La uzo de maldika vitro promesas plenumi diversajn taskojn en la konstrua industrio. Krom la mediaj avantaĝoj de pli efika uzo de resursoj, arkitektoj povas uzi maldikan vitron por atingi novajn gradojn de projektlibereco. Surbaze de la sandviĉa teorio, fleksebla maldika vitro povas esti kombinita kun 3D presita malferma ĉela polimerkerno por formi tre rigidan kaj malpezan.
kunmetitaj elementoj. Ĉi tiu artikolo prezentas esploradan provon ĉe cifereca fabrikado de maldikaj vitro-kunmetitaj fasadpaneloj uzante industriajn robotojn. Ĝi klarigas la koncepton de ciferecigado de fabrik-al-fabrikaj laborfluoj, inkluzive de komputil-helpata dezajno (CAD), inĝenieristiko (CAE), kaj fabrikado (CAM). La studo montras parametrikan dezajnprocezon, kiu ebligas senjuntan integriĝon de ciferecaj analiziloj.
Krome, ĉi tiu procezo montras la potencialon kaj defiojn de ciferece fabrikado de maldikaj vitraj kunmetitaj paneloj. Kelkaj el la fabrikaj paŝoj faritaj de industria robota brako, kiel grandformata aldonaĵa fabrikado, surfaca maŝinado, gluado kaj kunigprocezoj, estas klarigitaj ĉi tie. Fine, unuafoje, profunda kompreno de la mekanikaj propraĵoj de kunmetitaj paneloj estis akirita per eksperimentaj kaj nombraj studoj kaj taksado de la mekanikaj trajtoj de kunmetitaj paneloj sub surfaca ŝarĝo. La ĝenerala koncepto de cifereca dezajno kaj fabrikada laborfluo, same kiel la rezultoj de eksperimentaj studoj, disponigas bazon por plia integriĝo de formodifino kaj analizmetodoj, same kiel por farado de ampleksaj mekanikismaj studoj en estontaj studoj.
Ciferecaj produktadmetodoj permesas al ni plibonigi produktadon transformante tradiciajn metodojn kaj disponigante novajn dezajneblojn [1]. Tradiciaj konstrumetodoj tendencas trouzi materialojn laŭ kosto, baza geometrio kaj sekureco. Movante konstruon al fabrikoj, uzante modulan antaŭfabrikadon kaj robotikon por efektivigi novajn dezajnmetodojn, materialoj povas esti uzataj efike sen endanĝerigi sekurecon. Cifereca fabrikado permesas al ni vastigi nian dezajnan imagon por krei pli diversajn, efikajn kaj ambiciajn geometriajn formojn. Dum la dezajno kaj kalkulprocezoj estis plejparte ciferecigitaj, fabrikado kaj kunigo daŭre estas plejparte faritaj mane laŭ tradiciaj manieroj. Por trakti ĉiam pli kompleksajn liberformajn strukturojn, ciferecaj produktadprocezoj iĝas ĉiam pli gravaj. La deziro al libereco kaj projekt-fleksebleco, precipe se temas pri fasadoj, kreskas konstante. Krom la vida efiko, liberformaj fasadoj ankaŭ permesas krei pli efikajn strukturojn, ekzemple, per la uzo de membranefikoj [2]. Krome, la granda potencialo de ciferecaj produktadprocezoj kuŝas en ilia efikeco kaj la ebleco de dezajnooptimumigo.
Ĉi tiu artikolo esploras kiel cifereca teknologio povas esti uzata por dizajni kaj produkti novigan kunmetitan fasadpanelon konsistantan el aldone fabrikita polimerkerno kaj kunligitaj maldikaj vitraj eksteraj paneloj. Aldone al la novaj arkitekturaj eblecoj asociitaj kun la uzo de maldika vitro, mediaj kaj ekonomiaj kriterioj ankaŭ estis gravaj instigoj por uzi malpli da materialo por konstrui la konstruaĵkoverton. Kun klimata ŝanĝo, resursa malabundeco kaj altiĝantaj energiprezoj estontece, vitro devas esti uzata pli inteligenta. La uzo de maldika vitro malpli ol 2 mm dika de la elektronika industrio malpezigas la fasadon kaj reduktas la uzon de krudaĵoj.
