Pamakéan kaca ipis janji pikeun minuhan sagala rupa pancén dina industri konstruksi. Salian mangpaat lingkungan tina pamakéan leuwih efisien sumberdaya, arsiték bisa ngagunakeun kaca ipis pikeun ngahontal derajat anyar kabebasan desain. Dumasar téori sandwich, kaca ipis fléksibel bisa digabungkeun jeung 3D dicitak-sél kabuka polimér inti pikeun ngabentuk pisan kaku jeung lightweight.
unsur komposit. Artikel ieu nampilkeun usaha éksplorasi dina fabrikasi digital panel fasad kaca-komposit ipis ngagunakeun robot industri. Éta ngajelaskeun konsép digitalisasi alur kerja pabrik-ka-pabrik, kalebet desain anu dibantuan komputer (CAD), rékayasa (CAE), sareng manufaktur (CAM). Panaliti nunjukkeun prosés desain parametrik anu ngamungkinkeun integrasi anu mulus tina alat analisis digital.
Salaku tambahan, prosés ieu nunjukkeun poténsi sareng tantangan pikeun ngahasilkeun panél komposit kaca ipis sacara digital. Sababaraha léngkah manufaktur anu dilakukeun ku panangan robot industri, sapertos manufaktur aditif format ageung, machining permukaan, gluing sareng prosés assembly, dipedar di dieu. Tungtungna, pikeun kahiji kalina, pamahaman jero ngeunaan sipat mékanis panel komposit geus diala ngaliwatan studi ékspérimén jeung numeris jeung evaluasi sipat mékanis tina panels komposit handapeun loading permukaan. Konsep sakabéh desain digital sarta workflow fabrikasi, kitu ogé hasil studi ékspérimén, nyadiakeun dasar pikeun integrasi salajengna tina harti bentuk jeung métode analisis, kitu ogé pikeun ngalakonan studi mechanistic éksténsif dina studi hareup.
Métode manufaktur digital ngamungkinkeun urang pikeun ningkatkeun produksi ku cara ngarobih metode tradisional sareng nyayogikeun kemungkinan desain anyar [1]. Métode wangunan tradisional condong overuse bahan dina watesan biaya, géométri dasar, jeung kaamanan. Ku mindahkeun konstruksi ka pabrik, ngagunakeun prefabrication modular jeung robotics pikeun nerapkeun métode desain anyar, bahan bisa dipaké éfisién tanpa compromising kaamanan. Manufaktur digital ngamungkinkeun urang pikeun ngalegaan imajinasi desain urang pikeun nyiptakeun bentuk geometri anu langkung beragam, efisien sareng ambisius. Nalika desain sareng prosés itungan parantos didigitalkeun, manufaktur sareng perakitan masih seueur dilakukeun ku tangan ku cara tradisional. Pikeun ngatasi struktur bentuk bébas anu beuki kompleks, prosés manufaktur digital janten langkung penting. Kahayang pikeun kabébasan sareng kalenturan desain, khususna ngeunaan fasad, terus ningkat. Salian éfék visual, facades wangun bébas ogé ngidinan Anjeun pikeun nyieun struktur leuwih efisien, contona, ngaliwatan pamakéan épék mémbran [2]. Salaku tambahan, poténsi ageung prosés manufaktur digital perenahna dina efisiensi sareng kamungkinan optimasi desain.
Tulisan ieu ngajalajah kumaha téknologi digital tiasa dianggo pikeun ngarancang sareng ngadamel panel adul komposit inovatif anu diwangun ku inti polimér anu didamel aditif sareng panél luar kaca ipis anu kabeungkeut. Salian kamungkinan arsitéktur anyar anu aya hubunganana sareng panggunaan kaca ipis, kriteria lingkungan sareng ékonomi ogé janten motivasi penting pikeun ngagunakeun bahan anu kirang pikeun ngawangun amplop wangunan. Kalayan parobihan iklim, kakurangan sumber daya sareng naékna harga énergi di hareup, gelas kedah dianggo langkung pinter. Pamakéan kaca ipis kirang ti 2 mm kandel ti industri éléktronika ngajadikeun fasad lampu sarta ngurangan pamakéan bahan baku.
