Ang paggamit ng manipis na salamin ay nangangako upang matupad ang iba't ibang mga gawain sa industriya ng konstruksiyon. Bilang karagdagan sa mga benepisyo sa kapaligiran ng mas mahusay na paggamit ng mga mapagkukunan, ang mga arkitekto ay maaaring gumamit ng manipis na salamin upang makamit ang mga bagong antas ng kalayaan sa disenyo. Batay sa teorya ng sandwich, ang nababaluktot na manipis na salamin ay maaaring pagsamahin sa isang 3D na naka-print na open-cell polymer core upang bumuo ng napakahigpit at magaan.
pinagsama-samang mga elemento. Ang artikulong ito ay nagtatanghal ng isang pagsubok sa paggalugad sa digital fabrication ng manipis na glass-composite façade panel gamit ang mga pang-industriyang robot. Ipinapaliwanag nito ang konsepto ng pag-digitize ng mga factory-to-factory workflow, kabilang ang computer-aided design (CAD), engineering (CAE), at manufacturing (CAM). Ang pag-aaral ay nagpapakita ng parametric na proseso ng disenyo na nagbibigay-daan sa tuluy-tuloy na pagsasama ng mga digital na tool sa pagsusuri.
Bilang karagdagan, ang prosesong ito ay nagpapakita ng potensyal at mga hamon ng digital na paggawa ng manipis na glass composite panel. Ang ilan sa mga hakbang sa pagmamanupaktura na isinagawa ng isang pang-industriyang robot arm, tulad ng malalaking format na additive manufacturing, surface machining, gluing at mga proseso ng pagpupulong, ay ipinaliwanag dito. Sa wakas, sa unang pagkakataon, ang isang malalim na pag-unawa sa mga mekanikal na katangian ng mga composite panel ay nakuha sa pamamagitan ng eksperimental at numerical na pag-aaral at pagsusuri ng mga mekanikal na katangian ng mga composite panel sa ilalim ng pag-load sa ibabaw. Ang pangkalahatang konsepto ng digital na disenyo at daloy ng trabaho sa fabrication, gayundin ang mga resulta ng mga eksperimentong pag-aaral, ay nagbibigay ng batayan para sa karagdagang pagsasama-sama ng kahulugan ng hugis at mga pamamaraan ng pagsusuri, pati na rin para sa pagsasagawa ng malawak na mekanistikong pag-aaral sa hinaharap na pag-aaral.
Ang mga digital na pamamaraan ng pagmamanupaktura ay nagpapahintulot sa amin na mapabuti ang produksyon sa pamamagitan ng pagbabago ng mga tradisyonal na pamamaraan at pagbibigay ng mga bagong posibilidad sa disenyo [1]. Ang mga tradisyunal na paraan ng pagtatayo ay may posibilidad na labis na gumamit ng mga materyales sa mga tuntunin ng gastos, pangunahing geometry, at kaligtasan. Sa pamamagitan ng paglipat ng konstruksiyon sa mga pabrika, gamit ang modular prefabrication at robotics upang ipatupad ang mga bagong pamamaraan ng disenyo, ang mga materyales ay maaaring magamit nang mahusay nang hindi nakompromiso ang kaligtasan. Binibigyang-daan kami ng digital na pagmamanupaktura na palawakin ang aming imahinasyon sa disenyo upang lumikha ng mas magkakaibang, mahusay at ambisyosong mga geometric na hugis. Habang ang mga proseso ng disenyo at pagkalkula ay higit na nai-digitize, ang pagmamanupaktura at pagpupulong ay ginagawa pa rin sa pamamagitan ng kamay sa mga tradisyonal na paraan. Upang makayanan ang lalong kumplikadong mga free-form na istruktura, ang mga digital na proseso ng pagmamanupaktura ay nagiging lalong mahalaga. Ang pagnanais para sa kalayaan at kakayahang umangkop sa disenyo, lalo na pagdating sa mga facade, ay patuloy na lumalaki. Bilang karagdagan sa visual effect, pinapayagan ka rin ng mga free-form na facade na lumikha ng mas mahusay na mga istraktura, halimbawa, sa pamamagitan ng paggamit ng mga epekto ng lamad [2]. Bilang karagdagan, ang malaking potensyal ng mga digital na proseso ng pagmamanupaktura ay nakasalalay sa kanilang kahusayan at ang posibilidad ng pag-optimize ng disenyo.