Pro la alta fleksebleco de maldika vitro, ĝi malfermas novajn eblecojn por arkitekturaj aplikoj kaj samtempe prezentas novajn inĝenierajn defiojn [3,4,5,6]. Dum la nuna efektivigo de fasadprojektoj uzantaj maldikan vitron estas limigita, maldika vitro ĉiam pli estas uzita en konstruinĝenieriko kaj arkitekturaj studoj. Pro la alta kapablo de maldika vitro al elasta deformado, ĝia uzo en fasadoj postulas plifortikigitajn strukturajn solvojn [7]. Krom ekspluatado de la membranefiko pro la kurba geometrio [8], la momento de inercio ankaŭ povas esti pliigita per plurtavola strukturo konsistanta el polimerkerno kaj gluita maldika vitra ekstera folio. Ĉi tiu aliro montris promeson pro la uzo de malmola travidebla polikarbonata kerno, kiu estas malpli densa ol vitro. Krom la pozitiva mekanika ago, pliaj sekurecaj kriterioj estis plenumitaj [9].
La aliro en la sekva studo baziĝas sur la sama koncepto, sed uzante aldone fabrikitan malferma-poran diafanan kernon. Ĉi tio garantias pli altan gradon da geometria libereco kaj projekteblecoj, same kiel la integriĝon de la fizikaj funkcioj de la konstruaĵo [10]. Tiaj kunmetitaj paneloj pruvis precipe efikaj en mekanika testado [11] kaj promesas redukti la kvanton de vitro uzita je ĝis 80%. Ĉi tio ne nur reduktos la necesajn rimedojn, sed ankaŭ signife reduktos la pezon de la paneloj, tiel pliigante la efikecon de la substrukturo. Sed novaj konstruformoj postulas novajn produktadformojn. Efikaj strukturoj postulas efikajn produktadajn procezojn. Cifereca dezajno kontribuas al cifereca fabrikado. Ĉi tiu artikolo daŭrigas la antaŭan esploron de la aŭtoro prezentante studon pri la cifereca produktada procezo de maldikaj vitraj kunmetitaj paneloj por industriaj robotoj. La fokuso estas sur ciferecigo de la dosier-al-fabrika laborfluo de la unuaj grandformataj prototipoj por pliigi la aŭtomatigon de la produktada procezo.
La komponita panelo (Figuro 1) konsistas el du maldikaj vitrokovraĵoj ĉirkaŭvolvitaj ĉirkaŭ AM-polimerkerno. La du partoj estas kunligitaj per gluo. La celo de ĉi tiu dezajno estas distribui la ŝarĝon sur la tuta sekcio kiel eble plej efike. Klinĝaj momentoj kreas normalajn streĉojn en la ŝelo. Flankaj fortoj kaŭzas tondstreĉojn en la kerno kaj gluaj juntoj.
La ekstera tavolo de la sandviĉa strukturo estas farita el maldika vitro. Principe oni uzos sodan kalkan silikatan vitron. Kun cela dikeco < 2 mm, la termika hardita procezo atingas la nunan teknologian limon. Kemie fortigita aluminosilikata vitro povas esti konsiderata precipe taŭga se pli alta forto estas postulata pro dezajno (ekz. malvarme falditaj paneloj) aŭ uzo [12]. La funkcioj de lumtransdono kaj mediprotektado estos kompletigitaj per bonaj mekanikaj propraĵoj kiel bona skrapa rezisto kaj relative alta modulo de Young kompare kun aliaj materialoj uzataj en kunmetaĵoj. Pro la limigita grandeco havebla por kemie hardita maldika vitro, paneloj el plene hardita 3 mm dika sod-kalka vitro estis uzitaj por krei la unuan grandskalan prototipon.
La subtena strukturo estas konsiderata kiel forma parto de la komponita panelo. Preskaŭ ĉiuj atributoj estas trafitaj de ĝi. Danke al la metodo de aldona fabrikado, ĝi ankaŭ estas la centro de la cifereca fabrikada procezo. Termoplastoj estas prilaboritaj per fandado. Ĉi tio ebligas uzi grandan nombron da malsamaj polimeroj por specifaj aplikoj. La topologio de la ĉefaj elementoj povas esti desegnita kun malsama emfazo depende de ilia funkcio. Por ĉi tiu celo, formdezajno povas esti dividita en la sekvajn kvar dezajnkategoriojn: struktura dezajno, funkcia dezajno, estetika dezajno kaj produktaddezajno. Ĉiu kategorio povas havi malsamajn celojn, kiuj povas konduki al malsamaj topologioj.