Alatan kalenturan luhur kaca ipis, éta muka nepi kemungkinan anyar pikeun aplikasi arsitéktur sarta dina waktos anu sareng penah tantangan rékayasa anyar [3,4,5,6]. Nalika palaksanaan proyék fasad ayeuna nganggo kaca ipis diwatesan, kaca ipis beuki dianggo dina rékayasa sipil sareng studi arsitéktur. Kusabab kamampuan kaca ipis anu luhur pikeun deformasi elastis, panggunaanana dina facades peryogi solusi struktural anu dikuatkeun [7]. Salian ti mangpaatkeun éfék mémbran alatan géométri melengkung [8], momen inersia ogé bisa ngaronjat ku struktur multilayer diwangun ku inti polimér sarta glued kaca ipis lambaran luar. Pendekatan ieu nunjukkeun janji kusabab panggunaan inti polikarbonat transparan anu keras, anu kirang padet tibatan kaca. Salian tindakan mékanis anu positip, kriteria kaamanan tambahan dicumponan [9].
Pendekatan dina ulikan di handap ieu dumasar kana konsép anu sarua, tapi ngagunakeun hiji aditif fabricated open-pori tembus inti. Ieu ngajamin gelar luhur kabebasan geometri sarta kemungkinan desain, kitu ogé integrasi fungsi fisik wangunan [10]. Panel komposit sapertos kitu parantos kabuktosan sacara efektif dina uji mékanis [11] sareng janji bakal ngirangan jumlah gelas anu dianggo dugi ka 80%. Ieu henteu ngan ukur ngirangan sumber daya anu diperyogikeun, tapi ogé sacara signifikan ngirangan beurat panél, ku kituna ningkatkeun efisiensi substruktur. Tapi bentuk anyar konstruksi merlukeun formulir anyar produksi. Struktur efisien merlukeun prosés manufaktur efisien. Desain digital nyumbang kana manufaktur digital. Tulisan ieu neraskeun panilitian panulis sateuacana ku nampilkeun ulikan ngeunaan prosés manufaktur digital panel komposit kaca ipis pikeun robot industri. Fokusna nyaéta pikeun digitalisasi alur kerja file-ka-pabrik tina prototipe format ageung munggaran pikeun ningkatkeun otomatisasi prosés manufaktur.
Panel komposit (gambar 1) diwangun ku dua overlay kaca ipis dibungkus sabudeureun hiji inti polimér AM. Dua bagian disambungkeun ku lem. Tujuan desain ieu pikeun ngadistribusikaeun beban leuwih sakabéh bagian sakumaha éfisién mungkin. Momen bending nyiptakeun tekanan normal dina cangkang. Gaya lateral ngabalukarkeun tegangan geser dina inti jeung sambungan napel.
Lapisan luar struktur sandwich dijieunna tina kaca ipis. Sacara prinsip, gelas silikat soda-kapur bakal dianggo. Kalayan ketebalan target <2 mm, prosés tempering termal ngahontal wates téknologi ayeuna. Kaca aluminosilikat anu dikuatkeun sacara kimiawi tiasa dianggap cocog upami kakuatan anu langkung ageung diperyogikeun kusabab desain (contona panél anu narilep tiis) atanapi dianggo [12]. Fungsi transmisi cahaya sareng perlindungan lingkungan bakal dilengkepan ku sipat mékanis anu saé sapertos résistansi goresan anu saé sareng modulus Young anu kawilang luhur dibandingkeun bahan-bahan sanés anu dianggo dina komposit. Alatan ukuran kawates sadia pikeun kaca ipis kimia toughened, panels pinuh tempered 3 mm kandel kaca soda-kapur dipaké pikeun nyieun prototipe badag skala munggaran.