Tinutuklas ng artikulong ito kung paano magagamit ang digital na teknolohiya upang magdisenyo at gumawa ng isang makabagong composite façade panel na binubuo ng isang additively fabricated polymer core at bonded thin glass exterior panels. Bilang karagdagan sa mga bagong posibilidad sa arkitektura na nauugnay sa paggamit ng manipis na salamin, ang mga pamantayan sa kapaligiran at pang-ekonomiya ay naging mahalagang mga motibasyon para sa paggamit ng mas kaunting materyal sa paggawa ng sobre ng gusali. Sa pagbabago ng klima, kakulangan ng mapagkukunan at pagtaas ng mga presyo ng enerhiya sa hinaharap, ang salamin ay dapat gamitin nang mas matalino. Ang paggamit ng manipis na salamin na wala pang 2 mm ang kapal mula sa industriya ng electronics ay nagpapagaan sa harapan at nakakabawas sa paggamit ng mga hilaw na materyales.
Dahil sa mataas na kakayahang umangkop ng manipis na salamin, nagbubukas ito ng mga bagong posibilidad para sa mga aplikasyon sa arkitektura at sa parehong oras ay nagdudulot ng mga bagong hamon sa engineering [3,4,5,6]. Habang ang kasalukuyang pagpapatupad ng mga façade na proyekto gamit ang manipis na salamin ay limitado, ang manipis na salamin ay lalong ginagamit sa civil engineering at architectural studies. Dahil sa mataas na kakayahan ng manipis na salamin sa elastic deformation, ang paggamit nito sa mga facade ay nangangailangan ng reinforced structural solutions [7]. Bilang karagdagan sa pagsasamantala sa epekto ng lamad dahil sa curved geometry [8], ang sandali ng pagkawalang-galaw ay maaari ding tumaas ng isang multilayer na istraktura na binubuo ng isang polymer core at isang nakadikit na manipis na salamin na panlabas na sheet. Ang diskarte na ito ay nagpakita ng pangako dahil sa paggamit ng isang hard transparent polycarbonate core, na hindi gaanong siksik kaysa sa salamin. Bilang karagdagan sa positibong mekanikal na pagkilos, ang karagdagang pamantayan sa kaligtasan ay natugunan [9].
Ang diskarte sa sumusunod na pag-aaral ay batay sa parehong konsepto, ngunit gumagamit ng isang additively fabricated open-pore translucent core. Ginagarantiyahan nito ang isang mas mataas na antas ng kalayaan sa geometriko at mga posibilidad sa disenyo, pati na rin ang pagsasama ng mga pisikal na pag-andar ng gusali [10]. Ang ganitong mga composite panel ay napatunayang partikular na epektibo sa mekanikal na pagsubok [11] at nangangako na bawasan ang dami ng salamin na ginagamit ng hanggang 80%. Hindi lamang nito mababawasan ang mga mapagkukunan na kinakailangan, ngunit makabuluhang bawasan din ang bigat ng mga panel, at sa gayon ay madaragdagan ang kahusayan ng substructure. Ngunit ang mga bagong anyo ng konstruksiyon ay nangangailangan ng mga bagong anyo ng produksyon. Ang mga mahusay na istruktura ay nangangailangan ng mahusay na mga proseso ng pagmamanupaktura. Ang digital na disenyo ay nag-aambag sa digital na pagmamanupaktura. Ipinagpapatuloy ng artikulong ito ang nakaraang pananaliksik ng may-akda sa pamamagitan ng paglalahad ng isang pag-aaral ng digital na proseso ng pagmamanupaktura ng manipis na glass composite panel para sa mga robot na pang-industriya. Ang focus ay sa pag-digitize ng file-to-factory workflow ng unang malalaking format na prototype upang mapataas ang automation ng proseso ng pagmamanupaktura.
Ang composite panel (Figure 1) ay binubuo ng dalawang manipis na glass overlay na nakabalot sa isang AM polymer core. Ang dalawang bahagi ay konektado sa pandikit. Ang layunin ng disenyo na ito ay upang ipamahagi ang load sa buong seksyon nang mahusay hangga't maaari. Ang mga baluktot na sandali ay lumilikha ng mga normal na stress sa shell. Ang mga lateral forces ay nagdudulot ng shear stresses sa core at adhesive joints.
Ang panlabas na layer ng istraktura ng sandwich ay gawa sa manipis na salamin. Sa prinsipyo, gagamitin ang soda-lime silicate glass. Sa isang target na kapal < 2 mm, ang proseso ng thermal tempering ay umabot sa kasalukuyang teknolohikal na limitasyon. Ang glass na pinalakas ng kemikal na aluminosilicate ay maaaring ituring na partikular na angkop kung kinakailangan ang mas mataas na lakas dahil sa disenyo (hal. malamig na nakatiklop na mga panel) o paggamit [12]. Ang light transmission at environmental protection functions ay pupunan ng magandang mekanikal na katangian tulad ng magandang scratch resistance at medyo mataas na Young's modulus kumpara sa iba pang materyales na ginagamit sa composites. Dahil sa limitadong sukat na magagamit para sa chemically toughened thin glass, ang mga panel ng fully tempered na 3 mm na makapal na soda-lime glass ay ginamit upang lumikha ng unang malakihang prototype.
