Mga prototype sa digitally fabricated thin glass composite facade panels

Ang paggamit sa manipis nga bildo nagsaad sa pagtuman sa lain-laing mga buluhaton sa industriya sa pagtukod. Dugang pa sa mga benepisyo sa kinaiyahan sa mas episyente nga paggamit sa mga kahinguhaan, ang mga arkitekto makagamit ug nipis nga bildo aron makab-ot ang bag-ong mga ang-ang sa kagawasan sa disenyo. Pinasukad sa teorya sa sandwich, ang flexible nga manipis nga bildo mahimong ikombinar sa usa ka 3D nga giimprinta nga open-cell polymer core aron maporma nga estrikto ug gaan ang timbang. komposisyon nga mga elemento. Kini nga artikulo nagpresentar sa usa ka eksplorasyon nga pagsulay sa digital nga paghimo sa manipis nga bildo-composite façade panel gamit ang industriyal nga mga robot. Gipatin-aw niini ang konsepto sa pag-digitize sa factory-to-factory workflows, lakip ang computer-aided design (CAD), engineering (CAE), ug manufacturing (CAM). Gipakita sa pagtuon ang usa ka parametric nga proseso sa pagdesinyo nga makapahimo sa hapsay nga paghiusa sa mga himan sa pagtuki sa digital.
Dugang pa, kini nga proseso nagpakita sa potensyal ug mga hagit sa paghimo sa digital nga manipis nga bildo nga composite panel. Ang pipila sa mga lakang sa paggama nga gihimo sa usa ka bukton sa industriyal nga robot, sama sa paghimo sa dako nga format nga additive, pag-machining sa ibabaw, pagpapilit ug mga proseso sa pagpupulong, gipatin-aw dinhi. Sa katapusan, sa unang higayon, usa ka lawom nga pagsabot sa mekanikal nga mga kabtangan sa composite panel nakuha pinaagi sa eksperimento ug numerical nga mga pagtuon ug ebalwasyon sa mekanikal nga mga kabtangan sa mga composite panel ubos sa ibabaw loading. Ang kinatibuk-ang konsepto sa digital design ug fabrication workflow, ingon man ang mga resulta sa mga eksperimento nga pagtuon, naghatag og basehan alang sa dugang nga paghiusa sa porma nga kahulugan ug mga pamaagi sa pag-analisa, ingon man alang sa pagpahigayon sa halapad nga mekanikal nga mga pagtuon sa umaabot nga mga pagtuon.
Ang mga pamaagi sa paggama sa digital nagtugot kanamo sa pagpauswag sa produksiyon pinaagi sa pagbag-o sa tradisyonal nga mga pamaagi ug paghatag mga bag-ong posibilidad sa disenyo [1]. Ang tradisyonal nga mga pamaagi sa pagtukod lagmit nga sobra ang paggamit sa mga materyales sa mga termino sa gasto, sukaranan nga geometry, ug kaluwasan. Pinaagi sa pagbalhin sa konstruksyon sa mga pabrika, gamit ang modular prefabrication ug robotics aron ipatuman ang mga bag-ong pamaagi sa pagdesinyo, ang mga materyales mahimong magamit nga epektibo nga wala ikompromiso ang kaluwasan. Gitugotan kami sa paggama sa digital nga mapalapad ang among imahinasyon sa disenyo aron makamugna ang labi ka lainlain, episyente ug ambisyoso nga mga geometric nga porma. Samtang ang mga proseso sa disenyo ug pagkalkula sa kadaghanan gi-digitize, ang paghimo ug pag-assemble sa kadaghanan gihimo pinaagi sa kamot sa tradisyonal nga mga paagi. Aron masagubang ang labi ka komplikado nga mga istruktura nga libre nga porma, ang mga proseso sa paggama sa digital nahimong labi ka hinungdanon. Ang tinguha alang sa kagawasan ug pagka-flexible sa disenyo, ilabi na kon bahin sa mga facade, padayon nga nagtubo. Gawas pa sa biswal nga epekto, ang libre nga porma nga mga facade usab nagtugot kanimo sa paghimo sa labi ka episyente nga mga istruktura, pananglitan, pinaagi sa paggamit sa mga epekto sa lamad [2]. Dugang pa, ang dako nga potensyal sa mga proseso sa paggama sa digital naa sa ilang kahusayan ug ang posibilidad sa pag-optimize sa disenyo.
Gisusi niini nga artikulo kung giunsa magamit ang digital nga teknolohiya sa pagdesinyo ug paghimo sa usa ka bag-ong composite façade panel nga gilangkoban sa usa ka additively fabricated polymer core ug bonded thin glass exterior panels. Gawas pa sa bag-ong mga posibilidad sa arkitektura nga may kalabutan sa paggamit sa nipis nga bildo, ang pamatasan sa kalikopan ug ekonomiya nahimo usab nga hinungdanon nga mga panukmod sa paggamit sa gamay nga materyal sa paghimo sa sobre sa bilding. Uban sa pagbag-o sa klima, kanihit sa kahinguhaan ug pagtaas sa presyo sa enerhiya sa umaabot, ang baso kinahanglan gamiton nga mas maalamon. Ang paggamit sa manipis nga bildo nga ubos sa 2 mm ang gibag-on gikan sa industriya sa elektroniko naghimo sa façade nga kahayag ug gipamenos ang paggamit sa mga hilaw nga materyales.