Struktur pendukung dianggap salaku bagian ngawangun panel komposit. Ampir kabéh atribut kapangaruhan ku eta. Hatur nuhun kana metode manufaktur aditif, éta ogé pusat prosés manufaktur digital. Thermoplastics diolah ku fusing. Hal ieu ngamungkinkeun ngagunakeun sajumlah badag polimér béda pikeun aplikasi husus. Topologi unsur-unsur utama tiasa dirarancang kalayan tekenan anu béda-béda gumantung kana fungsina. Pikeun tujuan ieu, desain bentuk tiasa dibagi kana opat kategori desain ieu: desain struktural, desain fungsional, desain éstétis, sareng desain produksi. Unggal kategori tiasa gaduh tujuan anu béda, anu tiasa nyababkeun topologi anu béda.
Salila ulikan awal, sababaraha desain utama diuji pikeun kasaluyuan desain maranéhanana [11]. Tina sudut pandang mékanis, permukaan inti minimum tilu période tina giroskop sabagian efektif. Ieu nyadiakeun résistansi mékanis tinggi mun bending dina konsumsi bahan rélatif low. Salian struktur dasar sélular anu dihasilkeun di daérah permukaan, topologi ogé tiasa dibangkitkeun ku téknik milarian bentuk anu sanés. Generasi garis setrés mangrupikeun salah sahiji cara anu mungkin pikeun ngaoptimalkeun kaku dina beurat panghandapna [13]. Sanajan kitu, struktur sayang madu, loba dipaké dina constructions sandwich, geus dipaké salaku titik awal pikeun ngembangkeun garis produksi. Bentuk dasar ieu nyababkeun kamajuan gancang dina produksi, khususna ngaliwatan program toolpath anu gampang. Paripolahna dina panel komposit parantos diulik sacara éksténsif [14, 15, 16] sareng penampilanna tiasa dirobih ku sababaraha cara ngalangkungan parameterisasi sareng ogé tiasa dianggo pikeun konsép optimasi awal.
Aya seueur polimér termoplastik anu kedah dipertimbangkeun nalika milih polimér, gumantung kana prosés ékstrusi anu dianggo. Studi awal awal bahan skala leutik parantos ngirangan jumlah polimér anu dianggap cocog pikeun dianggo dina fasad [11]. Polycarbonate (PC) ngajangjikeun kusabab résistansi panas, résistansi UV sareng kaku anu luhur. Alatan investasi teknis jeung finansial tambahan diperlukeun pikeun ngolah polikarbonat, étiléna glikol dirobah poliétilén terephthalate (PETG) dipaké pikeun ngahasilkeun prototipe munggaran. Ieu utamana gampang pikeun ngolah dina suhu rélatif low kalawan resiko low stress termal jeung deformasi komponén. Prototipe anu dipidangkeun di dieu didamel tina PETG daur ulang anu disebut PIPG. Bahan ieu preliminarily garing dina 60 ° C salila sahenteuna 4 h sarta diolah jadi granules kalawan eusi serat gelas 20% [17].
napel nyadiakeun beungkeut kuat antara struktur inti polimér jeung tutup kaca ipis. Nalika panel komposit ngalaman beban bending, sendi napel anu subjected kana stress geser. Ku alatan éta, napel harder leuwih hade jeung bisa ngurangan deflection. Perekat anu jelas ogé ngabantosan nyayogikeun kualitas visual anu luhur nalika kabeungkeut kana kaca anu jelas. Faktor penting anu sanés nalika milih napel nyaéta kamampuan sareng integrasi kana prosés produksi otomatis. Di dieu elém curing UV kalayan waktos curing anu fleksibel tiasa nyederhanakeun posisi lapisan panutup. Dumasar tés awal, séri napel diuji pikeun cocogna pikeun panél komposit kaca ipis [18]. Loctite® AA 3345™ UV curable acrylate [19] kabuktian cocog pisan pikeun prosés di handap ieu.
Pikeun ngamangpaatkeun kamungkinan manufaktur aditif jeung kalenturan kaca ipis, sakabéh prosés dirancang pikeun digawé digital sarta parametrically. Grasshopper dipaké salaku panganteur programming visual, Ngahindarkeun interfaces antara program béda. Kabéh disiplin (rékayasa, rékayasa jeung manufaktur) bakal ngarojong tur ngalengkepan silih dina hiji file kalawan eupan balik langsung ti operator. Dina tahap ulikan ieu, workflow masih dina ngembangkeun sarta nuturkeun pola ditémbongkeun dina Gambar 2. Tujuan béda bisa dikelompokkeun kana kategori dina disiplin.
