Прототипи на дигитално произведени тънки стъклени композитни фасадни панели

Използването на тънко стъкло обещава да изпълни различни задачи в строителната индустрия. В допълнение към ползите за околната среда от по-ефективното използване на ресурсите, архитектите могат да използват тънко стъкло, за да постигнат нови степени на свобода на дизайна. Въз основа на теорията на сандвича, гъвкавото тънко стъкло може да се комбинира с 3D отпечатано полимерно ядро ​​с отворена клетка, за да се образува много твърдо и леко композитни елементи. Тази статия представя проучвателен опит за дигитално производство на тънки стъклокомпозитни фасадни панели с помощта на промишлени роботи. Той обяснява концепцията за дигитализиране на работните процеси от фабрика до фабрика, включително компютърно проектиране (CAD), инженерство (CAE) и производство (CAM). Проучването демонстрира процес на параметричен дизайн, който позволява безпроблемно интегриране на инструменти за цифров анализ.
В допълнение, този процес демонстрира потенциала и предизвикателствата на цифровото производство на тънки стъклени композитни панели. Тук са обяснени някои от производствените стъпки, извършвани от промишлена роботна ръка, като широкоформатно адитивно производство, повърхностна обработка, залепване и процеси на сглобяване. И накрая, за първи път беше получено дълбоко разбиране на механичните свойства на композитните панели чрез експериментални и числени изследвания и оценка на механичните свойства на композитните панели при повърхностно натоварване. Цялостната концепция за цифрово проектиране и работен процес на изработка, както и резултатите от експериментални проучвания, осигуряват основа за по-нататъшно интегриране на методите за дефиниране на формата и анализ, както и за провеждане на обширни механистични проучвания в бъдещи проучвания.
Дигиталните производствени методи ни позволяват да подобрим производството чрез трансформиране на традиционните методи и предоставяне на нови възможности за дизайн [1]. Традиционните строителни методи са склонни да използват прекалено много материали по отношение на цена, основна геометрия и безопасност. Чрез преместване на строителството във фабрики, използване на модулно предварително производство и роботика за прилагане на нови методи за проектиране, материалите могат да се използват ефективно, без да се прави компромис с безопасността. Дигиталното производство ни позволява да разширим дизайнерското си въображение, за да създаваме по-разнообразни, ефективни и амбициозни геометрични форми. Докато процесите на проектиране и изчисление до голяма степен са дигитализирани, производството и сглобяването все още се извършват до голяма степен на ръка по традиционни начини. За да се справят с все по-сложни структури със свободна форма, цифровите производствени процеси стават все по-важни. Желанието за свобода и гъвкавост на дизайна, особено що се отнася до фасадите, расте непрекъснато. В допълнение към визуалния ефект, фасадите със свободна форма също ви позволяват да създавате по-ефективни структури, например чрез използване на мембранни ефекти [2]. В допълнение, големият потенциал на дигиталните производствени процеси се крие в тяхната ефективност и възможността за оптимизиране на дизайна.
Тази статия изследва как дигиталната технология може да се използва за проектиране и производство на иновативен композитен фасаден панел, състоящ се от допълнително произведена полимерна сърцевина и свързани тънки стъклени външни панели. В допълнение към новите архитектурни възможности, свързани с използването на тънко стъкло, екологичните и икономическите критерии също са важни мотиви за използването на по-малко материали за изграждане на обвивката на сградата. С изменението на климата, недостига на ресурси и растящите цени на енергията в бъдеще стъклото трябва да се използва по-интелигентно. Използването на тънко стъкло с дебелина под 2 mm от електронната индустрия прави фасадата лека и намалява използването на суровини.