Tungod sa taas nga pagka-flexible sa manipis nga bildo, kini nagbukas sa bag-ong mga posibilidad alang sa mga aplikasyon sa arkitektura ug sa samang higayon nagpakita sa bag-ong mga hagit sa engineering [3,4,5,6]. Samtang ang kasamtangang pagpatuman sa mga proyekto sa façade gamit ang nipis nga bildo limitado, ang nipis nga bildo nagkadaghan nga gigamit sa civil engineering ug arkitektura nga mga pagtuon. Tungod sa taas nga abilidad sa manipis nga bildo sa pagkamaunat-unat deformation, ang paggamit niini sa facades nagkinahanglan reinforced structural solusyon [7]. Dugang sa pagpahimulos sa epekto sa lamad tungod sa curved geometry [8], ang moment of inertia mahimo usab nga madugangan pinaagi sa usa ka multilayer nga istruktura nga naglangkob sa usa ka polymer core ug usa ka glued thin glass outer sheet. Kini nga pamaagi nagpakita sa saad tungod sa paggamit sa usa ka gahi nga transparent polycarbonate core, nga dili kaayo dasok kay sa bildo. Dugang pa sa positibo nga mekanikal nga aksyon, dugang nga safety criteria ang nahimamat [9].
Ang pamaagi sa mosunod nga pagtuon gibase sa parehas nga konsepto, apan gamit ang usa ka additively fabricated open-pore translucent core. Gigarantiyahan niini ang usa ka mas taas nga lebel sa kagawasan sa geometriko ug mga posibilidad sa disenyo, ingon man ang paghiusa sa mga pisikal nga gimbuhaton sa bilding [10]. Ang ingon nga mga composite panel napamatud-an nga labi ka epektibo sa mekanikal nga pagsulay [11] ug nagsaad nga makunhuran ang kantidad sa baso nga gigamit hangtod sa 80%. Dili lamang kini makunhuran ang gikinahanglan nga mga kahinguhaan, apan makunhuran usab ang gibug-aton sa mga panel, sa ingon nagdugang ang kahusayan sa substructure. Apan ang bag-ong mga porma sa pagtukod nanginahanglan bag-ong mga porma sa produksiyon. Ang episyente nga mga istruktura nanginahanglan episyente nga mga proseso sa paghimo. Ang disenyo sa digital nakatampo sa paghimo sa digital. Kini nga artikulo nagpadayon sa miaging panukiduki sa tagsulat pinaagi sa pagpresentar sa usa ka pagtuon sa digital nga proseso sa paggama sa manipis nga bildo nga composite panel para sa mga robot nga industriyal. Ang pokus mao ang pag-digitize sa file-to-factory workflow sa una nga dagkong porma nga mga prototype aron madugangan ang automation sa proseso sa paghimo.
Ang composite panel (Figure 1) naglangkob sa duha ka manipis nga mga overlay sa bildo nga giputos sa usa ka AM polymer core. Ang duha ka bahin konektado sa papilit. Ang katuyoan niini nga disenyo mao ang pag-apud-apod sa load sa tibuok nga seksyon nga epektibo kutob sa mahimo. Ang mga gutlo sa pagduko makamugna og normal nga mga stress sa kabhang. Ang mga lateral nga pwersa hinungdan sa paggunting sa mga kapit-os sa kinauyokan ug adhesive joints.
Ang gawas nga lut-od sa istruktura sa sandwich ginama sa nipis nga bildo. Sa prinsipyo, ang soda-lime silicate nga baso gamiton. Uban sa target nga gibag-on <2 mm, ang proseso sa thermal tempering nakaabot sa karon nga limitasyon sa teknolohiya. Ang bildo nga aluminosilicate nga gipalig-on sa kemikal mahimong isipon ilabina nga haum kon gikinahanglan ang mas taas nga kusog tungod sa disenyo (pananglitan sa bugnaw nga gipilo nga mga panel) o paggamit [12]. Ang pagpasa sa kahayag ug mga gimbuhaton sa pagpanalipod sa kinaiyahan madugangan sa maayo nga mekanikal nga mga kabtangan sama sa maayo nga pagsukol sa scratch ug medyo taas nga modulus sa Young kumpara sa ubang mga materyales nga gigamit sa mga komposit. Tungod sa limitado nga gidak-on nga magamit alang sa chemically toughened thin glass, ang mga panel sa fully tempered 3 mm nga baga nga soda-lime nga bildo gigamit sa paghimo sa unang dako nga prototype.
