微米(0.030英寸)的范圍內(nèi)；
將所述至少一部分附連到所述構(gòu)件的冷卻部件上；且
將流體運送通過由所述構(gòu)件中的至少一個冷卻通道所限定的至少一個流體路徑，以冷卻所述構(gòu)件。
[0027]在一個實施例中，所述至少一個冷卻通道定位在離所述構(gòu)件的表面的至少小于大約508微米(0.020英寸)處。
[0028]根據(jù)結(jié)合附圖得到的優(yōu)選實施例的以下更詳細的描述，將明晰本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢，附圖以示例的方式顯示本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是根據(jù)本公開的一個實施例的構(gòu)件的透視圖，其包括多個形成于其里面的冷卻通道。
[0030]圖2是構(gòu)件的冷卻部件的分解透視圖，其包括冷卻結(jié)構(gòu)。
[0031]圖3是根據(jù)本公開的一個實施例的構(gòu)件的冷卻部件的透視圖，其包括形成于其里面的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0032]圖4是根據(jù)本公開的一個實施例的構(gòu)件的沿著圖3的線4-4得到的橫截面圖，其顯示了形成于構(gòu)件中的冷卻通道。
[0033]圖4是根據(jù)本公開的一個實施例的構(gòu)件的沿著圖2的線4-4得到的橫截面圖，其顯示了包括供給通路和出口通路的至少一個冷卻通道。
[0034]圖5是根據(jù)本公開的一個實施例的構(gòu)件的沿著圖3的線5-5得到的橫截面圖，其顯示了形成于構(gòu)件中的冷卻結(jié)構(gòu)。
[0035]圖6是根據(jù)本公開的一個實施例的構(gòu)件的沿著圖5的線6-6得到的橫截面圖，其顯示了破壞流體層流的結(jié)構(gòu)。
[0036]在可能的任何地方，將在全部附圖中使用相同的標(biāo)號來代表相同的部件。

【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明提供了一種制造工藝和利用制造的構(gòu)件的熱管理工藝。同不包括這里所公開的一個或多個特征的工藝和物件相比，本公開的實施例提供了額外的冷卻和加熱，允許在新的區(qū)域中進行冷卻，允許對新材料進行冷卻，允許較冷和/或較熱的流被引導(dǎo)自渦輪構(gòu)件中的流，允許渦輪構(gòu)件的有效壽命得以延長，允許利用渦輪構(gòu)件的實施例的渦輪系統(tǒng)更加高效，允許渦輪構(gòu)件更容易地制造出來，允許制造之前不能做出的冷卻結(jié)構(gòu)，允許制造本來不能利用傳統(tǒng)制造工藝做出的構(gòu)件，允許以混合材料構(gòu)造渦輪構(gòu)件或其組合。
[0038]以下將描述本發(fā)明的一個或多個特定實施例。為了致力于提供這些實施例的簡明描述，在說明書中可能沒有描述實際實施的所有特征。應(yīng)該懂得，在任何這種實際實施例的開發(fā)中，如同在任何工程或設(shè)計項目中一樣，必須做出許多對于實施專有的決策，以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，例如與涉及系統(tǒng)及涉及商業(yè)的約束的適應(yīng)性，其可能根據(jù)實施而變化。此夕卜，應(yīng)該懂得這種開發(fā)工作可為復(fù)雜且耗時的，但對于受益于本公開的普通技術(shù)人員仍然是其進行設(shè)計、構(gòu)造和制造的日常事務(wù)。
[0039]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一 ”、“ 一個”、“這個”和“所述”都意圖表示有一個或多個元件。詞語“包括”、“包含”和“具有”都意圖為包括性的且意味著除了列出的元件之外，還可以有其它元件。
[0040]術(shù)語“打印”指三維打印工藝。三維打印工藝的示例包括，但不局限于本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知的工藝，例如直接金屬激光熔化(“DMLM”)、直接金屬激光燒結(jié)(“DMLS”)、選擇性激光燒結(jié)(“SLS”)、選擇性激光熔化(“SLM”)和電子束熔化(“EBM”)。這里使用的術(shù)語“三維打印工藝”指上述工藝以及其它合適的當(dāng)前或未來工藝，其包括材料的逐層累積。