Sanajan produksi panels sandwich dina makalah ieu geus otomatis kalawan desain-centric pamaké sarta préparasi fabrikasi, integrasi jeung validasi parabot rékayasa individu teu acan pinuh sadar. Dumasar kana desain paramétrik géométri fasad, mungkin pikeun ngarancang cangkang luar wangunan dina tingkat makro (fasad) sareng meso (panél fasad). Dina lengkah kadua, loop eupan balik rékayasa boga tujuan pikeun evaluate kasalametan jeung suitability ogé viability tina fabrikasi témbok curtain. Tungtungna, panél anu dihasilkeun siap pikeun produksi digital. Program éta ngolah struktur inti anu dikembangkeun dina kode G anu tiasa dibaca ku mesin sareng nyiapkeun pikeun manufaktur aditif, pamrosésan subtractive sareng beungkeutan kaca.
Prosés desain dianggap dina dua tingkat béda. Salian kanyataan yén bentuk makro facades mangaruhan géométri unggal panel komposit, topologi inti sorangan ogé bisa dirancang dina tingkat meso. Lamun maké modél adul paramétrik, bentuk jeung penampilan bisa dipangaruhan ku conto bagian adul ngagunakeun sliders ditémbongkeun dina Gambar 3. Ku kituna, total beungeut diwangun ku permukaan scalable-diartikeun pamaké nu bisa deformed maké titik attractors tur dirobah ku nangtukeun minimum jeung maksimum darajat deformasi. Ieu nyadiakeun tingkat luhur kalenturan dina desain amplop wangunan. Tapi, darajat kabébasan ieu diwatesan ku konstrain téknis sareng manufaktur, anu teras dimaénkeun ku algoritma dina bagian rékayasa.
Salian jangkungna sarta rubak sakabéh adul, division tina panels fasad ditangtukeun. Sedengkeun pikeun panels fasad individu, aranjeunna tiasa ditetepkeun langkung tepat dina tingkat meso. Ieu mangaruhan topologi struktur inti sorangan, kitu ogé ketebalan kaca. Dua variabel ieu, kitu ogé ukuran panel, boga hubungan penting jeung modeling rékayasa mékanis. Rarancang sareng pamekaran sadaya tingkat makro sareng meso tiasa dilaksanakeun tina segi optimasi dina opat kategori struktur, fungsi, éstétika sareng desain produk. Pamaké bisa ngamekarkeun sakabéh tampilan jeung ngarasakeun tina amplop wangunan ku prioritizing wewengkon ieu.
Proyék dirojong ku bagian rékayasa nganggo loop umpan balik. Pikeun tujuan ieu, tujuan jeung kaayaan wates diartikeun dina kategori optimasi ditémbongkeun dina Gbr. 2. Aranjeunna nyadiakeun koridor anu téhnisna meujeuhna, fisik sora, tur aman pikeun ngawangun ti sudut pandang rékayasa, nu boga dampak signifikan dina desain. Ieu mangrupikeun titik awal pikeun sababaraha alat anu tiasa diintegrasikeun langsung kana Grasshopper. Dina panilitian salajengna, sipat mékanis tiasa dievaluasi nganggo Analisis Unsur Terhingga (FEM) atanapi bahkan itungan analitik.
Sajaba ti éta, studi radiasi panonpoé, analisis garis-of-sight, sarta modeling lila cahaya panonpoe bisa evaluate dampak panels komposit dina fisika wangunan. Kadé ulah overly ngawatesan speed, efisiensi sarta kalenturan tina prosés desain. Sapertos kitu, hasil anu dicandak di dieu parantos dirarancang pikeun masihan pituduh sareng dukungan tambahan pikeun prosés desain sareng sanés gaganti pikeun analisa sareng leresan lengkep dina ahir prosés desain. Rencana strategis ieu nempatkeun dasar pikeun panalungtikan categorical salajengna pikeun hasil anu kabuktian. Salaku conto, sakedik dipikanyaho ngeunaan paripolah mékanis panel komposit dina sababaraha kaayaan beban sareng dukungan.
