这种人类制造的最大的单晶零件，是怎么制造出来的？
其实原理很简单，但是这过程中各种参数需要大量实验得到各个节点的参数，辅料成分以及很大运气。
首先高压涡轮转子叶片需要复杂的内冷却气道（下图），第一先做内冷气道（不包括冷却气孔，这个最后再说）蜡模再用一种特殊的陶瓷浇铸出气道。高压涡轮转子内冷气道
有了这个陶瓷气道模之后把它和叶片外模放在一起进入浇铸炉，融化的超级合金从上往下进入型腔（包括陶瓷的气道内模和蜡质外模）。这之间每次制模之间都会做无数层的涂层非常麻烦，德国公司都是用机器人做，好像俄罗斯还是用大妈的刷子来刷。这些涂层直接决定了铸造质量，容错率极低。
这时浇铸的机器会严格控制熔融态超级合金的温度，然后让它在一个水平面上凝固（也就是晶体的生长），由下而上，在晶体于螺旋体（选晶器）内生长时互相挤压选择，最终会留下只有一个与预设方向最接近的晶体，这个晶体再继续向上生长。螺旋处为选晶器
因为高压轴要有一万多转数，每片承受的离心力有十几吨，而镍的晶体每个方向的强度不一样，需要它的对角线（最强方向）对着离心力方向误差10度以内。（多一句嘴，低压涡轮转子用的单向晶镍基合金是要求晶体朝向但是不要求只有一个晶体，因为单晶比多晶（包括单向晶）的熔点高50K）
成品率并不高，就我所知德国有很多优秀精铸厂强行挑战这个工艺最后破产，门槛真的太高了。
最后得到了成品再用一种特殊的碱把留在气道里的陶瓷气道模给溶解，打冷却气孔，有用电溶解打孔也有电化学打孔，最多是用激光打的，孔的形状也有很大学问，然后就是电镀涂层等，这也是一门巨大的学问。
下面一幅图左边多晶，中间单向晶，右边单晶
但是铸造结束以后的叶片是没有内冷气道与叶面相连的气孔的，这东西一般来说是激光打出来的，因为冷却气从高压压气抽出来从空心轴内流到高压涡轮已经损失很多压力，虽说核心气流过燃烧室也损失了压力以及从轴内到叶片的过程有一定的离心压缩升压效果但是还是需要更高的静压把冷却气打到叶面，这时候需要一个扩张截面的孔来处理冷却气，降低动压提高静压，然后冷却气把炙热的核心气流推离叶片表面（好多废话）。而且过快的速度会让冷却直接被射入核心气流中，而它还有一个别的工作就是在叶面形成一层冷气膜保护叶片，需要降速增压。
所以这类孔需要针对不同位置优化自己的几何形状，激光打孔可以比较容易实现自动化，缺点是会有表面内应力。
涡轮定子（单向晶，跑题了）的叶尾需要打尾流冷却气孔来服务接下来的涡轮转子，此孔极其细长，且不能接受内应力所以用电化学腐蚀打。当然这些不是绝对的，不同的公司也有不同的处理方式。高压涡轮定子叶片冷却气流
做完这些以后已经得到了一个单晶涡轮叶片，但是它还没有涂层。现代涡轮叶片都需要一层氧化锆热障涂层，金属氧化物陶瓷。因为是陶瓷，所以是有一定脆性的，当涡轮工作时，有一丁点的形变，就可能整片剥落，涡轮叶片会立刻融毁。这在航发内是绝对无法接受的。
然后有了EB-PVD工艺（Electron-beam physical vapor deposition），气相沉积法。
当然在做它之前还有很多层的其它材料，电镀铂（白金），等离子喷涂等等，还有一层是来加固氧化锆，就像胶水一样把它粘住。当然每家公司之间也是略有区别，并不一成不变。
首先电子枪射出电子束，由磁场引导击中氧化锆基材，被电子束轰击的基材会变成气态，气态氧化锆被引导到叶片表面开始生长。氧化锆会生长成1微米直径，50微米长度的小棍子，密密麻麻的布满叶片表面而气孔不会被涂到。因为不是一整片陶瓷，所以小棍子之间是可以有细微的相对移动而不会整片剥离，解决了形变导致失效的问题。EB-PVD工艺制造的氧化锆涂层微观结构
氧化锆有极强的硬度，极低的导热性，可以实现镍基材和炙热核心气流之间极陡的温度梯度，配合内冷却和气膜冷却，叶片才可以在远高于自己融化温度环境下高强度高可靠性长时间工作。
到这，叶片表面就完成了。叶片为了装入涡轮轮盘，还需要一个松树状或者说榫卯结构的叶根。
上文讲了，每一个涡轮叶片在工作时承受十几吨离心力，这个叶跟也需要非常精细地加工，镍基超级合金很硬，耐高温，非常难加工。