Dum la prepara studo, kelkaj el la ĉefaj dezajnoj estis testitaj pri la taŭgeco de ilia dezajno [11]. El mekanika vidpunkto, la triperioda minimuma kernsurfaco de la giroskopo estas aparte efika. Ĉi tio provizas altan mekanikan reziston al fleksado ĉe relative malalta materiala konsumo. Aldone al la ĉelaj bazaj strukturoj reproduktitaj en la surfacregionoj, la topologio ankaŭ povas esti generita per aliaj formtrovaj teknikoj. Streslinia generacio estas unu el la eblaj manieroj optimumigi rigidecon ĉe la plej malalta ebla pezo [13]. Tamen, la kahela strukturo, vaste uzata en sandviĉaj konstruoj, estis uzata kiel deirpunkto por la disvolviĝo de la produktadlinio. Ĉi tiu baza formo kondukas al rapida progreso en produktado, precipe per facila ilvojprogramado. Ĝia konduto en kunmetitaj paneloj estis vaste studita [14, 15, 16] kaj la aspekto povas esti ŝanĝita laŭ multaj manieroj tra parametrizado kaj ankaŭ povas esti uzita por komencaj optimumigokonceptoj.
Estas multaj termoplastaj polimeroj por konsideri dum elektado de polimero, depende de la eltruda procezo uzata. Komencaj antaŭstudoj de malgrand-skalaj materialoj reduktis la nombron da polimeroj konsiderataj taŭgaj por uzo en fasadoj [11]. Polikarbonato (PC) estas promesplena pro sia varmorezisto, UV-rezisto kaj alta rigideco. Pro la kroma teknika kaj financa investo necesa por prilabori polikarbonaton, etilenglikolo modifita polietilentereftalato (PETG) kutimis produkti la unuajn prototipojn. Estas precipe facile prilabori ĉe relative malaltaj temperaturoj kun malalta risko de termika streso kaj komponentdeformado. La prototipo montrita ĉi tie estas farita el reciklita PETG nomita PIPG. La materialo estis antaŭe sekigita je 60 °C dum almenaŭ 4 h kaj prilaborita en grajnetojn kun enhavo de vitrofibro de 20% [17].
La gluo provizas fortan ligon inter la polimera kernstrukturo kaj la maldika vitra kovrilo. Kiam kunmetitaj paneloj estas submetitaj al fleksaj ŝarĝoj, la gluaj juntoj estas submetitaj al tonda streĉo. Tial, pli malmola gluo estas preferita kaj povas redukti dekliniĝon. Klaraj gluoj ankaŭ helpas disponigi altan vidan kvaliton kiam ligite al klara vitro. Alia grava faktoro dum elektado de gluaĵo estas fabrikebleco kaj integriĝo en aŭtomatigitajn produktadajn procezojn. Ĉi tie UV-kuracigaj gluoj kun flekseblaj kuracaj tempoj povas multe simpligi la poziciigon de la kovrilaj tavoloj. Surbaze de preparaj testoj, serio da gluoj estis testitaj pri sia taŭgeco por maldikaj vitro-kunmetitaj paneloj [18]. Loctite® AA 3345™ UV kuracebla akrilato [19] pruvis esti aparte taŭga por la sekva procezo.
Por utiligi la eblecojn de aldona fabrikado kaj la flekseblecon de maldika vitro, la tuta procezo estis desegnita por funkcii ciferece kaj parametrike. Grasshopper estas uzata kiel vida programa interfaco, evitante interfacojn inter malsamaj programoj. Ĉiuj disciplinoj (inĝenieristiko, inĝenieristiko kaj fabrikado) subtenos kaj kompletigos unu la alian en unu dosiero kun rekta retrosciigo de la funkciigisto. En ĉi tiu etapo de la studo, la laborfluo ankoraŭ estas evoluanta kaj sekvas la ŝablonon montritan en Figuro 2. La malsamaj celoj povas esti grupigitaj en kategorioj ene de disciplinoj.