Ang sumusuportang istraktura ay itinuturing bilang isang hugis na bahagi ng composite panel. Halos lahat ng katangian ay apektado nito. Salamat sa additive manufacturing method, ito rin ang sentro ng digital manufacturing process. Ang mga thermoplastic ay pinoproseso sa pamamagitan ng pagsasama. Ginagawa nitong posible na gumamit ng malaking bilang ng iba't ibang polimer para sa mga partikular na aplikasyon. Ang topology ng mga pangunahing elemento ay maaaring idisenyo na may iba't ibang diin depende sa kanilang pag-andar. Para sa layuning ito, ang disenyo ng hugis ay maaaring nahahati sa sumusunod na apat na kategorya ng disenyo: disenyo ng istruktura, disenyo ng pagganap, disenyo ng aesthetic, at disenyo ng produksyon. Ang bawat kategorya ay maaaring magkaroon ng iba't ibang layunin, na maaaring humantong sa iba't ibang mga topologies.
Sa panahon ng paunang pag-aaral, ang ilan sa mga pangunahing disenyo ay nasubok para sa pagiging angkop ng kanilang disenyo [11]. Mula sa mekanikal na pananaw, ang tatlong-panahong minimum na core surface ng gyroscope ay partikular na epektibo. Nagbibigay ito ng mataas na mekanikal na pagtutol sa baluktot sa medyo mababang pagkonsumo ng materyal. Bilang karagdagan sa mga pangunahing istruktura ng cellular na ginawa sa mga rehiyon sa ibabaw, ang topology ay maaari ding mabuo ng iba pang mga diskarte sa paghahanap ng hugis. Ang pagbuo ng linya ng stress ay isa sa mga posibleng paraan upang ma-optimize ang higpit sa pinakamababang posibleng timbang [13]. Gayunpaman, ang istraktura ng pulot-pukyutan, na malawakang ginagamit sa mga konstruksyon ng sandwich, ay ginamit bilang panimulang punto para sa pagbuo ng linya ng produksyon. Ang pangunahing form na ito ay humahantong sa mabilis na pag-unlad sa produksyon, lalo na sa pamamagitan ng madaling toolpath programming. Ang pag-uugali nito sa mga composite panel ay malawakang pinag-aralan [14, 15, 16] at ang hitsura ay maaaring mabago sa maraming paraan sa pamamagitan ng parameterization at maaari ding gamitin para sa mga paunang konsepto ng pag-optimize.
Maraming thermoplastic polymers ang dapat isaalang-alang kapag pumipili ng polymer, depende sa proseso ng extrusion na ginamit. Ang mga paunang paunang pag-aaral ng mga maliliit na materyales ay nabawasan ang bilang ng mga polimer na itinuturing na angkop para sa paggamit sa mga facade [11]. Ang polycarbonate (PC) ay nangangako dahil sa paglaban sa init, paglaban sa UV at mataas na tigas. Dahil sa karagdagang teknikal at pinansiyal na pamumuhunan na kinakailangan upang maproseso ang polycarbonate, ginamit ang ethylene glycol modified polyethylene terephthalate (PETG) upang makagawa ng mga unang prototype. Ito ay partikular na madaling iproseso sa medyo mababang temperatura na may mababang panganib ng thermal stress at pagpapapangit ng bahagi. Ang prototype na ipinapakita dito ay ginawa mula sa recycled PETG na tinatawag na PIPG. Ang materyal ay preliminarily tuyo sa 60 ° C para sa hindi bababa sa 4 h at naproseso sa granules na may isang glass fiber nilalaman ng 20% [17].
Ang malagkit ay nagbibigay ng isang malakas na bono sa pagitan ng istraktura ng polymer core at ng manipis na takip ng salamin. Kapag ang mga pinagsama-samang panel ay sumasailalim sa mga baluktot na karga, ang malagkit na mga kasukasuan ay napapailalim sa paggugupit na diin. Samakatuwid, mas gusto ang isang mas matigas na pandikit at maaaring mabawasan ang pagpapalihis. Ang mga malinaw na pandikit ay nakakatulong din na magbigay ng mataas na kalidad ng visual kapag nakadikit sa malinaw na salamin. Ang isa pang mahalagang kadahilanan kapag pumipili ng isang malagkit ay ang paggawa at pagsasama sa mga awtomatikong proseso ng produksyon. Narito ang UV curing adhesives na may flexible curing times ay maaaring lubos na gawing simple ang pagpoposisyon ng mga layer ng takip. Batay sa mga paunang pagsusuri, ang isang serye ng mga pandikit ay nasubok para sa kanilang pagiging angkop para sa manipis na glass composite panel [18]. Ang Loctite® AA 3345™ UV curable acrylate [19] ay napatunayang partikular na angkop para sa sumusunod na proseso.