[0041]參照圖1，在一個實施例中，構(gòu)件100可為渦輪系統(tǒng)中的靜止構(gòu)件、旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或燃燒硬件。靜止構(gòu)件的示例包括，但不局限于噴嘴、導(dǎo)片、護罩、靠近流動路徑的密封件、過渡件和其組合。構(gòu)件100包括至少一部分110和冷卻部件120。冷卻部件120通過任何合適的連接技術(shù)而附連在至少一部分110上，例如，但不局限于釬焊、焊接或機械手段。例如，在圖1中，構(gòu)件100 (噴嘴)包括冷卻部件120 (翼型件)，其附連在第一末端部分114和第二末端部分112上。
[0042]為了制造構(gòu)件100，形成了至少一部分110。用于形成至少一部分110的合適的方法包括鑄造或打印。在一個實施例中，至少一部分110利用傳統(tǒng)的制造方法來形成，例如，但不局限于鑄造。至少一部分110可利用模具進行鑄造，以利用所需的材料形成所需的形狀，以便提供所需的強度和熱特征。
[0043]打印冷卻部件120或至少一部分110可包括利用三維打印來形成至少一個冷卻結(jié)構(gòu)122 (見圖2和5)。所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)122包括冷卻通道130和冷卻空腔490和590。所述至少一個冷卻通道130鄰近構(gòu)件100的表面322。在一個備選實施例中，如圖2中所示，可對冷卻部件120或部分110的節(jié)段打印至少一個冷卻通道130，然后將冷卻部件120或部分110的包括至少一個冷卻通道130的打印節(jié)段附連到冷卻部件120或部分110的沒有冷卻通道的其它節(jié)段上。冷卻部件120或部分110的其它節(jié)段可利用各種方法來形成，例如，但不局限于鑄造、鍛造或打印。三維打印包括利用涂布機構(gòu)(未顯示)而將霧化的粉末分布到襯底板(未顯示)上。襯底板定位在腔室(未顯示)中，腔室具有受控氣氛，例如惰性氣體，例如氬、氮、其它合適的惰性氣體或其組合。霧化的粉末通過例如電子束熔化、激光熔化、或來自其它能源的其它熔化而被熔化，以形成三維產(chǎn)品的一部分或?qū)?，例如?gòu)件100的冷卻部件120或至少一部分110的節(jié)段。該工藝經(jīng)過重復(fù)以形成三維產(chǎn)品，例如冷卻部件120或部分110。
[0044]三維打印可使用霧化的粉末，其是熱塑料、金屬、金屬質(zhì)的、陶瓷、其它合適的材料或其組合。用于霧化的粉末的合適的材料包括，但不局限于不銹鋼、工具鋼、鈷、鉻、鈦、鋁、其合金、鎳基超合金或其組合。在一個實施例中，用于霧化的粉末的材料與適合于渦輪系統(tǒng)的熱氣道的合金的材料相對應(yīng)。用于冷卻部件120的材料可與為部分110所選擇的材料相同或不同。至少一部分110可選自第一材料，并且冷卻部件120可選自第二材料。在一個實施例中，第一材料可不同于第二材料。備選地，第一材料可與第二材料相同。用于至少一部分110的第一材料的合適的示例包括但不局限于鎳、鐵、鈷、鉻、鑰、鋁、鈦、金、銀、不銹鋼、其合金、鎳基超合金、鈷超合金或其組合。用于冷卻部件120的第二材料的合適的示例包括但不局限于鎳、鐵、鈷、鉻、鑰、鋁、鈦、金、銀、不銹鋼、其合金、鎳基超合金、鈷超合金或其組合。商業(yè)上可獲得的材料的合適的示例包括但不局限于Co-Cr (70Co、27Cr、3Mo)、不銹鋼316、因科鎳?合金625和因科鎳?合金718，因科鎳?合金738 (因科鎳?可從肯塔基州普林斯頓特種金屬公司獲得)、GTD-222? (通用電器公司的商標(biāo))、海恩斯?282?合金(可從印第安那州科科莫的海恩斯國際公司獲得)、UDMET?合金500 (可從肯塔基州普林斯頓特種金屬公司獲得)。在一個實施例中，用于冷卻部件120的材料可選擇成具有比形成至少一部分110的材料更高的熱導(dǎo)率，從而可使效率提高，并且需要使用較少的流體來改變構(gòu)件100的表面322的溫度。