Kvankam la produktado de sandviĉpaneloj en ĉi tiu artikolo estis aŭtomatigita kun uzant-centra dezajno kaj fabrikado preparo, la integriĝo kaj validumado de individuaj inĝenieristikiloj ne estis plene realigitaj. Surbaze de la parametrika dezajno de la geometrio de fasado, eblas desegni la eksteran ŝelon de la konstruaĵo ĉe la makronivelo (fasado) kaj mezo (fasadpaneloj). En la dua paŝo, la inĝenieristiko sugesta buklo celas taksi la sekurecon kaj taŭgecon same kiel la daŭrigeblecon de kurtenmuro fabrikado. Fine, la rezultaj paneloj estas pretaj por cifereca produktado. La programo prilaboras la evoluitan kernstrukturon en maŝinlegebla G-kodo kaj preparas ĝin por aldona fabrikado, subtrafa post-prilaborado kaj vitra ligado.
La dezajnprocezo estas pripensita sur du malsamaj niveloj. Krom la fakto, ke la makroformo de la fasadoj influas la geometrion de ĉiu kunmetita panelo, la topologio de la kerno mem ankaŭ povas esti desegnita sur la meznivelo. Kiam oni uzas parametran fasadmodelon, la formo kaj aspekto povas esti influitaj per la ekzemplaj fasadsekcioj uzante la glitilojn montritajn en Figuro 3. Tiel, la totala surfaco konsistas el uzant-difinita skalebla surfaco kiu povas esti misformita uzante punktajn altirilojn kaj modifita per precizigante minimumon kaj la maksimuman gradon de deformado. Ĉi tio disponigas altan gradon da fleksebleco en la dezajno de konstrukovertoj. Tamen, ĉi tiu grado de libereco estas limigita de teknikaj kaj fabrikaj limoj, kiuj tiam estas luditaj de la algoritmoj en la inĝenieristiko.
Aldone al la alteco kaj larĝo de la tuta fasado, la dividado de la fasadpaneloj estas determinita. Koncerne individuajn fasadpanelojn, ili povas esti difinitaj pli precize ĉe la meznivelo. Ĉi tio influas la topologion de la kernstrukturo mem, same kiel la dikecon de la vitro. Ĉi tiuj du variabloj, same kiel la grandeco de la panelo, havas gravan rilaton kun mekanika inĝenierada modeligado. La dezajno kaj disvolviĝo de la tuta makro- kaj mezo-nivelo povas esti efektivigitaj laŭ optimumigo en la kvar kategorioj de strukturo, funkcio, estetiko kaj produkta dezajno. Uzantoj povas evoluigi la ĝeneralan aspekton kaj senton de la konstruaĵkoverto prioritatante ĉi tiujn areojn.
La projekto estas subtenata de la inĝenieristikparto uzante retroscian buklon. Tiucele, celoj kaj limkondiĉoj estas difinitaj en la optimumiga kategorio montrita en Fig. 2. Ili disponigas koridorojn kiuj estas teknike realigeblaj, fizike solidaj, kaj sekuraj por konstrui de inĝenieristiko-perspektivo, kiu havas signifan efikon al dezajno. Ĉi tio estas la deirpunkto por diversaj iloj, kiuj povas esti integritaj rekte en Grasshopper. En pliaj esploroj, mekanikaj trajtoj povas esti taksitaj uzante Finite Element Analysis (FEM) aŭ eĉ analizajn kalkulojn.
Krome, studoj pri suna radiado, analizo de vidlinio kaj modeligado de daŭro de sunbrilo povas taksi la efikon de kunmetitaj paneloj al konstrufiziko. Gravas ne tro limigi la rapidecon, efikecon kaj flekseblecon de la dezajnprocezo. Kiel tia, la rezultoj akiritaj ĉi tie estis dizajnitaj por disponigi plian gvidadon kaj subtenon al la dezajnprocezo kaj ne estas anstataŭaĵo por detala analizo kaj pravigo ĉe la fino de la dezajnprocezo. Ĉi tiu strategia plano metas la fundamenton por plia kategoria esplorado por pruvitaj rezultoj. Ekzemple, malmulto ankoraŭ estas konata ĉirkaŭ la mekanika konduto de kunmetitaj paneloj sub diversaj ŝarĝo kaj subtenkondiĉoj.