Ang nagsuporta nga istruktura giisip nga usa ka porma nga bahin sa composite panel. Hapit tanan nga mga kinaiya apektado niini. Salamat sa additive manufacturing method, kini usab ang sentro sa digital manufacturing process. Ang mga thermoplastic giproseso pinaagi sa pagsagol. Kini nagpaposible sa paggamit sa usa ka dako nga gidaghanon sa lain-laing mga polymers alang sa piho nga mga aplikasyon. Ang topology sa mga nag-unang elemento mahimo nga gidisenyo nga adunay lainlaing pagpasiugda depende sa ilang gimbuhaton. Alang niini nga katuyoan, ang disenyo sa porma mahimong bahinon sa mosunod nga upat ka mga kategorya sa disenyo: structural design, functional design, aesthetic design, ug production design. Ang matag kategorya mahimong adunay lainlaing katuyoan, nga mahimong mosangput sa lainlaing mga topologies.
Atol sa pasiuna nga pagtuon, ang pipila sa mga nag-unang disenyo gisulayan alang sa kaangayan sa ilang disenyo [11]. Gikan sa mekanikal nga punto sa panglantaw, ang tulo-ka-panahon nga minimum nga kinauyokan ibabaw sa gyroscope ilabi na nga epektibo. Naghatag kini og taas nga mekanikal nga pagsukol sa pagyukbo sa medyo ubos nga pagkonsumo sa materyal. Dugang pa sa mga cellular nga sukaranan nga mga istruktura nga gihimo sa mga rehiyon sa ibabaw, ang topology mahimo usab nga mamugna pinaagi sa ubang mga pamaagi sa pagpangita sa porma. Ang paghimo sa linya sa stress usa sa posible nga mga paagi aron ma-optimize ang pagkagahi sa labing ubos nga posible nga gibug-aton [13]. Bisan pa, ang istruktura sa honeycomb, nga kaylap nga gigamit sa mga konstruksyon sa sandwich, gigamit ingon usa ka punto sa pagsugod sa pag-uswag sa linya sa produksiyon. Kini nga sukaranan nga porma nagdala sa paspas nga pag-uswag sa produksiyon, labi na pinaagi sa dali nga programa sa toolpath. Ang kinaiya niini sa mga composite panel kay kaylap nga gitun-an [14, 15, 16] ug ang dagway mahimong mausab sa daghang paagi pinaagi sa parameterization ug mahimo usab nga gamiton alang sa inisyal nga mga konsepto sa pag-optimize.
Adunay daghang mga thermoplastic polymers nga ikonsiderar sa pagpili sa usa ka polymer, depende sa proseso sa extrusion nga gigamit. Ang pasiuna nga pasiuna nga mga pagtuon sa gagmay nga mga materyales nakapakunhod sa gidaghanon sa mga polimer nga giisip nga angay alang sa paggamit sa mga facade [11]. Ang polycarbonate (PC) nagsaad tungod sa resistensya sa kainit, pagsukol sa UV ug taas nga rigidity. Tungod sa dugang nga teknikal ug pinansyal nga pagpamuhunan nga gikinahanglan aron maproseso ang polycarbonate, ang ethylene glycol modified polyethylene terephthalate (PETG) gigamit sa paghimo sa unang mga prototype. Kini labi ka dali nga iproseso sa medyo ubos nga temperatura nga adunay gamay nga peligro sa thermal stress ug deformation sa sangkap. Ang prototype nga gipakita dinhi gihimo gikan sa recycled PETG nga gitawag ug PIPG. Ang materyal nga preliminarily gipauga sa 60 ° C alang sa labing menos 4 ka oras ug giproseso ngadto sa granules uban sa usa ka glass fiber sulod sa 20% [17].
Ang adhesive naghatag usa ka lig-on nga bugkos tali sa istruktura sa polymer core ug sa manipis nga takup sa bildo. Kung ang mga composite panel gipailalom sa mga bending load, ang adhesive joints gipailalom sa shear stress. Busa, gipalabi ang mas gahi nga adhesive ug mahimong makunhuran ang deflection. Ang tin-aw nga mga adhesive makatabang usab sa paghatag og taas nga kalidad sa biswal kung gibugkos sa tin-aw nga baso. Ang usa pa ka hinungdanon nga hinungdan sa pagpili sa usa ka patapot mao ang paghimo ug paghiusa sa mga awtomatikong proseso sa produksiyon. Dinhi ang UV curing adhesives nga adunay flexible curing times makapasayon ​​pag-ayo sa positioning sa cover layers. Pinasukad sa pasiuna nga mga pagsulay, usa ka serye sa mga adhesive ang gisulayan alang sa ilang kaangayan alang sa manipis nga mga bildo nga komposit nga mga panel [18]. Ang Loctite® AA 3345™ UV curable acrylate [19] napamatud-an nga ilabinang angay alang sa mosunod nga proseso.