Saatos desain sareng rékayasa parantos réngsé, modél parantos siap pikeun produksi digital. Prosés manufaktur dibagi kana opat sub-tahap (Gbr. 4). Kahiji, struktur utama ieu aditif fabriced maké fasilitas percetakan 3D robotic skala badag. Beungeutna lajeng giling ngagunakeun sistem robotic sarua pikeun ngaronjatkeun kualitas permukaan diperlukeun pikeun beungkeutan alus. Saatos panggilingan, napel diterapkeun sapanjang struktur inti ngagunakeun sistem dosing dirancang husus dipasang dina sistem robotic sarua dipaké pikeun percetakan jeung prosés panggilingan. Tungtungna, gelas dipasang sareng disimpen sateuacan ngarawat UV tina gabungan anu kabeungkeut.
Pikeun manufaktur aditif, topologi anu ditetepkeun tina struktur dasarna kedah ditarjamahkeun kana basa mesin CNC (GCode). Pikeun hasil seragam jeung kualitas luhur, tujuanana pikeun nyitak unggal lapisan tanpa nozzle extruder ragrag kaluar. Ieu nyegah overpressure nu teu dihoyongkeun dina mimiti jeung ahir gerakan. Ku alatan éta, skrip generasi lintasan kontinyu ditulis pikeun pola sél anu dianggo. Ieu bakal nyiptakeun polyline kontinyu parametrik sareng titik awal sareng tungtung anu sami, anu nyaluyukeun kana ukuran panel anu dipilih, jumlah sareng ukuran honeycombs sakumaha per desain. Sajaba ti éta, parameter kayaning lebar garis tur jangkungna garis bisa dieusian saméméh peletakan garis pikeun ngahontal jangkungna dipikahoyong tina struktur utama. Lengkah saterusna dina naskah nyaéta nulis paréntah G-kode.
Hal ieu dilakukeun ku ngarekam koordinat unggal titik dina garis kalawan informasi mesin tambahan kayaning sumbu relevan séjén pikeun positioning jeung kontrol volume Tonjolan. G-kode anu dihasilkeun lajeng bisa dibikeun ka mesin produksi. Dina conto ieu, panangan robot industri Coma NJ165 dina rel linier dipaké pikeun ngadalikeun extruder CEAD E25 nurutkeun G-kode (gambar 5). Prototipe munggaran ngagunakeun PETG pasca-industri kalayan eusi serat gelas 20%. Dina hal tés mékanis, ukuran target caket sareng ukuran industri konstruksi, janten diménsi unsur utama nyaéta 1983 × 876 mm sareng 6 × 4 sél honeycomb. Jangkungna 6 mm sareng 2 mm.
Tés awal nunjukkeun yén aya bédana kakuatan napel antara napel sareng résin percetakan 3D gumantung kana sipat permukaanna. Jang ngalampahkeun ieu, spésimén tés manufaktur aditif ditempelkeun atanapi dilaminasi kana kaca sareng diturunkeun kana tegangan atanapi geser. Salila pamrosésan mékanis awal permukaan polimér ku panggilingan, kakuatan ngaronjat sacara signifikan (Gbr. 6). Sajaba ti éta, ngaronjatkeun flatness tina inti jeung nyegah defects disababkeun ku overextrusion. The UV curable LOCTITE® AA 3345™ [19] acrylate dipaké di dieu sénsitip kana kaayaan ngolah.
Ieu sering nyababkeun simpangan standar anu langkung luhur pikeun conto uji beungkeut. Saatos manufaktur aditif, struktur inti ieu giling dina mesin panggilingan profil. G-kode nu diperlukeun pikeun operasi ieu otomatis dihasilkeun tina toolpaths geus dijieun pikeun prosés percetakan 3D. Struktur inti perlu dicitak rada luhur batan jangkungna inti dimaksudkeun. Dina conto ieu, struktur inti kandel 18 mm diréduksi jadi 14 mm.