Post kiam la dezajno kaj inĝenierado estas kompletaj, la modelo estas preta por cifereca produktado. La procezo de fabrikado estas dividita en kvar subetapoj (Fig. 4). Unue, la ĉefa strukturo estis aldone fabrikita uzante grandskalan robotan 3D-presan instalaĵon. La surfaco tiam estas muelita uzante la saman robotsistemon por plibonigi la surfackvaliton necesan por bona ligado. Post muelado, la gluo estas aplikata laŭ la kernstrukturo uzante speciale desegnitan dozsistemon muntitan sur la sama robota sistemo uzata por la presado kaj muelado. Fine, la vitro estas instalita kaj metita antaŭ UV-kuracado de la kunligita junto.
Por aldonaĵproduktado, la difinita topologio de la subesta strukturo devas esti tradukita en CNC maŝinlingvon (GCode). Por unuformaj kaj altkvalitaj rezultoj, la celo estas presi ĉiun tavolon sen ke la extruder-ajuto defalu. Ĉi tio malhelpas nedeziratan superpremon ĉe la komenco kaj fino de la movado. Tial, kontinua trajektoria generaciomanuskripto estis skribita por la ĉelpadrono estanta uzita. Ĉi tio kreos parametrikan kontinuan polilinion kun la samaj komencaj kaj finpunktoj, kiu adaptiĝas al la elektita panela grandeco, nombro kaj grandeco de mielĉelaroj laŭ dezajno. Krome, parametroj kiel linilarĝo kaj linialteco povas esti specifitaj antaŭ metado de linioj por atingi la deziratan altecon de la ĉefa strukturo. La sekva paŝo en la skripto estas skribi la G-kodajn komandojn.
Ĉi tio estas farita registrante la koordinatojn de ĉiu punkto sur la linio kun pliaj maŝinaj informoj kiel aliaj rilataj aksoj por poziciigado kaj eltruda volumo-kontrolo. La rezulta G-kodo tiam povas esti transdonita al produktadmaŝinoj. En ĉi tiu ekzemplo, Comau NJ165 industria robota brako sur lineara relo estas uzata por kontroli CEAD E25-ekstrudilon laŭ la G-kodo (Figuro 5). La unua prototipo uzis postindustrian PETG kun enhavo de vitrofibro de 20%. Koncerne mekanikajn provojn, la cela grandeco estas proksima al la grandeco de la konstrua industrio, do la dimensioj de la ĉefa elemento estas 1983 × 876 mm kun 6 × 4 kahelaj ĉeloj. 6 mm kaj 2 mm alta.
Preparaj provoj montris, ke ekzistas diferenco en gluforto inter gluo kaj 3D presa rezino depende de ĝiaj surfacaj propraĵoj. Por fari tion, testspecimenoj de aldonaĵproduktado estas gluitaj aŭ lamenigitaj al vitro kaj submetitaj al streĉiĝo aŭ tondo. Dum prepara mekanika prilaborado de la polimera surfaco per muelado, la forto signife pliiĝis (Fig. 6). Krome, ĝi plibonigas la platecon de la kerno kaj malhelpas difektojn kaŭzitajn de tro-extrudado. La UV kuracebla LOCTITE® AA 3345™ [19] akrilato ĉi tie uzata estas sentema al pretigaj kondiĉoj.
Ĉi tio ofte rezultigas pli altan norman devion por la ligaj testprovaĵoj. Post aldona fabrikado, la kernstrukturo estis muelita sur profila frezmaŝino. La G-kodo necesa por ĉi tiu operacio estas aŭtomate generita de ilvojoj jam kreitaj por la 3D-presa procezo. La kernstrukturo devas esti presita iomete pli alta ol la celita kernalteco. En ĉi tiu ekzemplo, la 18 mm dika kernstrukturo estis reduktita al 14 mm.