Благодарение на високата гъвкавост на тънкото стъкло, то отваря нови възможности за архитектурни приложения и в същото време поставя нови инженерни предизвикателства [3,4,5,6]. Докато текущото изпълнение на фасадни проекти, използващи тънко стъкло, е ограничено, тънкото стъкло все повече се използва в гражданското инженерство и архитектурните проучвания. Поради високата способност на тънкото стъкло към еластична деформация, използването му във фасади изисква подсилени конструктивни решения [7]. В допълнение към използването на мембранния ефект, дължащ се на извитата геометрия [8], инерционният момент може да бъде увеличен и чрез многослойна структура, състояща се от полимерно ядро ​​и залепен тънък стъклен външен лист. Този подход е обещаващ поради използването на твърдо прозрачно поликарбонатно ядро, което е по-малко плътно от стъклото. В допълнение към положителното механично въздействие бяха изпълнени допълнителни критерии за безопасност [9].
Подходът в следващото изследване се основава на същата концепция, но използвайки допълнително изработено полупрозрачно ядро ​​с отворени пори. Това гарантира по-висока степен на геометрична свобода и възможности за проектиране, както и интегриране на физическите функции на сградата [10]. Такива композитни панели се оказаха особено ефективни при механични тестове [11] и обещават да намалят количеството използвано стъкло с до 80%. Това не само ще намали необходимите ресурси, но и ще намали значително теглото на панелите, като по този начин ще увеличи ефективността на долната конструкция. Но новите форми на строителство изискват нови форми на производство. Ефективните структури изискват ефективни производствени процеси. Дигиталният дизайн допринася за цифровото производство. Тази статия продължава предишното изследване на автора, като представя проучване на цифровия производствен процес на тънки стъклени композитни панели за индустриални роботи. Фокусът е върху дигитализиране на работния процес от файл до фабрика на първите широкоформатни прототипи, за да се увеличи автоматизацията на производствения процес.
Композитният панел (Фигура 1) се състои от две тънки стъклени покрития, увити около AM полимерно ядро. Двете части се свързват с лепило. Целта на този дизайн е да разпредели натоварването върху цялата секция възможно най-ефективно. Моментите на огъване създават нормални напрежения в черупката. Страничните сили причиняват напрежения на срязване в сърцевината и лепилните съединения.
Външният слой на сандвич структурата е изработен от тънко стъкло. По принцип ще се използва натриево-калциево силикатно стъкло. При целева дебелина < 2 mm, процесът на термично темпериране достига текущата технологична граница. Химически укрепеното алумосиликатно стъкло може да се счита за особено подходящо, ако се изисква по-висока якост поради дизайн (напр. студено сгънати панели) или употреба [12]. Функциите за предаване на светлина и защита на околната среда ще бъдат допълнени от добри механични свойства като добра устойчивост на надраскване и относително висок модул на Юнг в сравнение с други материали, използвани в композитите. Поради ограничения размер, наличен за химически закалено тънко стъкло, панелите от напълно закалено 3 mm дебело натриево-калциево стъкло бяха използвани за създаването на първия мащабен прототип.
Носещата конструкция се разглежда като профилна част от композитния панел. Почти всички атрибути са засегнати от него. Благодарение на адитивния метод на производство, той е и центърът на цифровия производствен процес. Термопластите се обработват чрез топене. Това прави възможно използването на голям брой различни полимери за специфични приложения. Топологията на основните елементи може да бъде проектирана с различен акцент в зависимост от тяхната функция. За тази цел дизайнът на формата може да бъде разделен на следните четири категории дизайн: структурен дизайн, функционален дизайн, естетичен дизайн и производствен дизайн. Всяка категория може да има различни цели, което може да доведе до различни топологии.
По време на предварителното проучване някои от основните дизайни бяха тествани за пригодност на техния дизайн [11]. От механична гледна точка трипериодната минимална повърхност на сърцевината на жироскопа е особено ефективна. Това осигурява висока механична устойчивост на огъване при относително нисък разход на материал. В допълнение към основните клетъчни структури, възпроизведени в повърхностните области, топологията може да бъде генерирана и от други техники за намиране на форма. Генерирането на линия на напрежение е един от възможните начини за оптимизиране на твърдостта при възможно най-ниското тегло [13]. Въпреки това структурата на пчелна пита, широко използвана в сандвич конструкциите, е използвана като отправна точка за развитието на производствената линия. Тази основна форма води до бърз напредък в производството, особено чрез лесно програмиране на траекторията на инструмента. Поведението му в композитни панели е широко проучено [14, 15, 16] и външният вид може да бъде променен по много начини чрез параметризиране и може също да се използва за първоначални концепции за оптимизация.
