Prototype vun digital fabrizéierten dënnem Glas Komposit Fassad Brieder

D'Benotzung vun dënnem Glas versprécht verschidden Aufgaben an der Bauindustrie ze erfëllen. Zousätzlech zu den Ëmweltvirdeeler vu méi effizienter Notzung vu Ressourcen, kënnen d'Architekten dënnem Glas benotzen fir nei Graden vun der Designfräiheet z'erreechen. Baséierend op der Sandwich Theorie, kann flexibel dënn Glas mat engem 3D gedréckte Open-cell Polymer Kär kombinéiert ginn fir ganz steif a liicht ze bilden Komposit Elementer. Dësen Artikel stellt en explorativen Versuch bei der digitaler Fabrikatioun vun dënnen Glaskompositfassadeplacke mat industrielle Roboteren vir. Et erkläert d'Konzept vun der Digitaliséierung vun Fabréck-zu-Fabréck Workflows, dorënner Computer-aided Design (CAD), Engineering (CAE), a Fabrikatioun (CAM). D'Etude weist e parametreschen Designprozess deen eng nahtlos Integratioun vun digitale Analyseinstrumenter erméiglecht.
Zousätzlech weist dëse Prozess d'Potenzial an d'Erausfuerderunge vun der digitaler Fabrikatioun vun dënnem Glas Komposit Panelen. E puer vun de Fabrikatiounsschrëtt, déi vun engem industrielle Roboterarm ausgeführt ginn, wéi grouss-Format Additiv Fabrikatioun, Uewerflächebearbeitung, Kleeblatt a Montageprozesser, ginn hei erkläert. Schlussendlech, fir d'éischte Kéier, ass en déiwe Verständnis vun de mechanesche Properties vu Composite Panelen duerch experimentell an numeresch Studien an Evaluatioun vun de mechanesche Properties vu Composite Panelen ënner Uewerflächbelaaschtung kritt. D'Gesamtkonzept vum digitale Design a Fabrikatioun Workflow, wéi och d'Resultater vun experimentellen Studien, bidden eng Basis fir weider Integratioun vu Formdefinitioun an Analysemethoden, wéi och fir extensiv mechanesch Studien an zukünfteg Studien ze maachen.
Digital Fabrikatiounsmethoden erlaben eis d'Produktioun ze verbesseren andeems se traditionell Methoden transforméieren an nei Designméiglechkeeten ubidden [1]. Traditionell Baumethoden tendéieren Materialien a punkto Käschten, Basisgeometrie a Sécherheet ze iwwerbrauchen. Andeems Dir Konstruktioun op Fabriken beweegt, modulare Präfabrizéierung a Robotik benotzt fir nei Designmethoden ëmzesetzen, kënnen d'Materialien effizient benotzt ginn ouni d'Sécherheet ze kompromittéieren. Digital Fabrikatioun erlaabt eis eis Designfantasie auszebauen fir méi divers, effizient an ambitiéis geometresch Formen ze kreéieren. Wärend d'Design- a Berechnungsprozesser gréisstendeels digitaliséiert goufen, ginn d'Fabrikatioun an d'Assemblée nach ëmmer gréisstendeels mat der Hand op traditionell Manéier gemaach. Fir mat ëmmer méi komplexe fräie Form Strukturen ze këmmeren, ginn digital Fabrikatiounsprozesser ëmmer méi wichteg. De Wonsch no Fräiheet an Design Flexibilitéit, besonnesch wann et ëm Fassaden kënnt, wiisst stänneg. Nieft dem visuellen Effekt, fräi Form Fassaden erlaben Iech och méi efficace Strukturen ze schafen, zum Beispill, duerch d'Benotzung vun Membran Effekter [2]. Zousätzlech läit de grousse Potenzial vun digitale Fabrikatiounsprozesser an hirer Effizienz an der Méiglechkeet vun der Designoptimiséierung.