Ĉi tiu parto de la produktada procezo estas grava defio por plena aŭtomatigo. La uzo de gluoj postulas altajn postulojn pri la precizeco kaj precizeco de maŝinoj. La pneŭmatika doza sistemo estas uzata por apliki la gluon laŭ la kerna strukturo. Ĝi estas gvidata de la roboto laŭ la muelanta surfaco laŭ la difinita ila vojo. Rezultas, ke anstataŭigi la tradician disvastigan pinton per peniko estas precipe avantaĝa. Tio permesas al malaltaj viskozecaj gluoj esti liverita unuforme laŭ volumeno. Ĉi tiu kvanto estas determinita de la premo en la sistemo kaj la rapideco de la roboto. Por pli granda precizeco kaj alta ligokvalito, malaltaj vojaĝrapidecoj de 200 ĝis 800 mm/min estas preferitaj.
Akrilato kun meza viskozeco de 1500 mPa*s estis aplikita al la muro de la polimera kerno 6 mm larĝa uzante dozigan broson kun interna diametro de 0,84 mm kaj brosan larĝon de 5 ĉe aplikata premo de 0,3 ĝis 0,6 mbar. mm. La gluo tiam estas disvastigita sur la surfaco de la substrato kaj formas 1 mm dikan tavolon pro surfaca tensio. La preciza determino de la glua dikeco ankoraŭ ne povas esti aŭtomatigita. La daŭro de la procezo estas grava kriterio por elekti gluon. La kernstrukturo produktita ĉi tie havas traklongon de 26 m kaj tial aplikada tempo de 30 ĝis 60 minutoj.
Post apliki la gluon, instalu la duoblan vitran fenestron en loko. Pro la malalta dikeco de la materialo, maldika vitro jam forte misformiĝas pro sia propra pezo kaj tial devas esti poziciigita kiel eble plej egale. Por tio oni uzas pneŭmatikajn vitrajn suĉujojn kun tempdispertigitaj suĉujoj. Ĝi estas metita sur la komponenton uzante gruon, kaj estonte povas esti metita rekte uzante robotojn. La vitroplato estis metita paralela al la surfaco de la kerno sur la gluan tavolon. Pro la pli malpeza pezo, plia vitra plato (4 ĝis 6 mm dika) pliigas la premon sur ĝi.
La rezulto devus esti kompleta malsekigado de la vitrosurfaco laŭ la kernstrukturo, kiel povas esti juĝita de komenca vida inspektado de videblaj kolordiferencoj. La aplika procezo ankaŭ povas havi signifan efikon al la kvalito de la fina kunligita junto. Post kiam ligite, la vitropaneloj ne devas esti movitaj ĉar tio rezultigos videblan glurestaĵon sur la vitro kaj difektoj en la fakta glutavolo. Finfine, la gluo estas resanigita kun UV-radiado ĉe ondolongo de 365 nm. Por fari tion, UV-lampo kun potenca denseco de 6 mW/cm2 estas iom post iom trapasita sur la tuta glusurfaco dum 60 s.
La koncepto de malpezaj kaj agordeblaj maldikaj vitraj kunmetitaj paneloj kun aldone fabrikita polimerkerno diskutita ĉi tie estas celita por uzo en estontaj fasadoj. Tiel, kunmetitaj paneloj devas observi aplikeblajn normojn kaj plenumi la postulojn por servolimoŝtatoj (SLS), finfinaj fortaj limŝtatoj (ULS) kaj sekurecpostuloj. Tial, kunmetitaj paneloj devas esti sufiĉe sekuraj, fortaj kaj rigidaj por elteni ŝarĝojn (kiel surfacajn ŝarĝojn) sen rompiĝi aŭ troa deformado. Por esplori la mekanikan respondon de antaŭe fabrikitaj maldikaj vitraj kunmetitaj paneloj (kiel priskribite en la sekcio de Mekanika Testado), ili estis submetitaj al provoj de ventoŝarĝo kiel priskribite en la sekva subfako.
La celo de fizika testado estas studi la mekanikajn trajtojn de kunmetitaj paneloj de eksteraj muroj sub ventoŝarĝoj. Tiucele, komponitaj paneloj konsistantaj el 3 mm dika plena vitra ekstera folio kaj 14 mm dika aldone fabrikita kerno (de PIPG-GF20) estis fabrikitaj kiel priskribite supre uzante Henkel Loctite AA 3345-gluon (Fig. 7 maldekstre). )). . La kunmetitaj paneloj tiam estas alkroĉitaj al la ligna subtenkadro per metalŝraŭboj kiuj estas movitaj tra la lignokadro kaj en la flankojn de la ĉefstrukturo. 30 ŝraŭboj estis metitaj ĉirkaŭ la perimetro de la panelo (vidu la nigran linion maldekstre en Fig. 7) por reprodukti la lineajn subtenkondiĉojn ĉirkaŭ la perimetro kiel eble plej proksime.