Има много термопластични полимери, които трябва да имате предвид при избора на полимер, в зависимост от използвания процес на екструдиране. Първоначалните предварителни проучвания на дребномащабни материали намалиха броя на полимерите, считани за подходящи за използване във фасади [11]. Поликарбонатът (PC) е обещаващ поради своята устойчивост на топлина, UV устойчивост и висока твърдост. Поради допълнителните технически и финансови инвестиции, необходими за обработката на поликарбонат, модифицираният с етилен гликол полиетилен терефталат (PETG) беше използван за производството на първите прототипи. Той е особено лесен за обработка при относително ниски температури с нисък риск от термичен стрес и деформация на компонентите. Показаният тук прототип е направен от рециклиран PETG, наречен PIPG. Материалът беше предварително изсушен при 60°C в продължение на най-малко 4 часа и преработен в гранули със съдържание на стъклени влакна 20% [17].
Лепилото осигурява силна връзка между структурата на полимерната сърцевина и тънкия стъклен капак. Когато композитните панели са подложени на натоварвания на огъване, лепилните съединения са подложени на напрежение на срязване. Поради това се предпочита по-твърдо лепило, което може да намали деформацията. Прозрачните лепила също спомагат за осигуряване на високо визуално качество, когато са залепени към прозрачно стъкло. Друг важен фактор при избора на лепило е технологичността и интегрирането в автоматизирани производствени процеси. Тук UV втвърдяващите се лепила с гъвкави времена на втвърдяване могат значително да опростят позиционирането на покривните слоеве. Въз основа на предварителни тестове бяха тествани серия от лепила за тяхната пригодност за тънки стъклени композитни панели [18]. Loctite® AA 3345™ UV втвърдяващ се акрилат [19] се оказа особено подходящ за следния процес.
За да се възползват от възможностите на адитивното производство и гъвкавостта на тънкото стъкло, целият процес е проектиран да работи цифрово и параметрично. Grasshopper се използва като визуален интерфейс за програмиране, като се избягват интерфейси между различни програми. Всички дисциплини (инженеринг, инженерство и производство) ще се поддържат и допълват взаимно в един файл с директна обратна връзка от оператора. На този етап от проучването работният процес все още е в процес на разработка и следва модела, показан на фигура 2. Различните цели могат да бъдат групирани в категории в рамките на дисциплини.
Въпреки че производството на сандвич панели в тази статия е автоматизирано с ориентиран към потребителя дизайн и подготовка за производство, интегрирането и валидирането на отделни инженерни инструменти не е напълно реализирано. Въз основа на параметричния дизайн на геометрията на фасадата е възможно да се проектира външната обвивка на сградата на макро ниво (фасада) и мезо (фасадни панели). Във втората стъпка инженерната верига за обратна връзка има за цел да оцени безопасността и пригодността, както и жизнеспособността на производството на фасадни стени. Накрая, получените панели са готови за цифрово производство. Програмата обработва разработената основна структура в машинночетим G-код и я подготвя за адитивно производство, субтрактивна последваща обработка и залепване на стъкло.
Процесът на проектиране се разглежда на две различни нива. В допълнение към факта, че макроформата на фасадите влияе върху геометрията на всеки композитен панел, топологията на самото ядро ​​също може да бъде проектирана на мезо ниво. Когато се използва параметричен фасаден модел, формата и външният вид могат да бъдат повлияни от примерните фасадни секции, като се използват плъзгачите, показани на Фигура 3. Така общата повърхност се състои от дефинирана от потребителя мащабируема повърхност, която може да бъде деформирана с помощта на точкови атрактори и модифицирана от определяне на минимална и максимална степен на деформация. Това осигурява висока степен на гъвкавост при проектирането на ограждащи конструкции на сгради. Тази степен на свобода обаче е ограничена от технически и производствени ограничения, които след това се възпроизвеждат от алгоритмите в инженерната част.