Aron mapahimuslan ang mga posibilidad sa paghimo sa additive ug ang pagka-flexible sa manipis nga bildo, ang tibuuk nga proseso gidisenyo aron magtrabaho sa digital ug parametrically. Ang Grasshopper gigamit isip visual programming interface, nga naglikay sa mga interface tali sa lain-laing mga programa. Ang tanan nga mga disiplina (engineering, engineering ug manufacturing) magsuporta ug magtinabangay sa usag usa sa usa ka file nga adunay direkta nga feedback gikan sa operator. Niini nga yugto sa pagtuon, ang dagan sa trabaho anaa pa sa pag-uswag ug nagsunod sa sumbanan nga gipakita sa Figure 2. Ang lain-laing mga tumong mahimong igrupo ngadto sa mga kategoriya sulod sa mga disiplina.
Bisan kung ang paghimo sa mga panel sa sandwich sa kini nga papel awtomatiko sa disenyo nga nakasentro sa gumagamit ug pag-andam sa paghimo, ang paghiusa ug pag-validate sa mga indibidwal nga gamit sa inhenyero wala pa hingpit nga natuman. Base sa parametric nga disenyo sa facade geometry, posible ang pagdesinyo sa gawas nga kabhang sa bilding sa macro level (facade) ug meso (facade panels). Sa ikaduhang lakang, ang engineering feedback loop nagtumong sa pagtimbang-timbang sa kaluwasan ug kaangayan ingon man usab sa viability sa paggama sa kurtina sa dingding. Sa katapusan, ang resulta nga mga panel andam na alang sa digital nga produksiyon. Ang programa nagproseso sa naugmad nga core structure sa machine-readable G-code ug nag-andam niini alang sa additive manufacturing, subtractive post-processing ug glass bonding.
Ang proseso sa disenyo gikonsiderar sa duha ka lainlaing lebel. Gawas pa sa kamatuoran nga ang macro nga porma sa mga facade makaapekto sa geometry sa matag composite panel, ang topology sa core mismo mahimo usab nga gidisenyo sa lebel sa meso. Kung gigamit ang usa ka parametric façade nga modelo, ang porma ug hitsura mahimong maimpluwensyahan sa panig-ingnan nga mga seksyon sa façade gamit ang mga slider nga gipakita sa Figure 3. Busa, ang kinatibuk-ang nawong naglangkob sa usa ka gihubit sa user nga scalable nga nawong nga mahimong ma-deform gamit ang mga point attractor ug mabag-o pinaagi sa pagtino sa usa ka minimum ug ang maximum nga ang-ang sa deformation. Naghatag kini usa ka taas nga lebel sa pagka-flexible sa disenyo sa mga sobre sa pagtukod. Bisan pa, kini nga lebel sa kagawasan limitado sa mga pagpugong sa teknikal ug paggama, nga gidula sa mga algorithm sa bahin sa engineering.
Gawas pa sa gitas-on ug gilapdon sa tibuuk nga façade, gitino ang pagbahin sa mga panel sa façade. Sama sa alang sa indibidwal nga mga panel sa façade, mahimo kini nga mas tukma nga mahibal-an sa lebel sa meso. Kini makaapekto sa topology sa kinauyokan nga istruktura sa iyang kaugalingon, ingon man usab sa gibag-on sa bildo. Kining duha ka mga variable, ingon man ang gidak-on sa panel, adunay importante nga relasyon sa mechanical engineering modeling. Ang laraw ug pag-uswag sa tibuuk nga lebel sa macro ug meso mahimong himuon sa mga termino sa pag-optimize sa upat nga mga kategorya sa istruktura, function, aesthetics ug disenyo sa produkto. Mahimong mapalambo sa mga tiggamit ang kinatibuk-ang hitsura ug gibati sa sobre sa bilding pinaagi sa pag-una niini nga mga lugar.
Ang proyekto gisuportahan sa bahin sa engineering gamit ang feedback loop. Niini nga katuyoan, ang mga tumong ug mga kondisyon sa utlanan gihubit sa kategoriya sa pag-optimize nga gipakita sa Fig. 2. Naghatag sila og mga koridor nga mahimo sa teknikal, maayo sa pisikal, ug luwas sa pagtukod gikan sa punto sa engineering, nga adunay dakong epekto sa disenyo. Kini ang punto sa pagsugod alang sa lainlaing mga himan nga mahimong direkta nga i-integrate sa Grasshopper. Sa dugang nga mga imbestigasyon, ang mekanikal nga mga kabtangan mahimong masusi gamit ang Finite Element Analysis (FEM) o bisan ang analytical kalkulasyon.
Dugang pa, ang mga pagtuon sa solar radiation, pagtuki sa linya sa panan-aw, ug pagmodelo sa gidugayon sa adlaw mahimong magtimbang-timbang sa epekto sa mga composite panel sa pisika sa pagtukod. Importante nga dili sobra nga limitahan ang katulin, kaepektibo ug pagka-flexible sa proseso sa pagdesinyo. Ingon niana, ang mga resulta nga nakuha dinhi gidisenyo aron maghatag dugang nga giya ug suporta sa proseso sa pagdesinyo ug dili kapuli sa detalyado nga pagtuki ug katarungan sa katapusan sa proseso sa pagdesinyo. Kini nga estratehikong plano nagbutang sa pundasyon alang sa dugang nga kategorya nga panukiduki alang sa napamatud-an nga mga sangputanan. Pananglitan, gamay pa ang nahibal-an bahin sa mekanikal nga pamatasan sa mga composite panel ubos sa lainlaing mga kondisyon sa pagkarga ug suporta.