Upang samantalahin ang mga posibilidad ng additive manufacturing at ang flexibility ng manipis na salamin, ang buong proseso ay idinisenyo upang gumana nang digital at parametrically. Ginagamit ang Grasshopper bilang isang visual programming interface, na iniiwasan ang mga interface sa pagitan ng iba't ibang mga programa. Ang lahat ng mga disiplina (engineering, engineering at pagmamanupaktura) ay susuportahan at pupunuan ang isa't isa sa isang file na may direktang feedback mula sa operator. Sa yugtong ito ng pag-aaral, ang daloy ng trabaho ay nasa ilalim pa rin ng pagbuo at sumusunod sa pattern na ipinapakita sa Figure 2. Ang iba't ibang layunin ay maaaring pangkatin sa mga kategorya sa loob ng mga disiplina.
Bagama't ang produksyon ng mga sandwich panel sa papel na ito ay automated sa user-centric na disenyo at paghahanda sa fabrication, ang integration at validation ng mga indibidwal na tool sa engineering ay hindi pa ganap na naisasakatuparan. Batay sa parametric na disenyo ng facade geometry, posibleng idisenyo ang panlabas na shell ng gusali sa antas ng macro (facade) at meso (facade panel). Sa ikalawang hakbang, ang engineering feedback loop ay naglalayong suriin ang kaligtasan at pagiging angkop pati na rin ang posibilidad ng paggawa ng kurtina sa dingding. Sa wakas, handa na ang mga resultang panel para sa digital production. Pinoproseso ng programa ang nabuong core structure sa G-code na nababasa ng makina at inihahanda ito para sa additive manufacturing, subtractive post-processing at glass bonding.
Ang proseso ng disenyo ay isinasaalang-alang sa dalawang magkaibang antas. Bilang karagdagan sa katotohanan na ang macro na hugis ng mga facade ay nakakaapekto sa geometry ng bawat composite panel, ang topology ng core mismo ay maaari ding idisenyo sa antas ng meso. Kapag gumagamit ng isang parametric na modelo ng façade, ang hugis at hitsura ay maaaring maimpluwensyahan ng mga halimbawang seksyon ng façade gamit ang mga slider na ipinapakita sa Figure 3. Kaya, ang kabuuang ibabaw ay binubuo ng isang scalable surface na tinukoy ng gumagamit na maaaring ma-deform gamit ang mga point attractor at mabago ng pagtukoy ng isang minimum at ang pinakamataas na antas ng pagpapapangit. Nagbibigay ito ng mataas na antas ng kakayahang umangkop sa disenyo ng mga sobre ng gusali. Gayunpaman, ang antas ng kalayaan na ito ay nalilimitahan ng mga limitasyong teknikal at pagmamanupaktura, na pagkatapos ay nilalaro ng mga algorithm sa bahagi ng engineering.
Bilang karagdagan sa taas at lapad ng buong harapan, ang dibisyon ng mga panel ng façade ay tinutukoy. Tulad ng para sa mga indibidwal na panel ng façade, maaari silang tukuyin nang mas tumpak sa antas ng meso. Nakakaapekto ito sa topology ng core structure mismo, pati na rin ang kapal ng salamin. Ang dalawang variable na ito, pati na rin ang laki ng panel, ay may mahalagang kaugnayan sa mechanical engineering modeling. Ang disenyo at pagbuo ng buong antas ng macro at meso ay maaaring isagawa sa mga tuntunin ng pag-optimize sa apat na kategorya ng istraktura, pag-andar, aesthetics at disenyo ng produkto. Magagawa ng mga user ang pangkalahatang hitsura at pakiramdam ng sobre ng gusali sa pamamagitan ng pagbibigay-priyoridad sa mga lugar na ito.
Ang proyekto ay sinusuportahan ng bahagi ng engineering gamit ang feedback loop. Sa layuning ito, ang mga layunin at kundisyon ng hangganan ay tinukoy sa kategorya ng pag-optimize na ipinapakita sa Fig. 2. Nagbibigay ang mga ito ng mga corridor na teknikal na magagawa, pisikal na maayos, at ligtas na buuin mula sa isang engineering point of view, na may malaking epekto sa disenyo. Ito ang panimulang punto para sa iba't ibang mga tool na maaaring direktang isama sa Grasshopper. Sa karagdagang mga pagsisiyasat, maaaring masuri ang mga mekanikal na katangian gamit ang Finite Element Analysis (FEM) o kahit na analytical na mga kalkulasyon.