Освен височината и ширината на цялата фасада се определя и разделението на фасадните плоскости. Що се отнася до отделните фасадни панели, те могат да бъдат определени по-точно на мезониво. Това се отразява на топологията на самата основна структура, както и на дебелината на стъклото. Тези две променливи, както и размерът на панела, имат важна връзка с машинното инженерно моделиране. Проектирането и развитието на цялото макро и мезо ниво може да се извърши по отношение на оптимизация в четирите категории структура, функция, естетика и продуктов дизайн. Потребителите могат да развият цялостния вид и усещане на обвивката на сградата, като приоритизират тези области.
Проектът се поддържа от инженерната част с помощта на обратна връзка. За тази цел целите и граничните условия са дефинирани в категорията за оптимизация, показана на фиг. 2. Те осигуряват коридори, които са технически осъществими, физически здрави и безопасни за изграждане от инженерна гледна точка, което оказва значително влияние върху дизайна. Това е отправната точка за различни инструменти, които могат да бъдат интегрирани директно в Grasshopper. При по-нататъшни изследвания механичните свойства могат да бъдат оценени с помощта на анализ на крайните елементи (FEM) или дори аналитични изчисления.
В допълнение, изследванията на слънчевата радиация, анализът на линията на видимост и моделирането на продължителността на слънчевото греене могат да оценят въздействието на композитните панели върху строителната физика. Важно е да не се ограничава прекалено скоростта, ефективността и гъвкавостта на процеса на проектиране. Като такива, получените тук резултати са предназначени да предоставят допълнителни насоки и подкрепа на процеса на проектиране и не са заместител на подробен анализ и обосновка в края на процеса на проектиране. Този стратегически план поставя основата за по-нататъшни категорични изследвания за доказани резултати. Например, все още се знае малко за механичното поведение на композитните панели при различни условия на натоварване и опора.
След като дизайнът и инженерингът са завършени, моделът е готов за цифрово производство. Производственият процес е разделен на четири подетапа (фиг. 4). Първо, основната структура беше допълнително произведена с помощта на широкомащабно роботизирано 3D принтиране. След това повърхността се фрезова с помощта на същата роботизирана система, за да се подобри качеството на повърхността, необходимо за добро залепване. След фрезоването лепилото се нанася по дължината на основната структура с помощта на специално проектирана дозираща система, монтирана на същата роботизирана система, използвана за процеса на печат и смилане. Накрая стъклото се монтира и полага преди UV втвърдяване на залепената фуга.
За адитивно производство дефинираната топология на основната структура трябва да бъде преведена на CNC машинен език (GCode). За еднакви и висококачествени резултати, целта е да отпечатате всеки слой, без дюзата на екструдера да падне. Това предотвратява нежелано свръхналягане в началото и в края на движението. Следователно е написан скрипт за генериране на непрекъсната траектория за използвания клетъчен модел. Това ще създаде параметрична непрекъсната полилиния с еднакви начална и крайна точка, която се адаптира към избрания размер на панела, броя и размера на пчелните пити според дизайна. В допълнение, параметри като ширина и височина на линията могат да бъдат зададени преди полагане на линии, за да се постигне желаната височина на основната конструкция. Следващата стъпка в скрипта е да напишете командите на G-код.
Това се прави чрез записване на координатите на всяка точка от линията с допълнителна информация за машината, като други съответни оси за позициониране и контрол на обема на екструдиране. Полученият G-код след това може да бъде прехвърлен към производствени машини. В този пример рамото на индустриален робот Comau NJ165 върху линейна релса се използва за управление на екструдер CEAD E25 според G-кода (Фигура 5). Първият прототип използва пост-индустриален PETG със съдържание на стъклени влакна от 20%. По отношение на механичните изпитвания, целевият размер е близък до размера на строителната индустрия, така че размерите на основния елемент са 1983 × 876 mm с 6 × 4 клетки с пчелна пита. 6 мм и 2 мм височина.