Kung kompleto na ang disenyo ug inhenyero, andam na ang modelo alang sa digital production. Ang proseso sa paghimo gibahin sa upat ka mga sub-stage (Fig. 4). Una, ang nag-unang istruktura gihimo nga additively gamit ang usa ka dako nga robotic 3D nga pasilidad sa pag-imprenta. Ang nawong dayon gigaling gamit ang parehas nga robotic nga sistema aron mapauswag ang kalidad sa nawong nga gikinahanglan alang sa maayong pagkadugtong. Human sa paggaling, ang adhesive gipadapat ubay sa kinauyokan nga istruktura gamit ang usa ka espesyal nga gidisenyo nga dosing system nga gitaod sa samang robotic system nga gigamit alang sa proseso sa pag-imprenta ug paggaling. Sa katapusan, ang baso gi-install ug gibutang sa wala pa ang pag-ayo sa UV sa gibugkos nga hiniusa.
Para sa additive manufacturing, ang gipiho nga topology sa nagpahiping istruktura kinahanglang hubaron ngadto sa CNC machine language (GCode). Alang sa uniporme ug taas nga kalidad nga mga resulta, ang tumong mao ang pag-imprinta sa matag layer nga walay extruder nozzle nga mahulog. Gipugngan niini ang dili gusto nga overpressure sa pagsugod ug katapusan sa paglihok. Busa, usa ka padayon nga trajectory generation script ang gisulat alang sa cell pattern nga gigamit. Maghimo kini usa ka parametric nga padayon nga polyline nga adunay parehas nga pagsugod ug katapusan nga mga punto, nga mopahiangay sa gipili nga gidak-on sa panel, gidaghanon ug gidak-on sa mga udlan sumala sa disenyo. Dugang pa, ang mga parameter sama sa gilapdon sa linya ug gitas-on sa linya mahimong matino sa dili pa ibutang ang mga linya aron makab-ot ang gitinguha nga gitas-on sa punoan nga istruktura. Ang sunod nga lakang sa script mao ang pagsulat sa G-code commands.
Gihimo kini pinaagi sa pagrekord sa mga koordinasyon sa matag punto sa linya nga adunay dugang nga impormasyon sa makina sama sa ubang may kalabutan nga mga axes alang sa pagpahimutang ug pagkontrol sa gidaghanon sa extrusion. Ang resulta nga G-code mahimong mabalhin sa mga makina sa produksiyon. Niini nga pananglitan, ang usa ka Comau NJ165 nga industriyal nga robot nga bukton sa usa ka linear rail gigamit aron makontrol ang usa ka CEAD E25 extruder sumala sa G-code (Figure 5). Ang una nga prototype naggamit sa post-industrial PETG nga adunay sulud nga sulud sa bildo nga 20%. Sa termino sa mekanikal nga pagsulay, ang target nga gidak-on duol sa gidak-on sa industriya sa konstruksyon, mao nga ang mga sukod sa nag-unang elemento mao ang 1983 × 876 mm nga adunay 6 × 4 honeycomb cells. 6 mm ug 2 mm taas.
Ang pasiuna nga mga pagsulay nagpakita nga adunay kalainan sa adhesive strength tali sa adhesive ug 3D printing resin depende sa surface properties niini. Aron mahimo kini, ang mga additive nga mga espesimen sa pagsulay sa paggama gipapilit o gilamina sa baso ug gipailalom sa tensyon o paggunting. Atol sa preliminary mekanikal nga pagproseso sa polymer nawong pinaagi sa paggaling, ang kalig-on misaka kamahinungdanon (Fig. 6). Dugang pa, gipauswag niini ang katag sa kinauyokan ug gipugngan ang mga depekto nga gipahinabo sa sobra nga pagpuga. Ang UV curable LOCTITE® AA 3345™ [19] acrylate nga gigamit dinhi sensitibo sa mga kondisyon sa pagproseso.
Kini sa kasagaran moresulta sa mas taas nga standard deviation alang sa bond test samples. Pagkahuman sa paggama sa additive, ang kinauyokan nga istruktura gigaling sa usa ka makina nga paggaling sa profile. Ang G-code nga gikinahanglan alang niini nga operasyon awtomatik nga namugna gikan sa mga toolpath nga nahimo na alang sa 3D nga proseso sa pag-imprenta. Ang kinauyokan nga estraktura kinahanglan nga i-imprinta gamay nga mas taas kay sa gituyo nga kinauyokan nga gitas-on. Niini nga pananglitan, ang 18 mm nga gibag-on nga istruktura sa kinauyokan gipamubu sa 14 mm.