这个叶跟是被磨出来的，叶片被特殊夹具夹住，上下两个拥有相反几何（阴模）磨轮向内磨。
这样造成磨轮很快就不行，于是在两个磨轮外侧加一个阳模的钻石磨轮，不停地打磨磨轮，让它保持工作能力。钻石轮上的一颗颗工业钻石，是由机器人粘上去的。
经过这些工序，再经过检查，叶片就准备好工作了。这只是航空发动机上的一个零件，而航空发动机也只是飞机上的一个模块。
又到了喜闻乐见硬广告环节了：真正支持十字军东征的动力是什么？
不是所有“如何XX问题”都像“如何做一碗红烧肉”一样可以轻易的抛出来。题主你这个问题621所从十五计划搞到现在还没给出一个优雅的解决方案。
如果你想要个简单的回答，答案是：铸造出来，金属液体一点点从下往上凝固出来。
先简单答一下，以后再详细答。
1.涡轮叶片内部要有冷却气道，所以需要制造出对应形状的陶瓷内芯
2.需要制造出和叶片外形一致的蜡模
3.蜡模外面包浆，倒出融化的蜡，烧结，制成型壳。到目前为止都和常规的精密铸造工艺一致。
4.把型壳和陶瓷内芯组装，选择合适的单晶铸造工艺进行铸造。单晶铸造这块要讲清楚不容易，可以参见相关书籍。
5.得到叶片和陶瓷内芯的组合体后，用药剂完全去除内腔里的陶瓷，并保持外部的金属结构不改变。
6.表面工艺，如等离子喷涂等。
给大家推荐下《航空燃气轮机制造工艺》这本书，讲得很细，可以作为补充了解的一个途径。
分享一下早期空心涡轮叶片的铸造方法的宝贵影像资料
涡轮叶片是航空发动机的关键零件。熔模铸造（失蜡法铸造）的技术源远流长，可以追溯到几千年前，其对于发动机涡轮叶片也至关重要。一般认为熔模铸造涡轮叶片最早应用于50年代的美国。早期涡轮叶片的铸造方法演示https://www.zhihu.com/video/1138868549673263104
上段50年代的视频来自NACA（NASA的前身），是早期空心涡轮叶片的铸造方法的宝贵影像资料（1950年中期；片头的B-57在1953年首飞，而NACA在1958年更名）。现代精密制造的一般工艺流程，由航空产业网整理
现代涡轮叶片的构造进化明显，叶片外形和内腔也越来越复杂。
空心气冷叶片既减轻了叶片重量，又提高了叶片的承温能力。
涡轮叶片的发展是从最初的实心叶片到空心叶片，从有加工余量叶片到无余量叶片，再到定向（单晶）空心无余量叶片。
典型现代发动机例如Trent XWB发动机有182个涡轮叶片。每个叶片高约10厘米，重300克。却要在转速超过12000 rpm时，每个叶片受到超过12吨离心力。如此严苛的使用环境下，现代发动机采用定向凝固的单晶叶片防止“蠕变失效”。
铸件的检测也至关重要，目前先进的检测方法是使用结构光测量和工业CT。
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这个示例问题演示了使用非线性静态分析和逆解来模拟带圆盘的转子风扇叶片的能力和优势。
在涡轮机械工程中，热转冷法通常用于设计转子叶片。代表制造形状的转子叶片几何形状称为冷几何形状，而运行状态下的转子叶片形状称为热几何形状。
设计者从叶片的热几何形状开始，并通过设计优化确定热几何形状的最终形状。当确定了所需的热几何形状时，设计者使用迭代方法来获得要制造的叶片的冷几何形状。以下是简单梁模型迭代方法的典型工作流程：
迭代方法的第一步是用空气动力学、分热和其他载荷再次求解热几何，以获得双偏转热几何。将该分析的位移结果应用于负方向上的原始热几何体，以获得第一个冷估计几何体。冷估计几何结构再次经受相同的载荷以获得热估计几何结构。
然后将热估计几何体与原始热几何体进行比较。如果差异可接受地小，则冷估计几何体被认为是最终冷几何体；否则，基于该差异更新冷估计几何结构，并继续该过程直到获得可接受的比较。
通过迭代方法实现所需的精度是资源和时间密集型的，因为每次迭代都是一个可能涉及许多子步的非线性解决方案。
然而，通过使用逆解，可以在单个解中从热几何体获得冷几何体。