Предварителните тестове показват, че има разлика в адхезивната сила между лепилото и смолата за 3D печат в зависимост от свойствата на повърхността му. За да направите това, тестовите образци за адитивно производство се залепват или ламинират към стъкло и се подлагат на опън или срязване. При предварителната механична обработка на повърхността на полимера чрез фрезоване якостта се повишава значително (фиг. 6). В допълнение, той подобрява плоскостта на сърцевината и предотвратява дефекти, причинени от прекомерно екструдиране. Използваният тук UV втвърдяващ се акрилат LOCTITE® AA 3345™ [19] е чувствителен към условията на обработка.
Това често води до по-високо стандартно отклонение за тестовите проби за свързване. След адитивното производство основната структура беше фрезована на профилна фреза. G-кодът, необходим за тази операция, се генерира автоматично от траектории на инструменти, които вече са създадени за процеса на 3D печат. Структурата на сърцевината трябва да бъде отпечатана малко по-високо от предвидената височина на сърцевината. В този пример сърцевината с дебелина 18 mm е намалена на 14 mm.
Тази част от производствения процес е голямо предизвикателство за пълна автоматизация. Използването на лепила поставя високи изисквания към точността и прецизността на машините. Пневматичната дозираща система се използва за нанасяне на лепилото по протежение на основната структура. Той се насочва от робота по повърхността на фрезоване в съответствие с дефинираната траектория на инструмента. Оказва се, че замяната на традиционния накрайник за дозиране с четка е особено изгодна. Това позволява лепилата с нисък вискозитет да се разпределят равномерно по обем. Това количество се определя от налягането в системата и скоростта на робота. За по-голяма прецизност и високо качество на залепване се предпочитат ниски скорости на движение от 200 до 800 mm/min.
Акрилат със среден вискозитет от 1500 mPa*s се нанася върху стената на полимерното ядро ​​с ширина 6 mm с помощта на дозираща четка с вътрешен диаметър 0,84 mm и ширина на четката 5 при приложено налягане от 0,3 до 0,6 mbar. мм. След това лепилото се разнася върху повърхността на основата и образува слой с дебелина 1 mm поради повърхностното напрежение. Точното определяне на дебелината на лепилото все още не може да бъде автоматизирано. Продължителността на процеса е важен критерий при избора на лепило. Основната структура, произведена тук, има дължина на пистата от 26 m и следователно време за нанасяне от 30 до 60 минути.
След като нанесете лепилото, монтирайте прозореца с двоен стъклопакет на място. Поради ниската дебелина на материала, тънкото стъкло вече е силно деформирано от собственото си тегло и следователно трябва да бъде разположено възможно най-равномерно. За това се използват пневматични стъклени вендузи с диспергирани във времето вендузи. Той се поставя върху компонента с помощта на кран, а в бъдеще може да бъде поставен директно с помощта на роботи. Стъклената плоча се поставя успоредно на повърхността на сърцевината върху адхезивния слой. Поради по-малкото тегло, допълнителна стъклена плоча (дебелина от 4 до 6 мм) увеличава натиска върху него.
Резултатът трябва да бъде пълно намокряне на стъклената повърхност по дължината на основната структура, както може да се прецени от първоначална визуална проверка на видими цветови разлики. Процесът на нанасяне също може да окаже значително влияние върху качеството на крайното залепено съединение. Веднъж залепени, стъклените панели не трябва да се местят, тъй като това ще доведе до видими остатъци от лепило върху стъклото и дефекти в действителния адхезивен слой. Накрая лепилото се втвърдява с UV лъчение при дължина на вълната 365 nm. За да направите това, UV лампа с плътност на мощността 6 mW/cm2 постепенно се прекарва върху цялата адхезивна повърхност в продължение на 60 s.