Kini nga bahin sa proseso sa paghimo usa ka dakong hagit alang sa hingpit nga automation. Ang paggamit sa mga adhesive nagbutang ug taas nga panginahanglan sa katukma ug katukma sa mga makina. Ang pneumatic dosing system gigamit sa pag-aplay sa adhesive ubay sa core structure. Gigiyahan kini sa robot ubay sa ibabaw sa paggaling sumala sa gitakda nga agianan sa himan. Kini nahimo nga ang pag-ilis sa tradisyonal nga tip sa dispensing sa usa ka brush labi ka mapuslanon. Gitugotan niini ang ubos nga viscosity adhesives nga maapod-apod nga parehas sa gidaghanon. Kini nga kantidad gitino sa presyur sa sistema ug sa katulin sa robot. Alang sa labi ka tukma ug taas nga kalidad sa pagbugkos, gipalabi ang mubu nga katulin sa pagbiyahe nga 200 hangtod 800 mm / min.
Ang Acrylate nga adunay average nga viscosity nga 1500 mPa * s gipadapat sa dingding sa polymer core nga 6 mm ang gilapdon gamit ang dosing brush nga adunay sulud nga diametro nga 0.84 mm ug usa ka gilapdon sa brush nga 5 sa usa ka gipadapat nga presyur nga 0.3 hangtod 0.6 mbar. mm. Ang patapot unya mikaylap sa ibabaw sa nawong sa substrate ug maporma sa usa ka 1 mm gibag-on nga layer tungod sa nawong tension. Ang eksaktong determinasyon sa gibag-on sa adhesive dili pa mahimo nga awtomatiko. Ang gidugayon sa proseso usa ka hinungdanon nga sukdanan sa pagpili sa usa ka patapot. Ang kinauyokan nga istruktura nga gihimo dinhi adunay gitas-on nga track nga 26 m ug busa usa ka oras sa aplikasyon nga 30 hangtod 60 minuto.
Human magamit ang adhesive, i-install ang double-glazed nga bintana sa lugar. Tungod sa ubos nga gibag-on sa materyal, ang manipis nga bildo kusog na nga nabag-o sa kaugalingon nga gibug-aton ug busa kinahanglan nga ibutang nga parehas kutob sa mahimo. Alang niini, gigamit ang pneumatic glass suction cups nga adunay time-dispersed suction cups. Gibutang kini sa sangkap gamit ang crane, ug sa umaabot mahimo nga direkta nga ibutang gamit ang mga robot. Ang bildo nga plato gibutang parallel sa nawong sa kinauyokan sa adhesive layer. Tungod sa mas gaan nga gibug-aton, ang dugang nga bildo nga plato (4 hangtod 6 mm ang gibag-on) nagdugang sa presyur niini.
Ang resulta kinahanglan nga bug-os nga basa sa bildo nga nawong ubay sa kinauyokan nga estraktura, ingon nga mahukman gikan sa usa ka inisyal nga biswal nga inspeksyon sa makita nga mga kalainan sa kolor. Ang proseso sa aplikasyon mahimo usab nga adunay usa ka hinungdanon nga epekto sa kalidad sa katapusan nga gibugkos nga hiniusa. Sa higayon nga mabugkos, ang mga panel sa bildo kinahanglan dili ibalhin tungod kay kini moresulta sa makita nga adhesive residue sa bildo ug mga depekto sa aktuwal nga adhesive layer. Sa katapusan, ang adhesive naayo sa UV radiation sa usa ka wavelength nga 365 nm. Aron mahimo kini, ang usa ka lampara sa UV nga adunay densidad sa gahum nga 6 mW / cm2 hinay-hinay nga gipasa sa tibuuk nga adhesive nga nawong sa 60 s.
Ang konsepto sa gaan ug napasadya nga manipis nga bildo nga composite panel nga adunay additively fabricated polymer core nga gihisgutan dinhi gituyo aron magamit sa umaabot nga mga façade. Busa, ang mga composite panel kinahanglan nga motuman sa angay nga mga sumbanan ug makab-ot ang mga kinahanglanon alang sa service limit states (SLS), ultimate strength limit states (ULS) ug safety requirements. Busa, ang mga composite panel kinahanglang luwas, lig-on, ug gahi nga makasugakod sa mga karga (sama sa mga karga sa ibabaw) nga walay pagkabuak o sobra nga deformation. Aron imbestigahan ang mekanikal nga tubag sa kaniadto nga hinimo nga manipis nga bildo nga composite panel (sama sa gihulagway sa seksyon sa Mechanical Testing), gipailalom sila sa mga pagsulay sa pagkarga sa hangin sama sa gihulagway sa sunod nga subseksyon.