Bilang karagdagan, maaaring suriin ng mga pag-aaral ng solar radiation, pagsusuri sa linya ng paningin, at pagmomodelo ng tagal ng sikat ng araw ang epekto ng mga composite panel sa pisika ng gusali. Mahalagang huwag labis na limitahan ang bilis, kahusayan at flexibility ng proseso ng disenyo. Dahil dito, ang mga resultang nakuha dito ay idinisenyo upang magbigay ng karagdagang patnubay at suporta sa proseso ng disenyo at hindi isang kapalit para sa detalyadong pagsusuri at pagbibigay-katwiran sa pagtatapos ng proseso ng disenyo. Ang estratehikong planong ito ay naglalagay ng pundasyon para sa karagdagang kategoryang pananaliksik para sa mga napatunayang resulta. Halimbawa, kaunti pa ang nalalaman tungkol sa mekanikal na pag-uugali ng mga composite panel sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng pagkarga at suporta.
Kapag kumpleto na ang disenyo at engineering, handa na ang modelo para sa digital production. Ang proseso ng pagmamanupaktura ay nahahati sa apat na sub-stage (Larawan 4). Una, ang pangunahing istraktura ay additively fabricated gamit ang isang malakihang robotic 3D na pasilidad sa pag-print. Ang ibabaw ay pagkatapos ay gilingin gamit ang parehong robotic system upang mapabuti ang kalidad ng ibabaw na kinakailangan para sa mahusay na pagbubuklod. Pagkatapos ng paggiling, ang pandikit ay inilalapat sa kahabaan ng pangunahing istraktura gamit ang isang espesyal na idinisenyong dosing system na naka-mount sa parehong robotic system na ginamit para sa proseso ng pag-print at paggiling. Sa wakas, ang salamin ay naka-install at inilatag bago ang UV curing ng bonded joint.
Para sa additive manufacturing, ang tinukoy na topology ng pinagbabatayan na istraktura ay dapat isalin sa CNC machine language (GCode). Para sa pare-pareho at mataas na kalidad na mga resulta, ang layunin ay i-print ang bawat layer nang hindi nahuhulog ang extruder nozzle. Pinipigilan nito ang hindi gustong overpressure sa simula at pagtatapos ng paggalaw. Samakatuwid, ang isang tuluy-tuloy na script ng henerasyon ng tilapon ay isinulat para sa pattern ng cell na ginagamit. Gagawa ito ng parametric na tuloy-tuloy na polyline na may parehong simula at dulo na mga punto, na umaangkop sa napiling laki ng panel, bilang at laki ng mga pulot-pukyutan ayon sa disenyo. Bilang karagdagan, ang mga parameter tulad ng lapad ng linya at taas ng linya ay maaaring tukuyin bago maglagay ng mga linya upang makamit ang nais na taas ng pangunahing istraktura. Ang susunod na hakbang sa script ay ang pagsulat ng mga utos ng G-code.
Ginagawa ito sa pamamagitan ng pagtatala ng mga coordinate ng bawat punto sa linya na may karagdagang impormasyon ng makina tulad ng iba pang nauugnay na axes para sa pagpoposisyon at kontrol ng volume ng extrusion. Ang resultang G-code ay maaaring ilipat sa mga makina ng produksyon. Sa halimbawang ito, ang isang Comau NJ165 na pang-industriyang robot na braso sa isang linear na riles ay ginagamit upang kontrolin ang isang CEAD E25 extruder ayon sa G-code (Figure 5). Ang unang prototype ay gumamit ng post-industrial PETG na may glass fiber content na 20%. Sa mga tuntunin ng mekanikal na pagsubok, ang target na sukat ay malapit sa laki ng industriya ng konstruksiyon, kaya ang mga sukat ng pangunahing elemento ay 1983 × 876 mm na may 6 × 4 na pulot-pukyutan na mga cell. 6 mm at 2 mm ang taas.
Ipinakita ng mga paunang pagsusuri na may pagkakaiba sa lakas ng pandikit sa pagitan ng adhesive at 3D printing resin depende sa mga katangian ng ibabaw nito. Upang gawin ito, ang mga additive manufacturing test specimens ay nakadikit o nakalamina sa salamin at napapailalim sa pag-igting o paggugupit. Sa panahon ng paunang mekanikal na pagproseso ng ibabaw ng polimer sa pamamagitan ng paggiling, ang lakas ay tumaas nang malaki (Larawan 6). Bilang karagdagan, pinapabuti nito ang flatness ng core at pinipigilan ang mga depekto na dulot ng over-extrusion. Ang UV curable na LOCTITE® AA 3345™ [19] acrylate na ginamit dito ay sensitibo sa mga kondisyon ng pagproseso.
Madalas itong nagreresulta sa mas mataas na standard deviation para sa mga sample ng bond test. Pagkatapos ng additive na pagmamanupaktura, ang pangunahing istraktura ay giniling sa isang profile milling machine. Ang G-code na kinakailangan para sa operasyong ito ay awtomatikong nabuo mula sa mga toolpath na ginawa na para sa proseso ng pag-print ng 3D. Ang pangunahing istraktura ay kailangang i-print nang bahagya na mas mataas kaysa sa nilalayong taas ng core. Sa halimbawang ito, ang 18 mm makapal na istraktura ng core ay nabawasan sa 14 mm.