Концепцията за леки и адаптивни тънки стъклени композитни панели с адитивно произведена полимерна сърцевина, обсъждана тук, е предназначена за използване в бъдещи фасади. По този начин композитните панели трябва да отговарят на приложимите стандарти и да отговарят на изискванията за експлоатационни гранични състояния (SLS), гранични състояния на крайна якост (ULS) и изискванията за безопасност. Следователно, композитните панели трябва да бъдат безопасни, здрави и достатъчно твърди, за да издържат натоварвания (като повърхностни натоварвания) без счупване или прекомерна деформация. За да се изследва механичната реакция на предварително произведени тънки стъклени композитни панели (както е описано в раздела за механични тестове), те бяха подложени на тестове за натоварване от вятър, както е описано в следващия подраздел.
Целта на физическите изпитвания е да се изследват механичните свойства на композитни панели на външни стени при натоварване от вятър. За тази цел, композитни панели, състоящи се от 3 mm дебел пълен закален стъклен външен лист и 14 mm дебела адитивно изработена сърцевина (от PIPG-GF20) бяха произведени, както е описано по-горе, като се използва лепило Henkel Loctite AA 3345 (фиг. 7 вляво). )). . След това композитните панели се закрепват към дървената носеща рамка с метални винтове, които се задвижват през дървената рамка и в страните на основната конструкция. 30 винта бяха поставени около периметъра на панела (вижте черната линия отляво на фиг. 7), за да възпроизведете условията на линейна опора около периметъра възможно най-близо.
След това рамката за изпитване беше запечатана към външната стена за изпитване чрез прилагане на налягане от вятър или засмукване от вятър зад композитния панел (Фигура 7, горе вдясно). За запис на данни се използва цифрова корелационна система (DIC). За да направите това, външното стъкло на композитния панел е покрито с тънък еластичен лист, отпечатан върху него с перлинен шум (фиг. 7, долу вдясно). DIC използва две камери за запис на относителната позиция на всички измервателни точки върху цялата стъклена повърхност. Две изображения в секунда бяха записани и използвани за оценка. Налягането в камерата, заобиколена от композитни панели, се повишава с помощта на вентилатор на стъпки от 1000 Pa до максимална стойност от 4000 Pa, така че всяко ниво на натоварване се поддържа за 10 секунди.
Физическата настройка на експеримента също е представена чрез числен модел със същите геометрични размери. За това се използва цифровата програма Ansys Mechanical. Основната структура беше геометрична мрежа, използваща SOLID 185 шестоъгълни елементи с 20 mm страни за стъкло и SOLID 187 тетраедрични елементи с 3 mm страни. За да се опрости моделирането, на този етап от изследването тук се приема, че използваният акрилат е идеално твърд и тънък и се определя като твърда връзка между стъклото и основния материал.
Композитните панели са фиксирани в права линия извън сърцевината, а стъкленият панел е подложен на натоварване на повърхностно налягане от 4000 Pa. Въпреки че при моделирането бяха взети предвид геометричните нелинейности, на този етап от модела бяха използвани само линейни модели на материали. проучване. Въпреки че това е валидно предположение за линейно-еластичния отговор на стъклото (E = 70 000 MPa), според информационния лист на производителя на (вискоеластичния) полимерен материал на сърцевината [17], линейната коравина E = 8245 MPa е използвана в настоящият анализ трябва да бъде внимателно разгледан и ще бъде проучен в бъдещи изследвания.
Резултатите, представени тук, са оценени главно за деформации при максимални натоварвания от вятър до 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). За тази цел изображенията, записани по метода DIC, бяха сравнени с резултатите от числената симулация (FEM) (фиг. 8, долу вдясно). Докато идеална обща деформация от 0 mm с „идеални“ линейни опори в областта на ръба (т.е. периметър на панел) се изчислява в FEM, физическото изместване на областта на ръба трябва да се вземе предвид при оценката на DIC. Това се дължи на допуски при монтаж и деформация на тестовата рамка и нейните уплътнения. За сравнение, средното изместване в областта на ръба (пунктирана бяла линия на фиг. 8) беше извадено от максималното изместване в центъра на панела. Преместванията, определени чрез DIC и FEA, са сравнени в таблица 1 и са показани графично в горния ляв ъгъл на фиг. 8.