Ieu bagian tina prosés manufaktur mangrupakeun tantangan utama pikeun automation pinuh. Pamakéan napel nempatkeun tungtutan tinggi dina akurasi sarta precision mesin. Sistim dosing pneumatic dipaké pikeun nerapkeun napel sapanjang struktur inti. Hal ieu dipandu ku robot sapanjang permukaan panggilingan luyu jeung jalur alat diartikeun. Tétéla yén ngagentos tip dispensing tradisional ku sikat khusus nguntungkeun. Hal ieu ngamungkinkeun napel viskositas low bisa dispensed seragam ku volume. Jumlah ieu ditangtukeun ku tekanan dina sistem jeung laju robot. Pikeun precision leuwih gede jeung kualitas beungkeutan luhur, speeds perjalanan low 200 nepi ka 800 mm/mnt leuwih sering dipake tinimbang.
Acrylate kalayan viskositas rata-rata 1500 mPa * s diterapkeun kana témbok inti polimér 6 mm lebar nganggo sikat dosing kalayan diaméter jero 0,84 mm sareng lebar sikat 5 dina tekanan anu diterapkeun 0,3 dugi ka 0,6 mbar. mm. Napel ieu lajeng nyebarkeun ngaliwatan beungeut substrat sarta ngabentuk lapisan kandel 1 mm alatan tegangan permukaan. Tekad pasti tina ketebalan napel teu acan tiasa otomatis. Durasi prosés mangrupikeun kriteria penting pikeun milih napel. Struktur inti dihasilkeun di dieu ngabogaan panjang lagu 26 m sahingga hiji waktos aplikasi tina 30 nepi ka 60 menit.
Saatos nerapkeun napel, pasang jandela ganda-glazed di tempat. Alatan ketebalan low bahan, kaca ipis geus niatna cacad ku beurat sorangan sahingga kudu diposisikan salaku merata jéntré. Pikeun ieu, cangkir nyeuseup kaca pneumatik sareng cangkir nyeuseup waktos-dispersed dianggo. Éta disimpen dina komponén nganggo bango, sareng ka hareupna tiasa ditempatkeun langsung nganggo robot. Piring kaca ieu disimpen sajajar jeung beungeut inti dina lapisan napel. Kusabab beurat anu langkung hampang, piring kaca tambahan (kandel 4 dugi ka 6 mm) ningkatkeun tekanan dina éta.
Hasilna kedah janten baseuh lengkep tina permukaan kaca sapanjang struktur inti, sakumaha tiasa ditilik tina pamariksaan visual awal tina béda warna anu katingali. Prosés aplikasi ogé bisa boga dampak signifikan dina kualitas gabungan kabeungkeut final. Sakali kabeungkeut, panel kaca teu kudu dipindahkeun sabab ieu bakal ngakibatkeun résidu napel katempo dina kaca jeung defects dina lapisan napel sabenerna. Tungtungna, napel diubaran ku radiasi UV dina panjang gelombang 365 nm. Jang ngalampahkeun ieu, lampu UV kalayan kapadetan kakuatan 6 mW / cm2 laun-laun ngalangkungan sakumna permukaan napel salami 60 detik.
Konsep panel komposit kaca ipis lightweight tur customizable kalawan aditif fabricated inti polimér dibahas didieu dimaksudkeun pikeun pamakéan dina façades hareup. Ku kituna, panel komposit kudu sasuai jeung standar lumaku sarta minuhan sarat pikeun service limit states (SLS), ultimate strength limit states (ULS) and safety requirements. Ku alatan éta, panel komposit kudu aman, kuat, sarta cukup kaku pikeun nahan beban (saperti beban permukaan) tanpa megatkeun atawa deformasi kaleuleuwihan. Pikeun nalungtik respon mékanis panel komposit kaca ipis saméméhna fabricated (sakumaha dijelaskeun dina bagian Tés Mékanis), aranjeunna subjected kana tés beban angin sakumaha dijelaskeun dina subsection salajengna.