[0045]三維打印工藝的一個示例是選擇性激光熔化，其使用例如來自計算機輔助設(shè)計程序的預(yù)定的設(shè)計文檔或三維文檔的二維切片。二維切片的厚度確定了選擇性激光熔化的分辨率。例如，對于打印預(yù)定的構(gòu)件(例如，冷卻部件120)，當(dāng)二維切片為20微米厚時，分辨率將大于當(dāng)二維切片為100微米厚時的分辨率。在一個實施例中，由打印形成的冷卻部件120或至少一部分110接近最終的形狀，并且包括多個冷卻結(jié)構(gòu)122，例如至少一個冷卻空腔490、590和形成于里面的多個冷卻通道130。如圖2中所示，冷卻部件120可為翼型件，其具有接近最終形狀，并且具有多個冷卻結(jié)構(gòu)122，例如冷卻空腔490、590和形成于里面的冷卻通道130。在一個實施例中，冷卻部件120可被打印成單個零件(見圖1)。在一個備選實施例中，如圖2和3中所示，冷卻部件120可成形為第一節(jié)段260和至少一個第二節(jié)段280，第一節(jié)段260包括多個冷卻通道130和至少一個冷卻空腔490，并且所述至少一個第二節(jié)段280可選地包括多個冷卻空腔590。如圖2和3中所示，第一節(jié)段260的至少一個冷卻空腔490可與第二空腔的至少一個冷卻空腔590對齊。第一節(jié)段260可利用任何合適的連接技術(shù)而連接到至少一個第二節(jié)段280上，如虛線270所示(見圖3)。打印的冷卻部件120包括第一末端222和第二末端224。第一末端222或第二末端224可利用任何合適的連接工藝而附連在部分110上，例如，但不局限于釬焊、焊接或機械附連手段。如圖1中所示，冷卻部件120的第一末端222通過焊接或釬焊而附連在第一末端部分114上，并且冷卻部件120的第二末端224附連在第二末端部分112上，如接頭140所示。合適的附連示例包括，但不局限于弧焊、射束焊接、釬焊、瞬時液相(TLP)粘結(jié)和擴散粘結(jié)。
[0046]在一個實施例中，如圖1中所示，冷卻部件120是單個打印的零件，其包括冷卻通道130、冷卻空腔490和形成于里面的第一開口 150或供給通路和第二開口 160或出口通路。在一個備選實施例中，如圖2和圖3中所示，按步驟形成冷卻部件120。在一個步驟中，打印第一節(jié)段260，其包括多個冷卻結(jié)構(gòu)122，冷卻結(jié)構(gòu)包括冷卻通道130和/或冷卻空腔490和/或第一和第二開口 150和160。在另一步驟中，利用三維打印或傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)形成至少一個第二節(jié)段280。如上面論述的那樣，可利用第一材料而形成第一節(jié)段260，并且可利用第二材料而形成至少一個第二節(jié)段280。在一個實施例中，第一材料和第二材料是相同的。在一個備選實施例中，第一材料和第二材料是不同的。在形成第一節(jié)段260和至少一個第二節(jié)段280之后，通過將第一節(jié)段260和至少一個第二節(jié)段280沿著接頭線270 (見圖3)連接起來從而構(gòu)建冷卻部件120。任何合適的連接方法可用于將第一節(jié)段260和至少一個第二節(jié)段280連接起來，例如，但不局限于弧焊、射束焊接、釬焊、瞬時液相(TLP)粘結(jié)和擴散粘結(jié)。
[0047]如圖4中所示，從冷卻空腔490至冷卻通道130的供給通路的第一開口 150和便于冷卻劑離開通道130的第二開口 160或出口通路也可被打印到冷卻部件120或冷卻部件120的第一節(jié)段260中。第一開口 150或入口可附連在冷卻通道空腔490上，冷卻通道空腔貫穿構(gòu)件100的長度而延伸。第一開口 150和第二開口 160通過冷卻通道130互連起來。在一個實施例中，第二開口 160可為圓柱形孔，但還可以是帶形狀的孔，以便使離開冷卻通道130的冷卻劑為構(gòu)件的下游部分提供膜覆蓋。第二開口 160或出口通路還可為溝槽，其中來自一個或多個冷卻通道130的冷卻劑進入溝槽中，以便沿著溝槽散布，并作為膜而離開溝槽(見圖1)。
[0048]參照圖5，利用三維打印容許至少一個冷卻通道130定位在距離350處，其在離構(gòu)件100的冷卻部件120的表面322的大約127微米(0.005英寸)至大約762微米(0.030英寸)的范圍內(nèi)。備選地，三維打印容許至少一個冷卻通道130定位在距離350處，其離構(gòu)件100的冷卻部件120的表面322至少小于大約508微米(0.020英寸)(見圖5)。在冷卻通道130和構(gòu)件100的表面322之間的距離350可達至少小于大約127微米(0.005英寸)或小到大約127微米(0.005英寸)。在冷卻通道130和構(gòu)件100的表面322之間的距離350在構(gòu)件100中的冷卻通道130的整個長度上可為恒定的。