Ang bahaging ito ng proseso ng pagmamanupaktura ay isang malaking hamon para sa ganap na automation. Ang paggamit ng mga pandikit ay naglalagay ng mataas na pangangailangan sa katumpakan at katumpakan ng mga makina. Ang pneumatic dosing system ay ginagamit upang ilapat ang malagkit sa kahabaan ng core structure. Ito ay ginagabayan ng robot sa kahabaan ng milling surface alinsunod sa tinukoy na landas ng tool. Ito ay lumalabas na ang pagpapalit ng tradisyonal na tip sa dispensing ng isang brush ay lalong kapaki-pakinabang. Nagbibigay-daan ito sa mababang lagkit na pandikit na maibigay nang pantay-pantay sa dami. Ang halagang ito ay tinutukoy ng presyon sa system at ang bilis ng robot. Para sa higit na katumpakan at mataas na kalidad ng bonding, mas gusto ang mababang bilis ng paglalakbay na 200 hanggang 800 mm/min.
Ang Acrylate na may average na lagkit na 1500 mPa*s ay inilapat sa dingding ng polymer core na 6 mm ang lapad gamit ang isang dosing brush na may panloob na diameter na 0.84 mm at isang lapad ng brush na 5 sa isang inilapat na presyon ng 0.3 hanggang 0.6 mbar. mm. Ang pandikit ay pagkatapos ay kumalat sa ibabaw ng substrate at bumubuo ng isang 1 mm makapal na layer dahil sa pag-igting sa ibabaw. Ang eksaktong pagtukoy ng kapal ng malagkit ay hindi pa maaaring awtomatiko. Ang tagal ng proseso ay isang mahalagang criterion para sa pagpili ng isang malagkit. Ang pangunahing istraktura na ginawa dito ay may haba ng track na 26 m at samakatuwid ay isang oras ng aplikasyon na 30 hanggang 60 minuto.
Pagkatapos ilapat ang pandikit, i-install ang double-glazed window sa lugar. Dahil sa mababang kapal ng materyal, ang manipis na salamin ay malakas na nababago ng sarili nitong timbang at samakatuwid ay dapat na nakaposisyon nang pantay-pantay hangga't maaari. Para dito, ginagamit ang mga pneumatic glass suction cup na may time-dispersed suction cup. Ito ay inilalagay sa bahagi gamit ang isang crane, at sa hinaharap ay maaaring direktang ilagay gamit ang mga robot. Ang glass plate ay inilagay parallel sa ibabaw ng core sa malagkit na layer. Dahil sa mas magaan na timbang, isang karagdagang glass plate (4 hanggang 6 mm ang kapal) ay nagpapataas ng presyon dito.
Ang resulta ay dapat na ganap na basa ng ibabaw ng salamin sa kahabaan ng pangunahing istraktura, gaya ng maaaring hatulan mula sa isang paunang visual na inspeksyon ng mga nakikitang pagkakaiba sa kulay. Ang proseso ng aplikasyon ay maaari ding magkaroon ng malaking epekto sa kalidad ng huling bonded joint. Kapag nabuklod na, hindi dapat ilipat ang mga glass panel dahil magreresulta ito sa nakikitang nalalabi ng malagkit sa salamin at mga depekto sa aktwal na adhesive layer. Sa wakas, ang malagkit ay nalulunasan ng UV radiation sa wavelength na 365 nm. Upang gawin ito, ang isang UV lamp na may power density na 6 mW/cm2 ay unti-unting ipinapasa sa buong malagkit na ibabaw sa loob ng 60 s.
Ang konsepto ng magaan at nako-customize na manipis na glass composite panel na may additively fabricated polymer core na tinalakay dito ay inilaan para magamit sa hinaharap na mga façade. Kaya, ang mga composite panel ay dapat sumunod sa mga naaangkop na pamantayan at matugunan ang mga kinakailangan para sa service limit states (SLS), ultimate strength limit states (ULS) at mga kinakailangan sa kaligtasan. Samakatuwid, ang mga composite panel ay dapat na ligtas, malakas, at sapat na matigas upang makayanan ang mga karga (tulad ng mga kargada sa ibabaw) nang hindi nasisira o labis na pagpapapangit. Upang imbestigahan ang mekanikal na tugon ng dati nang gawa-gawang manipis na glass composite panel (tulad ng inilarawan sa seksyong Mechanical Testing), sila ay sumailalim sa mga wind load test gaya ng inilarawan sa susunod na subsection.