Tujuan tina uji fisik nyaéta pikeun ngulik sipat mékanis panel komposit témbok luar handapeun beban angin. Pikeun tujuan ieu, panels komposit diwangun ku 3 mm kandel pinuh kaca tempered lambar luar sarta 14 mm kandel aditif fabricated inti (tina PIPG-GF20) dijieun sakumaha ditétélakeun di luhur ngagunakeun Henkel Loctite AA 3345 napel (Gbr. 7 ditinggalkeun). )). . The panels komposit anu lajeng napel pigura rojongan kai kalawan screws logam anu disetir ngaliwatan pigura kai jeung kana sisi struktur utama. 30 screws ieu disimpen di sabudeureun perimeter tina panel (tingali garis hideung dina kénca di Gbr. 7) pikeun baranahan kaayaan rojongan linier sabudeureun perimeter nu sacaket mungkin.
Pigura test ieu lajeng disegel kana témbok test luar ku nerapkeun tekanan angin atawa nyeuseup angin balik panel komposit (Gambar 7, katuhu luhur). Sistem korelasi digital (DIC) digunakeun pikeun ngarékam data. Jang ngalampahkeun ieu, kaca luar tina panel komposit ditutupan ku lambar elastis ipis dicitak dina pola noise pearline (Gbr. 7, katuhu handap). DIC ngagunakeun dua kaméra pikeun ngarékam posisi relatif sadaya titik pangukuran dina sakabéh beungeut kaca. Dua gambar per detik dirékam sareng dianggo pikeun évaluasi. Tekanan dina chamber, dikurilingan ku panels komposit, ngaronjat ku kipas dina 1000 Pa increments nepi ka nilai maksimum 4000 Pa, ku kituna unggal tingkat beban dijaga pikeun 10 detik.
Setélan fisik percobaan ogé diwakilan ku modél numerik kalayan diménsi géométri anu sami. Pikeun ieu, program numerik Ansys Mechanical dianggo. Struktur inti nya éta géométri bolong maké SOLID 185 elemen héksagonal kalawan 20 mm sisi pikeun kaca jeung SOLID 187 elemen tétrahedral kalawan 3 mm sisi. Pikeun nyederhanakeun modeling, dina tahap ulikan ieu, dianggap di dieu yén acrylate dipaké ideally kaku jeung ipis, sarta dihartikeun salaku beungkeut kaku antara kaca jeung bahan inti.
The panels komposit dibereskeun dina garis lempeng luar inti, sarta panel kaca ieu subjected ka beban tekanan permukaan 4000 Pa. Sanajan nonlinearities geometric dicokot kana akun dina modeling nu, ngan model bahan linier dipaké dina tahap ieu. diajar. Sanajan ieu asumsi valid pikeun réspon élastis linier kaca (E = 70.000 MPa), nurutkeun lambar data produsén bahan inti polymeric (viscoelastic) [17], linier stiffness E = 8245 MPa dipaké dina analisis anu ayeuna kedah dipertimbangkeun sacara saksama sareng bakal ditalungtik dina panalungtikan anu bakal datang.
Hasil anu dibere di dieu dievaluasi utamana pikeun deformasi dina beban angin maksimum nepi ka 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). Pikeun ieu, gambar dirékam ku métode DIC dibandingkeun jeung hasil simulasi numerik (FEM) (Gbr. 8, katuhu handap). Bari hiji total galur idéal 0 mm kalawan "ideal" ngarojong linier di wewengkon ujung (ie, perimeter panel) diitung dina FEM, nu kapindahan fisik wewengkon ujung kudu dibawa kana akun nalika evaluating DIC. Ieu alatan tolerances instalasi tur deformasi pigura test na anjing laut na. Pikeun babandingan, kapindahan rata di wewengkon ujung (garis bodas dashed dina Gbr. 8) ieu dikurangan ti kapindahan maksimum dina puseur panel. The displacements ditangtukeun ku DIC na FEA dibandingkeun dina Table 1 sarta ditémbongkeun grafis di belah kénca juru luhur Gbr. 8.
Opat tingkat beban anu diterapkeun tina modél ékspérimén digunakeun salaku titik kontrol pikeun évaluasi sareng dievaluasi dina FEM. The kapindahan sentral maksimum pelat komposit dina kaayaan unloaded ditangtukeun ku ukuran DIC dina tingkat beban 4000 Pa di 2,18 mm. Bari displacements FEA dina beban handap (nepi ka 2000 Pa) masih bisa akurat baranahan nilai eksperimen, kanaékan non-linier dina galur dina beban luhur teu bisa akurat diitung.