在一個備選實施例中，距離350可在構(gòu)件100中的冷卻通道130的整個長度上變化(見圖4)。距離350可為大約127微米(0.005英寸)至大約1524微米(0.060英寸)，或者備選地大約254微米(0.010英寸)至大約1270微米，或者備選地大約254微米(0.010英寸)至大約1016微米，或者備選地大約254微米(0.010英寸)至大約508微米(0.020英寸)，或者備選地小于大約508微米(0.020英寸)，或者備選地大約254微米(0.010英寸)，或者備選地大約127微米(0.005英寸)。相比之下，用于形成具有冷卻通道的構(gòu)件的典型的鑄造方法將具有定位在離表面大約2540微米(0.100英寸)處的冷卻通道。
[0049]利用三維打印以便在冷卻部件120或至少一部分110中形成至少一個冷卻通道130減少了制造步驟并節(jié)省了時間和資源，因為冷卻通道不需要鉆到構(gòu)件的表面中。對冷卻部件120或至少一部分110打印形成于里面的冷卻通道130還減少了制造步驟和時間及資源，因為開放的冷卻通道不需要利用插件板來關(guān)閉。三維打印工藝還容許冷卻通道130和其里面的至少一個流體路徑360的幾何結(jié)構(gòu)(長度、寬度、高度和深度)沿著冷卻部件120中的冷卻通道130的長度而變化。例如，冷卻通道130在某些區(qū)域可收縮或變窄，或者在其它區(qū)域變寬，以匹配構(gòu)件100的冷卻或加熱局部要求。冷卻通道130的尺寸可根據(jù)需要而變化，并且這些尺寸不需要從一個末端至另一末端都保持恒定不變。在一個實施例中，冷卻通道130可為半圓，其具有大約254微米(0.010英寸)至大約2540微米(0.100英寸)，或者備選地大約762微米(0.030英寸)至大約1524微米(0.060英寸)的寬度和深度。
[0050]在一個實施例中，在將冷卻部件120連接到至少一部分110上之前，執(zhí)行熱等靜壓(HIP)和/或溶液熱處理的可選步驟，以加強打印的冷卻部件120或至少一部分110。在HIP操作期間，內(nèi)部缺陷例如多孔性和微裂隙由于溫度和施加的壓力而被封閉并痊愈。在溶液熱處理期間，所有有害的沉淀物被置于材料基質(zhì)的溶液中，從而提供最好的屬性。這些熱處理通過新晶粒的形成而改變了晶粒結(jié)構(gòu)，最終加強了打印的冷卻部件120。
[0051]如圖4中所示，表面322可涂覆有保護性涂層340。保護性涂層340可包括任何數(shù)量的層，例如，但不局限于粘結(jié)涂層342和應(yīng)用于粘結(jié)涂層342上的隔熱涂層344。在冷卻部件120連接到至少一部分110上之前可應(yīng)用保護性涂層340。在冷卻部件120通過焊接、釬焊或其它合適的機械連接手段方法連接到至少一部分110上之后可應(yīng)用保護性涂層
340。
[0052]將流體運送通過由構(gòu)件中的至少一個冷卻通道130所限定的至少一個流體路徑360會改變、冷卻或加熱構(gòu)件100的表面322。幾何結(jié)構(gòu)上的變化可經(jīng)過設(shè)計，從而在沿著構(gòu)件100中的至少一個冷卻通道130的長度的任何具體位置上最大限度地增大或減小溫度的變化。幾何結(jié)構(gòu)上的變化可通過至少一個冷卻通道130而實現(xiàn)表面322的熱特性的高度特定的操作。同不包括這里公開的一個或多個特征的方法和物件相比，幾何結(jié)構(gòu)的變化可以最小的成本和時間實現(xiàn)構(gòu)件設(shè)計的熱管理屬性的改進。
[0053]參照圖6，在一個實施例中，至少一個冷卻通道130可包括至少一個結(jié)構(gòu)，以便破壞通過至少一個流體路徑360的流體的層流。破壞層流的至少一個結(jié)構(gòu)可包括紊流器406，其使至少一個流體路徑360中的流體從中間混合到側(cè)部，以及從側(cè)部混合到中間，從而使得至少一個流體路徑360有效地變長。紊流器406還可增加至少一個冷卻通道130的表面面積，這增加了通過至少一個流體路徑360而流向或流自襯底322的流體的熱傳遞。紊流器406的合適的示例包括，但不局限于翅片410和隆起部412。紊流器406可具有任何合適的形狀或尺寸，并且可以任何合適的排列或間距而包含在冷卻通道130的至少一個內(nèi)表面上，從而實現(xiàn)所需的效果。紊流器406可利用三維打印工藝而形成于至少一個冷卻通道130中，從而造就一種單個均質(zhì)的零件。