Ang layunin ng pisikal na pagsubok ay pag-aralan ang mga mekanikal na katangian ng pinagsama-samang mga panel ng mga panlabas na pader sa ilalim ng mga karga ng hangin. Sa layuning ito, ang mga composite panel na binubuo ng isang 3 mm na kapal na full tempered glass na panlabas na sheet at isang 14 mm na kapal na additively fabricated core (mula sa PIPG-GF20) ay ginawa tulad ng inilarawan sa itaas gamit ang Henkel Loctite AA 3345 adhesive (Fig. 7 kaliwa). )). . Ang mga composite panel ay pagkatapos ay nakakabit sa wood support frame na may metal screws na itinutulak sa wood frame at sa mga gilid ng pangunahing istraktura. 30 turnilyo ay inilagay sa paligid ng perimeter ng panel (tingnan ang itim na linya sa kaliwa sa Fig. 7) upang kopyahin ang mga kondisyon ng linear na suporta sa paligid ng perimeter nang mas malapit hangga't maaari.
Ang test frame ay pagkatapos ay selyadong sa panlabas na test wall sa pamamagitan ng paglalapat ng wind pressure o wind suction sa likod ng composite panel (Figure 7, kanang tuktok). Ang isang digital correlation system (DIC) ay ginagamit upang magtala ng data. Upang gawin ito, ang panlabas na salamin ng composite panel ay natatakpan ng isang manipis na nababanat na sheet na naka-print dito na may pattern ng ingay ng pearline (Larawan 7, kanang ibaba). Gumagamit ang DIC ng dalawang camera upang i-record ang relatibong posisyon ng lahat ng mga punto ng pagsukat sa buong ibabaw ng salamin. Dalawang larawan sa bawat segundo ang naitala at ginamit para sa pagsusuri. Ang presyon sa silid, na napapalibutan ng mga composite panel, ay pinatataas sa pamamagitan ng isang fan sa 1000 Pa na mga pagtaas hanggang sa maximum na halaga na 4000 Pa, upang ang bawat antas ng pagkarga ay mapanatili sa loob ng 10 segundo.
Ang pisikal na setup ng eksperimento ay kinakatawan din ng isang numerical na modelo na may parehong mga geometric na dimensyon. Para dito, ginagamit ang numerical program na Ansys Mechanical. Ang core structure ay geometric mesh gamit ang SOLID 185 hexagonal na elemento na may 20 mm na gilid para sa salamin at SOLID 187 tetrahedral na elemento na may 3 mm na gilid. Upang gawing simple ang pagmomodelo, sa yugtong ito ng pag-aaral, ipinapalagay dito na ang acrylate na ginamit ay perpektong matibay at manipis, at tinukoy bilang isang matibay na bono sa pagitan ng salamin at ng pangunahing materyal.
Ang mga composite panel ay naayos sa isang tuwid na linya sa labas ng core, at ang glass panel ay sumasailalim sa isang surface pressure load na 4000 Pa. Bagaman ang mga geometric nonlinearities ay isinasaalang-alang sa pagmomodelo, ang mga linear na materyal na modelo lamang ang ginamit sa yugtong ito ng pag-aaral. Kahit na ito ay isang wastong pagpapalagay para sa linear elastic na tugon ng salamin (E = 70,000 MPa), ayon sa data sheet ng tagagawa ng (viscoelastic) polymeric core material [17], ang linear stiffness E = 8245 MPa ay ginamit sa ang kasalukuyang pagsusuri ay dapat na masusing isaalang-alang at pag-aaralan sa hinaharap na pananaliksik.
Ang mga resulta na ipinakita dito ay sinusuri pangunahin para sa mga pagpapapangit sa pinakamataas na pagkarga ng hangin hanggang sa 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). Para dito, ang mga imahe na naitala ng pamamaraan ng DIC ay inihambing sa mga resulta ng numerical simulation (FEM) (Larawan 8, kanang ibaba). Habang ang perpektong kabuuang strain na 0 mm na may "ideal" na mga linear na suporta sa gilid na rehiyon (ibig sabihin, panel perimeter) ay kinakalkula sa FEM, ang pisikal na displacement ng gilid na rehiyon ay dapat isaalang-alang kapag sinusuri ang DIC. Ito ay dahil sa mga pagpapahintulot sa pag-install at pagpapapangit ng frame ng pagsubok at mga seal nito. Para sa paghahambing, ang average na displacement sa gilid na rehiyon (dashed white line sa Fig. 8) ay ibinawas mula sa maximum na displacement sa gitna ng panel. Ang mga displacement na tinutukoy ng DIC at FEA ay inihambing sa Talahanayan 1 at ipinapakita nang grapiko sa itaas na kaliwang sulok ng Fig. 8.
Ang apat na inilapat na antas ng pagkarga ng eksperimental na modelo ay ginamit bilang mga control point para sa pagsusuri at nasuri sa FEM. Ang maximum na gitnang pag-aalis ng composite plate sa unloaded state ay tinutukoy ng mga sukat ng DIC sa antas ng pagkarga na 4000 Pa sa 2.18 mm. Habang ang mga displacement ng FEA sa mas mababang load (hanggang sa 2000 Pa) ay maaari pa ring tumpak na magparami ng mga pang-eksperimentong halaga, ang non-linear na pagtaas ng strain sa mas mataas na load ay hindi maaaring tumpak na kalkulahin.