Nanging, panilitian nunjukkeun yén panel komposit tiasa nahan beban angin anu ekstrim. The rigidity tinggi tina panels lightweight nangtung kaluar hususna. Ngagunakeun itungan analitik dumasar kana téori linier pelat Kirchhoff [20], a deformasi 2,18 mm di 4000 Pa pakait jeung deformasi pelat kaca tunggal 12 mm kandel dina kaayaan wates sarua. Hasilna, ketebalan kaca (anu intensif énergi dina produksi) dina panel komposit ieu bisa diréduksi jadi 2 x kaca 3mm, hasilna bahan hemat 50%. Ngurangan beurat sakabéh panel nyadiakeun kauntungan tambahan dina watesan assembly. Bari panel komposit 30 kg bisa kalayan gampang diatur ku dua jalma, panel kaca 50 kg tradisional merlukeun rojongan teknis pikeun mindahkeun aman. Dina raraga akurat ngagambarkeun paripolah mékanis, model numeris leuwih lengkep bakal diperlukeun dina studi hareup. Analisis unsur terhingga tiasa langkung ditingkatkeun ku modél bahan nonlinier anu langkung éksténsif pikeun polimér sareng modél beungkeut napel.
Ngembangkeun sareng ningkatkeun prosés digital maénkeun peran konci dina ningkatkeun kinerja ékonomi sareng lingkungan dina industri konstruksi. Sajaba ti éta, pamakéan kaca ipis dina façades janji énergi jeung sumber tabungan sarta muka kasempetan anyar pikeun arsitéktur. Sanajan kitu, alatan ketebalan leutik kaca, solusi desain anyar diperlukeun pikeun adequately nguatkeun kaca. Ku alatan éta, ulikan dibere dina artikel ieu explores konsép panels komposit dijieunna tina kaca ipis jeung beungkeut bertulang struktur inti polimér dicitak 3D. Sakabéh prosés produksi ti desain ka produksi parantos didigitalkeun sareng otomatis. Kalayan bantosan Grasshopper, alur kerja file-ka-pabrik dikembangkeun pikeun ngaktifkeun panggunaan panél komposit kaca ipis dina fasad hareup.
Produksi prototipe munggaran nunjukkeun kamungkinan sareng tantangan manufaktur robotic. Nalika manufaktur aditif sareng subtractive parantos terintegrasi, aplikasi napel otomatis otomatis sareng rakitan khususna nampilkeun tantangan tambahan pikeun dijawab dina panalungtikan anu bakal datang. Ngaliwatan uji mékanis awal sareng modél panalungtikan unsur terhingga anu aya hubunganana, parantos nunjukkeun yén panél orat anu hampang sareng ipis nyayogikeun kaku bending anu cukup pikeun aplikasi fasad anu dituju, bahkan dina kaayaan beban angin anu ekstrim. Panalitian pangarang anu terus-terusan bakal ngajalajah poténsi panel komposit kaca ipis anu didamel sacara digital pikeun aplikasi fasad sareng nunjukkeun efektivitasna.
Nu nulis ngahaturkeun nuhun ka sakumna pangrojong anu aya patalina jeung ieu panalungtikan. Hatur nuhun kana program dana EFRE SAB dibiayaan tina dana Uni Éropa dina bentuk hibah No.. nyadiakeun sumberdaya finansial pikeun meuli manipulator kalawan extruder sarta alat panggilingan. 100537005. Sajaba ti éta, AiF-ZIM dipikawanoh pikeun waragad proyék panalungtikan Glasfur3D (nomer hibah ZF4123725WZ9) dina kolaborasi jeung Glaswerkstätten Glas Ahne, nu nyadiakeun rojongan signifikan pikeun karya ieu panalungtikan. Tungtungna, Laboratorium Friedrich Siemens sareng kolaboratorna, khususna Felix Hegewald sareng asisten mahasiswa Jonathan Holzerr, ngakuan dukungan téknis sareng palaksanaan fabrikasi sareng uji fisik anu janten dasar pikeun makalah ieu.
waktos pos: Aug-04-2023