Ang katuyoan sa pisikal nga pagsulay mao ang pagtuon sa mekanikal nga mga kabtangan sa mga komposit nga panel sa gawas nga mga dingding sa ilawom sa mga karga sa hangin. Niini nga katuyoan, ang mga composite panel nga gilangkuban sa usa ka 3 mm nga gibag-on nga full tempered glass outer sheet ug usa ka 14 mm nga gibag-on nga additively fabricated core (gikan sa PIPG-GF20) gihimo sama sa gihulagway sa ibabaw gamit ang Henkel Loctite AA 3345 adhesive (Fig. 7 sa wala). )). . Ang mga composite panel unya gitaod sa kahoy nga suporta nga bayanan nga adunay metal nga mga tornilyo nga gipaagi sa kahoy nga bayanan ug ngadto sa mga kilid sa nag-unang istruktura. Ang 30 nga mga screw gibutang sa palibot sa perimeter sa panel (tan-awa ang itom nga linya sa wala sa Fig. 7) aron mabag-o ang mga kondisyon sa linear nga suporta sa palibot sa perimeter kutob sa mahimo.
Ang test frame dayon gisilyohan sa gawas nga bungbong sa pagsulay pinaagi sa pagpadapat sa presyur sa hangin o pagsuyop sa hangin sa luyo sa composite panel (Figure 7, ibabaw sa tuo). Usa ka digital correlation system (DIC) ang gigamit sa pagrekord sa datos. Sa pagbuhat niini, ang gawas nga bildo sa composite panel gitabonan sa usa ka manipis nga pagkamaunat-unat sheet nga giimprinta niini uban sa usa ka pearline noise pattern (Fig. 7, ubos sa tuo). Gigamit sa DIC ang duha ka mga camera aron irekord ang relatibong posisyon sa tanan nga mga punto sa pagsukod sa tibuuk nga sulud sa baso. Duha ka mga imahe matag segundo ang girekord ug gigamit alang sa pagtimbang-timbang. Ang presyur sa lawak, nga gilibutan sa mga composite panel, nadugangan pinaagi sa usa ka fan sa 1000 Pa increments ngadto sa usa ka maximum nga bili sa 4000 Pa, mao nga ang matag lebel sa load gimintinar sa 10 segundos.
Ang pisikal nga setup sa eksperimento girepresentahan usab sa usa ka numerical nga modelo nga adunay parehas nga geometric nga dimensyon. Alang niini, gigamit ang numerical program Ansys Mechanical. Ang kinauyokan nga istruktura kay geometric mesh gamit ang SOLID 185 hexagonal nga mga elemento nga adunay 20 mm nga kilid alang sa bildo ug SOLID 187 tetrahedral nga mga elemento nga adunay 3 mm nga kilid. Aron pasimplehon ang pagmodelo, sa kini nga yugto sa pagtuon, gituohan dinhi nga ang acrylate nga gigamit mao ang labing maayo nga gahi ug nipis, ug gihubit ingon usa ka estrikto nga bugkos tali sa baso ug sa kinauyokan nga materyal.
Ang mga komposit nga mga panel gitakda sa usa ka tul-id nga linya sa gawas sa kinauyokan, ug ang bildo nga panel gipailalom sa usa ka pagkarga sa presyur sa nawong nga 4000 Pa. Bisan tuod ang mga geometric nga nonlinearities gikonsiderar sa pagmodelo, ang mga linear nga materyal nga mga modelo lamang ang gigamit niini nga yugto sa pagtuon. Bisan tuod kini usa ka balido nga pangagpas alang sa linear elastic nga tubag sa bildo (E = 70,000 MPa), sumala sa data sheet sa tiggama sa (viscoelastic) polymeric core nga materyal [17], ang linear stiffness E = 8245 MPa gigamit sa ang kasamtangan nga pagtuki kinahanglan nga hugot nga gikonsiderar ug pagatun-an sa umaabot nga panukiduki.
Ang mga resulta nga gipresentar dinhi gibana-bana nga nag-una alang sa mga deformasyon sa kinatas-ang karga sa hangin hangtod sa 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). Alang niini, ang mga hulagway nga girekord sa pamaagi sa DIC gitandi sa mga resulta sa numerical simulation (FEM) (Fig. 8, ubos sa tuo). Samtang ang usa ka sulundon nga kinatibuk-ang strain sa 0 mm nga adunay "ideal" nga mga linear nga suporta sa ngilit nga rehiyon (ie, panel perimeter) gikalkula sa FEM, ang pisikal nga pagbalhin sa ngilit nga rehiyon kinahanglan nga tagdon kung mag-evaluate sa DIC. Kini tungod sa mga pagtugot sa pag-instalar ug pagbag-o sa frame sa pagsulay ug mga selyo niini. Alang sa pagtandi, ang kasagaran nga pagbalhin sa rehiyon sa ngilit (giputol nga puti nga linya sa Fig. 8) gikuha gikan sa maximum displacement sa sentro sa panel. Ang mga displacement nga gitino sa DIC ug FEA gitandi sa Table 1 ug gipakita sa grapiko sa ibabaw nga wala nga suok sa Fig. 8.