通常，逆解在以下情况下很有用：当输入几何结构发生变形且导致变形几何结构的材料性质和载荷已知，但未变形的参考几何结构和与变形的输入几何结构相关的应力/应变未知。这里提出的问题演示了这种情况。当输入几何体变形并且导致变形几何体的材料特性和载荷已知时，但有必要用附加载荷求解模型。这种情况在生物力学模拟中很常见，其目标是确定输入几何结构上的应力和应变，更重要的是，进一步加载时的变形形状以及产生的应力/应变。在这种情况下，需要使用逆解进行非线性静态分析以恢复未变形的参考几何结构，然后进行标准正向求解分析以施加进一步的载荷。
NASA转子67风扇叶片盘是用于航空发动机应用的涡轮风扇压缩机组的一个子系统。
以下扇区模型代表了一个具有挑战性的工业示例，详细的几何测量和流量信息可在公开领域获得，由扇区角度为16.364度的圆盘和风扇叶片组成：
全模型由22个风扇叶片组成：
扇形模型表示叶片的运行状态或热几何结构。它已经在加载下的运行条件下进行了优化。主要目标是使用逆解从给定的热几何体获得冷几何体（用于制造）。
为了验证逆解分析结果，对冷几何体（通过逆解获得）进行标准正解分析，以完成结果比较的回路测试。
为了突出Mechanical APDL逆解技术，本示例问题不涉及循环对称性分析。
NASA Rotor 67风扇叶片盘的单扇区模型在默认设置下用SOLID186单元划分网格：
叶盘和叶片几何结构分别划分网格。叶片和叶盘之间形成接触对。
为叶盘和风扇叶片之间的接触定义了一个粘结的面-面接触对（使用基于MPC的算法）：
接触表面用CONTA174接触单元划分网格。目标表面用TARGE170目标单元划分网格。
该模型使用线性弹性材料。使用以下与温度相关的材料特性：
固定支撑条件应用于模型圆盘部分的底部：
考虑以下载荷：转速引起的离心载荷由于参考温度和工作温度的差异而产生的热载荷施加在风扇叶片上的不稳定流动压力
沿全局Z轴应用旋转速度（CGOMGA，0，01680）。参考温度保持在22°C，温度载荷施加在叶片（BF）上：
在旋转频率为534.76 Hz的EO=2发动机阶次激励下，产生了非稳态流动压力（从ANSYS CFX导入）。然后通过映射处理器（/MAP）将压力数据映射到机械APDL中的结构转子风扇叶片模型。
执行以下两种求解：解1（逆解分析）：对模型的热几何结构进行使用逆解（INVOPT，ON）的非线性静态分析，以获得冷几何结构（用于制造）和热几何结构的应力/应变结果。解2（正向求解分析）：将该分析结果作为证明反向求解分析正确性的参考。再次求解从解1获得的冷几何体，但使用传统的正向求解分析来获得具有应力/应变结果的热几何体。
逆解分析后再进行正解分析，或反之亦然，称为回路测试，因为它应始终使用相同的解生成相同的几何图形。
为了便于比较两种分析的结果，在冷（解或参考）几何图形上绘制逆解分析结果。应力和应变的结果实际上是热（输入）几何结构的结果。
解1（逆解分析）和解2（正解分析）的结果非常吻合，表明逆解给出了转子风扇模型的正确冷几何结构：
等效应力和等效总应变图的解1和解2的比较表明，结果符合：
下图显示了解1和解2在X方向上的热应变的比较：
在下图中，解1和解2在转子风扇叶片模型的热几何结构上的差异非常小，表明所获得的冷几何结构可以被认为是正确的：
执行反解分析时，考虑以下事项：如果观察到环路测试结果存在显著差异，请尝试使用更严格的收敛标准和相等数量的子步来获得匹配结果。如果在反解分析过程中应用位移型荷载，则应使用反符号。有关详细信息，参见《结构分析手册》中的“在反解分析中应用载荷”
Chalioris, C. E., Favvata, M. J., & Karayannis, C. G. (2008). Reinforced concrete beam-column joints with crossed inclined bars under cyclic deformations. Earthquake Engineering and Structural Dynamics. 37.6:
881-897.