Четирите приложени нива на натоварване на експерименталния модел бяха използвани като контролни точки за оценка и оценени в FEM. Максималното централно изместване на композитната плоча в ненатоварено състояние се определя чрез DIC измервания при ниво на натоварване от 4000 Pa при 2,18 mm. Докато FEA изместванията при по-ниски натоварвания (до 2000 Pa) все още могат да възпроизвеждат точно експериментални стойности, нелинейното увеличение на деформацията при по-високи натоварвания не може да бъде точно изчислено.
Проучванията обаче показват, че композитните панели могат да издържат на екстремни натоварвания от вятър. Особено се откроява високата твърдост на олекотените панели. Използвайки аналитични изчисления, базирани на линейната теория на плочите на Кирхоф [20], деформация от 2,18 mm при 4000 Pa съответства на деформацията на единична стъклена плоча с дебелина 12 mm при същите гранични условия. В резултат на това дебелината на стъклото (което е енергоемко при производството) в този композитен панел може да бъде намалена до 2 x 3 mm стъкло, което води до спестяване на материал от 50%. Намаляването на общото тегло на панела осигурява допълнителни предимства по отношение на монтажа. Докато 30 kg композитен панел може лесно да се управлява от двама души, традиционният 50 kg стъклен панел изисква техническа поддръжка, за да се движи безопасно. За да се представи точно механичното поведение, в бъдещи проучвания ще са необходими по-подробни числени модели. Анализът на крайните елементи може да бъде допълнително подобрен с по-обширни нелинейни модели на материали за полимери и моделиране на адхезивни връзки.
Развитието и подобряването на цифровите процеси играят ключова роля за подобряване на икономическите и екологични резултати в строителната индустрия. В допълнение, използването на тънко стъкло във фасадите обещава спестяване на енергия и ресурси и отваря нови възможности за архитектурата. Въпреки това, поради малката дебелина на стъклото, са необходими нови дизайнерски решения за адекватно укрепване на стъклото. Следователно, изследването, представено в тази статия, изследва концепцията за композитни панели, направени от тънко стъкло и свързани подсилени 3D отпечатани полимерни сърцевини. Целият производствен процес от проектирането до производството е дигитализиран и автоматизиран. С помощта на Grasshopper беше разработен работен процес от файл към фабрика, за да позволи използването на тънки стъклени композитни панели в бъдещи фасади.
Производството на първия прототип демонстрира осъществимостта и предизвикателствата на роботизираното производство. Докато адитивното и субтрактивното производство вече са добре интегрирани, напълно автоматизираното прилагане и сглобяване на лепило по-специално представляват допълнителни предизвикателства, които трябва да бъдат разгледани в бъдещи изследвания. Чрез предварителни механични тестове и свързаните с тях изследователски модели с крайни елементи беше показано, че леките и тънки панели от фибростъкло осигуряват достатъчна твърдост на огъване за предвидените им фасадни приложения, дори при условия на екстремно натоварване от вятър. Текущото изследване на авторите ще проучи допълнително потенциала на дигитално произведени тънки стъклени композитни панели за фасадни приложения и ще демонстрира тяхната ефективност.
Авторите биха искали да благодарят на всички поддръжници, свързани с тази изследователска работа. Благодарение на програмата за финансиране на EFRE SAB, финансирана от фондовете на Европейския съюз под формата на грант № за осигуряване на финансови средства за закупуване на манипулатор с екструдер и мелница. 100537005. Освен това AiF-ZIM получи признание за финансиране на изследователския проект Glasfur3D (номер на субсидия ZF4123725WZ9) в сътрудничество с Glaswerkstätten Glas Ahne, което предостави значителна подкрепа за тази изследователска работа. И накрая, лабораторията на Фридрих Сименс и нейните сътрудници, особено Феликс Хегевалд и студентският асистент Джонатан Холцер, признават техническата поддръжка и внедряването на производството и физическите тестове, които са в основата на този документ.