Gayunpaman, ipinakita ng mga pag-aaral na ang mga composite panel ay maaaring makatiis ng matinding pag-load ng hangin. Ang mataas na tigas ng magaan na mga panel ay namumukod-tangi sa partikular. Gamit ang analytical kalkulasyon batay sa linear theory ng Kirchhoff plates [20], ang isang deformation na 2.18 mm sa 4000 Pa ay tumutugma sa deformation ng isang glass plate na 12 mm ang kapal sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng hangganan. Bilang isang resulta, ang kapal ng salamin (na kung saan ay masinsinang enerhiya sa produksyon) sa composite panel na ito ay maaaring bawasan sa 2 x 3mm na salamin, na nagreresulta sa isang materyal na pag-save ng 50%. Ang pagbabawas sa kabuuang bigat ng panel ay nagbibigay ng mga karagdagang benepisyo sa mga tuntunin ng pagpupulong. Habang ang isang 30 kg na composite panel ay madaling mahawakan ng dalawang tao, ang isang tradisyunal na 50 kg na glass panel ay nangangailangan ng teknikal na suporta upang ligtas na lumipat. Upang tumpak na kumatawan sa mekanikal na pag-uugali, kakailanganin ang mas detalyadong mga numerical na modelo sa mga pag-aaral sa hinaharap. Ang pagtatasa ng may hangganan na elemento ay maaaring higit pang pahusayin gamit ang mas malawak na nonlinear na materyal na mga modelo para sa polymer at adhesive bond modeling.
Ang pagbuo at pagpapabuti ng mga digital na proseso ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapabuti ng pang-ekonomiya at pangkapaligiran na pagganap sa industriya ng konstruksiyon. Bilang karagdagan, ang paggamit ng manipis na salamin sa mga façade ay nangangako ng enerhiya at pagtitipid sa mapagkukunan at nagbubukas ng mga bagong posibilidad para sa arkitektura. Gayunpaman, dahil sa maliit na kapal ng salamin, ang mga bagong solusyon sa disenyo ay kinakailangan upang sapat na mapalakas ang salamin. Samakatuwid, ang pag-aaral na ipinakita sa artikulong ito ay nagsasaliksik sa konsepto ng mga composite panel na ginawa mula sa manipis na salamin at pinagsamang reinforced 3D printed polymer core structures. Ang buong proseso ng produksyon mula sa disenyo hanggang sa produksyon ay na-digitize at awtomatiko. Sa tulong ng Grasshopper, binuo ang isang file-to-factory workflow upang paganahin ang paggamit ng mga manipis na glass composite panel sa hinaharap na mga façade.
Ang produksyon ng unang prototype ay nagpakita ng pagiging posible at mga hamon ng robotic manufacturing. Habang ang additive at subtractive na pagmamanupaktura ay maayos nang pinagsama, ang ganap na automated na adhesive application at assembly sa partikular ay nagpapakita ng mga karagdagang hamon na tutugunan sa hinaharap na pananaliksik. Sa pamamagitan ng paunang mekanikal na pagsubok at nauugnay na finite element research modeling, ipinakita na ang magaan at manipis na fiberglass na mga panel ay nagbibigay ng sapat na baluktot na katigasan para sa kanilang mga nilalayong aplikasyon sa façade, kahit na sa ilalim ng matinding kondisyon ng pagkarga ng hangin. Ang patuloy na pananaliksik ng mga may-akda ay higit pang tuklasin ang potensyal ng digitally fabricated thin glass composite panels para sa façade application at ipapakita ang kanilang pagiging epektibo.
Nais pasalamatan ng mga may-akda ang lahat ng mga tagasuporta na nauugnay sa gawaing pananaliksik na ito. Salamat sa programa ng pagpopondo ng EFRE SAB na pinondohan mula sa mga pondo ng European Union sa anyo ng grant No. upang magbigay ng mga mapagkukunang pinansyal para sa pagbili ng isang manipulator na may extruder at isang milling device. 100537005. Bilang karagdagan, kinilala ang AiF-ZIM para sa pagpopondo sa proyektong pananaliksik ng Glasfur3D (grant number ZF4123725WZ9) sa pakikipagtulungan sa Glaswerkstätten Glas Ahne, na nagbigay ng makabuluhang suporta para sa gawaing pananaliksik na ito. Sa wakas, kinikilala ng Friedrich Siemens Laboratory at mga katuwang nito, lalo na si Felix Hegewald at student assistant na si Jonathan Holzerr, ang teknikal na suporta at pagpapatupad ng katha at pisikal na pagsubok na naging batayan para sa papel na ito.
Oras ng post: Ago-04-2023