Ang upat ka gipadapat nga lebel sa load sa eksperimental nga modelo gigamit isip control point para sa evaluation ug gi-evaluate sa FEM. Ang pinakataas nga sentral nga pagbalhin sa composite plate sa unloaded state gitino pinaagi sa DIC measurements sa load level nga 4000 Pa sa 2.18 mm. Samtang ang FEA displacements sa mas ubos nga mga karga (hangtod sa 2000 Pa) mahimo gihapon nga tukma nga mokopya sa eksperimento nga mga bili, ang non-linear nga pagtaas sa strain sa mas taas nga mga karga dili tukma nga makalkula.
Bisan pa, gipakita sa mga pagtuon nga ang mga composite panel makasugakod sa grabe nga mga karga sa hangin. Ang taas nga katig-a sa mga lightweight nga mga panel nagbarug sa partikular. Gamit ang analytical nga mga kalkulasyon base sa linear theory sa Kirchhoff plates [20], usa ka deformation sa 2.18 mm sa 4000 Pa katumbas sa deformation sa usa ka glass plate nga 12 mm ang gibag-on ubos sa samang kondisyon sa utlanan. Ingon sa usa ka resulta, ang gibag-on sa bildo (nga mao ang enerhiya intensive sa produksyon) niini nga composite panel mahimong pagkunhod ngadto sa 2 x 3mm bildo, nga moresulta sa usa ka materyal nga pagluwas sa 50%. Ang pagkunhod sa kinatibuk-ang gibug-aton sa panel naghatag og dugang nga mga benepisyo sa termino sa asembliya. Samtang ang usa ka 30 kg nga composite panel dali nga madumala sa duha ka tawo, ang usa ka tradisyonal nga 50 kg nga glass panel nanginahanglan teknikal nga suporta aron luwas nga makalihok. Aron sa tukma nga pagrepresentar sa mekanikal nga kinaiya, mas detalyado nga numerical nga mga modelo ang gikinahanglan sa umaabot nga mga pagtuon. Ang pag-analisar sa katapusan nga elemento mahimong dugang nga mapauswag gamit ang labi ka halapad nga nonlinear nga mga modelo sa materyal alang sa mga polimer ug adhesive bond modeling.
Ang pag-uswag ug pag-uswag sa mga proseso sa digital adunay hinungdanon nga papel sa pagpauswag sa pasundayag sa ekonomiya ug kalikopan sa industriya sa konstruksyon. Dugang pa, ang paggamit sa manipis nga bildo sa façades nagsaad sa enerhiya ug kahinguhaan savings ug nag-abli sa bag-ong mga posibilidad alang sa arkitektura. Bisan pa, tungod sa gamay nga gibag-on sa baso, gikinahanglan ang mga bag-ong solusyon sa disenyo aron mapalig-on ang baso. Busa, ang pagtuon nga gipresentar niini nga artikulo nagsusi sa konsepto sa mga composite panel nga hinimo gikan sa nipis nga bildo ug gihugpong nga gipalig-on nga 3D nga giimprinta nga polymer core nga mga istruktura. Ang tibuuk nga proseso sa produksiyon gikan sa disenyo hangtod sa produksiyon gi-digitize ug awtomatiko. Sa tabang sa Grasshopper, usa ka file-to-factory workflow ang naugmad aron magamit ang mga manipis nga bildo nga composite panel sa umaabot nga mga façade.
Ang paghimo sa unang prototype nagpakita sa posibilidad ug mga hagit sa robotic manufacturing. Samtang ang mga additive ug subtractive nga paggama maayo na nga nahiusa, ang hingpit nga awtomatiko nga aplikasyon sa patapot ug asembliya sa partikular nagpresentar og dugang nga mga hagit nga pagatubagon sa umaabot nga panukiduki. Pinaagi sa pasiuna nga mekanikal nga pagsulay ug kaubang finite element research modeling, gipakita nga ang gaan ug nipis nga fiberglass panels naghatag ug igong bending stiffness alang sa ilang gituyo nga façade applications, bisan ubos sa grabeng hangin load condition. Ang nagpadayon nga panukiduki sa mga tagsulat dugang nga mag-usisa sa potensyal sa digitally fabricated thin glass composite panels alang sa façade applications ug magpakita sa ilang pagka-epektibo.
Gusto sa mga tagsulat nga magpasalamat sa tanan nga mga tigsuporta nga adunay kalabotan sa kini nga trabaho sa panukiduki. Salamat sa programa sa pagpondo sa EFRE SAB nga gipondohan gikan sa mga pondo sa European Union sa porma sa grant No. 100537005. Dugang pa, ang AiF-ZIM giila alang sa pagpundo sa proyekto sa panukiduki sa Glasfur3D (gihatag nga numero ZF4123725WZ9) sa kolaborasyon sa Glaswerkstätten Glas Ahne, nga naghatag hinungdanon nga suporta alang niini nga buluhaton sa panukiduki. Sa katapusan, ang Friedrich Siemens Laboratory ug ang mga kauban niini, labi na si Felix Hegewald ug katabang sa estudyante nga si Jonathan Holzerr, nag-ila sa teknikal nga suporta ug pagpatuman sa paghimo ug pisikal nga pagsulay nga nahimong sukaranan alang niini nga papel.