[0054]本發(fā)明還提供了一種熱管理的方法。該方法包括形成構(gòu)件100的至少一部分110 (見圖1)。該方法包括打印冷卻部件120 (見圖1)或第一節(jié)段260和至少一個第二節(jié)段280，并構(gòu)建構(gòu)件100的冷卻部件120 (見圖2和圖3)。該方法包括將至少一部分110附連到構(gòu)件100的冷卻部件120上(見圖1)。該方法包括將流體運送通過由構(gòu)件100中的至少一個冷卻通道130所限定的至少一個流體路徑360，從而冷卻構(gòu)件100 (見圖4和圖6)。
[0055]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該懂得，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可進行各種變化，并用等效物替代優(yōu)選實施例的元件。另夕卜，在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)范圍的情況下，可進行許多改型，使特殊的情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，意圖的是，本發(fā)明并不局限于作為被認為是實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式而公開的特定的實施例，相反本發(fā)明將包括落在附屬權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種制造構(gòu)件的方法:包括: 形成所述構(gòu)件的至少一部分； 打印所述構(gòu)件的冷卻部件，所述冷卻部件包括至少一個冷卻結(jié)構(gòu)，所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)包括與所述構(gòu)件的表面鄰近的至少一個冷卻通道，其中打印容許所述冷卻部件有接近最終形狀的幾何結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個冷卻通道定位在離所述構(gòu)件的表面的大約127 (0.005英寸)至大約762微米(0.030英寸)的范圍內(nèi)；且 將所述至少一部分附連到所述構(gòu)件的冷卻部件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個冷卻結(jié)構(gòu)還包括與所述至少一個冷卻通道鄰近的至少一個冷卻空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述打印步驟還包括在所述至少一個冷卻通道中產(chǎn)生第一開口，所述第一開口將所述至少一個冷卻空腔連接到所述至少一個冷卻通道上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述打印步驟還包括在所述至少一個冷卻通道中產(chǎn)生第二開口，所述第二開口位于所述構(gòu)件的表面中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件的至少一部分還包括至少一個冷卻空腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一部分的至少一個冷卻空腔與所述冷卻部件的至少一個冷卻空腔對齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成步驟包括鑄造或三維打印所述至少一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述打印步驟使用三維打印工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述附連步驟包括焊接、釬焊、瞬時液相(TLP)粘結(jié)、擴散粘結(jié)、機械附連或其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一部分選自第一材料，并且所述冷卻部件選自第二材料。
【文檔編號】B23P15/00GK104511725SQ201410501219
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】S.C.科蒂林加姆, B.P.萊西, C.M.米蘭達, D.E.施克 申請人:通用電氣公司