La testkadro tiam estis sigelita al la ekstera testmuro aplikante ventopremon aŭ ventosuĉon malantaŭ la kunmetita panelo (Figuro 7, supre dekstre). Cifereca korelacia sistemo (DIC) estas uzata por registri datumojn. Por fari tion, la ekstera vitro de la kunmetita panelo estas kovrita per maldika elasta folio presita sur ĝi kun perla brua ŝablono (Fig. 7, malsupre dekstre). DIC uzas du fotilojn por registri la relativan pozicion de ĉiuj mezurpunktoj sur la tuta vitra surfaco. Du bildoj je sekundo estis registritaj kaj uzataj por taksado. La premo en la ĉambro, ĉirkaŭita de kunmetitaj paneloj, estas pliigita per ventumilo en 1000 Pa-pliigoj ĝis maksimuma valoro de 4000 Pa, tiel ke ĉiu ŝarĝnivelo estas konservita dum 10 sekundoj.
La fizika aranĝo de la eksperimento ankaŭ estas reprezentita per nombra modelo kun la samaj geometriaj grandecoj. Por tio, la nombra programo Ansys Mechanical estas uzata. La kernstrukturo estis geometria maŝo uzanta SOLID 185 sesangulajn elementojn kun 20 mm flankoj por vitro kaj SOLID 187 kvaredraj elementoj kun 3 mm flankoj. Por simpligi modeligadon, en ĉi tiu stadio de la studo, estas supozite ĉi tie ke la akrilato uzita estas ideale rigida kaj maldika, kaj estas difinita kiel rigida ligo inter la vitro kaj la kernmaterialo.
La kunmetitaj paneloj estas fiksitaj en rekta linio ekster la kerno, kaj la vitra panelo estas submetita al surfaca prema ŝarĝo de 4000 Pa. Kvankam geometriaj neliniarecoj estis enkalkulitaj en la modeligado, nur liniaj materialaj modeloj estis uzataj en ĉi tiu etapo de la studi. Kvankam ĉi tio estas valida supozo por la linia elasta respondo de vitro (E = 70,000 MPa), laŭ la datenfolio de la fabrikisto de la (viskoelasta) polimera kernmaterialo [17], la lineara rigideco E = 8245 MPa estis uzita en la nuna analizo estu rigore konsiderata kaj estos studita en estonta esplorado.
La rezultoj ĉi tie prezentitaj estas taksitaj ĉefe por deformadoj ĉe maksimumaj ventoŝarĝoj ĝis 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). Por tio, la bildoj registritaj per la DIC-metodo estis komparitaj kun la rezultoj de nombra simulado (FEM) (Fig. 8, malsupre dekstre). Dum ideala totala streĉo de 0 mm kun "idealaj" liniaj subtenoj en la randregiono (te, panelperimetro) estas kalkulita en la FEM, la fizika delokiĝo de la randregiono devas esti enkalkulita dum taksado de la DIC. Ĉi tio estas pro instalaj toleremoj kaj deformado de la testa kadro kaj ĝiaj stampoj. Por komparo, la meza movo en la randregiono (strekita blanka linio en Fig. 8) estis subtrahita de la maksimuma movo en la centro de la panelo. La movoj determinitaj de DIC kaj FEA estas komparitaj en Tabelo 1 kaj estas montritaj grafike en la supra maldekstra angulo de Fig.
La kvar aplikataj ŝarĝniveloj de la eksperimenta modelo estis utiligitaj kiel kontrolpunktoj por taksado kaj taksitaj en la FEM. La maksimuma centra movo de la kunmetaĵa plato en la malŝarĝita stato estis determinita per DIC-mezuradoj ĉe ŝarĝnivelo de 4000 Pa ĉe 2.18 mm. Dum FEA-delokiĝoj ĉe pli malaltaj ŝarĝoj (ĝis 2000 Pa) daŭre povas precize reprodukti eksperimentajn valorojn, la ne-linia pliiĝo en trostreĉiĝo ĉe pli altaj ŝarĝoj ne povas esti precize kalkulita.
Tamen, studoj montris ke kunmetitaj paneloj povas elteni ekstremajn ventoŝarĝojn. La alta rigideco de la malpezaj paneloj elstaras precipe. Uzante analizajn kalkulojn bazitajn sur la lineara teorio de Kirchhoff-platoj [20], deformado de 2,18 mm je 4000 Pa egalrilatas al la deformado de ununura vitroplato 12 mm dika sub la samaj limkondiĉoj. Kiel rezulto, la dikeco de la vitro (kiu estas energiintensa en produktado) en ĉi tiu kunmetita panelo povas esti reduktita al 2 x 3mm vitro, rezultigante materialan ŝparadon de 50%. Redukti la totalan pezon de la panelo provizas pliajn avantaĝojn rilate al muntado. Dum 30 kg kunmetita panelo povas facile esti pritraktita de du homoj, tradicia 50 kg vitra panelo postulas teknikan subtenon por moviĝi sekure. Por precize reprezenti la mekanikan konduton, pli detalaj nombraj modeloj estos postulataj en estontaj studoj. Finhava elementanalizo povas esti plue plifortigita kun pli ampleksaj neliniaj materialaj modeloj por polimeroj kaj adhesiva obligaciomodeligado.
La evoluo kaj plibonigo de ciferecaj procezoj ludas ŝlosilan rolon en plibonigo de ekonomia kaj media rendimento en la konstruindustrio. Krome, la uzo de maldika vitro en fasadoj promesas ŝparojn de energio kaj resursoj kaj malfermas novajn eblecojn por arkitekturo. Tamen, pro la malgranda dikeco de la vitro, novaj dezajnosolvoj estas postulataj por adekvate plifortigi la vitron. Tial, la studo prezentita en ĉi tiu artikolo esploras la koncepton de kunmetitaj paneloj faritaj el maldika vitro kaj kunligitaj plifortigitaj 3D presitaj polimeraj kernaj strukturoj. La tuta produktada procezo de dezajno ĝis produktado estis ciferecigita kaj aŭtomatigita. Kun la helpo de Grasshopper, dosiero-al-fabrika laborfluo estis evoluigita por ebligi la uzon de maldikaj vitraj kunmetitaj paneloj en estontaj fasadoj.
La produktado de la unua prototipo montris la fareblecon kaj defiojn de robotproduktado. Dum aldonaĵa kaj subtraha fabrikado jam estas bone integrita, plene aŭtomatigita glua apliko kaj kunigo precipe prezentas kromajn defiojn por esti traktitaj en estonta esplorado. Tra prepara mekanika testado kaj rilata finhava elementa esplormodeligado, estis montrite ke malpezaj kaj maldikaj vitrofibropaneloj disponigas sufiĉan fleksadrigidecon por siaj celitaj fasadaplikoj, eĉ sub ekstremaj ventoŝarĝkondiĉoj. La daŭranta esplorado de la aŭtoroj plu esploros la potencialon de ciferece fabrikitaj maldikaj vitraj kunmetitaj paneloj por fasadaplikoj kaj pruvos ilian efikecon.
La aŭtoroj ŝatus danki ĉiujn subtenantojn asociitajn kun ĉi tiu esplorlaboro. Danke al la programo de financado de EFRE SAB financita el fonduso de Eŭropa Unio en formo de subvencio n-ro por havigi financajn rimedojn por la aĉeto de manipulilo kun ekstrudisto kaj muelilo. 100537005. Krome, AiF-ZIM estis rekonita pro financado de la esplorprojekto Glasfur3D (subvencio numero ZF4123725WZ9) kunlabore kun Glaswerkstätten Glas Ahne, kiu disponigis gravan subtenon por tiu esplorlaboro. Fine, la Laboratorio Friedrich Siemens kaj ĝiaj kunlaborantoj, precipe Felix Hegewald kaj studenta asistanto Jonathan Holzerr, agnoskas la teknikan subtenon kaj efektivigon de la fabrikado kaj fizika testado, kiuj formis la bazon por ĉi tiu artikolo.
Afiŝtempo: Aŭg-04-2023