Dësen Artikel erfuerscht wéi digital Technologie ka benotzt ginn fir en innovative Komposit Fassadpanel ze designen an ze fabrizéieren, besteet aus engem additiv fabrizéierte Polymerkär a gebonnen dënnem Glas Aussenpanelen. Nieft den neien architektonesche Méiglechkeeten, déi mam Asaz vun dënnem Glas verbonne sinn, waren och Ëmwelt- a wirtschaftlech Kritäre wichteg Motivatioune fir manner Material ze benotzen fir d'Gebai ze bauen. Mat Klimawandel, Ressourceknappheet an an Zukunft steigenden Energiepräisser muss d'Glas méi schlau benotzt ginn. D'Verwäertung vun dënnem Glas manner wéi 2 mm déck aus der Elektronikindustrie mécht d'Fassad hell a reduzéiert d'Benotzung vu Rohmaterial.
Wéinst der héijer Flexibilitéit vum dënnen Glas mécht et nei Méiglechkeeten fir architektonesch Uwendungen op a stellt gläichzäiteg nei Ingenieursfuerderungen [3,4,5,6]. Wärend déi aktuell Ëmsetzung vu Fassadeprojeten mat dënnem Glas limitéiert ass, gëtt dënn Glas ëmmer méi an Déifbau an Architekturstudien benotzt. Wéinst der héich Fähegkeet vun dënnem Glas zu elastesche Deformatiounen, verlaangt seng Notzung an Fassaden verstäerkt strukturell Léisungen [7]. Nieft der Ausbeutung vum Membraneffekt wéinst der gekraffter Geometrie [8], kann den Inertiamoment och duerch eng Multilayer Struktur aus engem Polymerkär an enger gekolltem dënnem Glasäusserplack erhéicht ginn. Dës Approche huet Verspriechen gewisen wéinst der Benotzung vun engem hart transparenten Polycarbonatkär, dee manner dicht ass wéi Glas. Zousätzlech zu der positiver mechanescher Handlung goufen zousätzlech Sécherheetskriterien erfëllt [9].
D'Approche an der folgender Etude baséiert op deemselwechte Konzept, awer mat engem additiv fabrizéierten oppene Pore transluzenten Kär. Dëst garantéiert e méi héije Grad vu geometrescher Fräiheet an Designméiglechkeeten, souwéi d'Integratioun vun de kierperleche Funktiounen vum Gebai [10]. Esou Kompositplacke hu sech besonnesch effektiv am mechanesche Test bewisen [11] a verspriechen d'Quantitéit u Glas benotzt bis zu 80% ze reduzéieren. Dëst wäert net nëmmen d'Ressourcen erfuerderlech reduzéieren, awer och d'Gewiicht vun de Paneele wesentlech reduzéieren, an doduerch d'Effizienz vun der Ënnerstruktur erhéijen. Awer nei Forme vu Bau erfuerderen nei Forme vun der Produktioun. Effizient Strukturen erfuerderen effiziente Fabrikatiounsprozesser. Digital Design dréit zur digitaler Fabrikatioun bäi. Dësen Artikel setzt dem Auteur seng viregt Fuerschung weider andeems hien eng Studie vum digitale Fabrikatiounsprozess vun dënnen Glaskompositplacke fir Industrieroboter presentéiert. De Fokus ass op d'Digitaliséierung vum Datei-zu-Fabréck Workflow vun den éischte grousse Format Prototypen fir d'Automatiséierung vum Fabrikatiounsprozess ze erhéijen.
D'Komposit Panel (Figur 1) besteet aus zwee dënnem Glas Iwwerlagerungen ëm en AM Polymer Kär gewéckelt. Déi zwee Deeler si mat Klebstoff verbonnen. Den Zweck vun dësem Design ass d'Laascht iwwer de ganze Sektioun esou effizient wéi méiglech ze verdeelen. Béiemomenter kreéieren normal Spannungen an der Schuel. Lateral Kräfte verursaachen Schéierspannungen am Kär a Klebgelenker.
Déi baussenzeg Schicht vun der Sandwichstruktur ass aus dënnem Glas. Prinzipiell gëtt Soda-Kalk-Silikatglas benotzt. Mat enger Zildicke < 2 mm erreecht den thermesche Temperéierungsprozess déi aktuell technologesch Limit. Chemesch verstäerkt Aluminiumsilikatglas kann als besonnesch gëeegent ugesi ginn, wann méi staark Kraaft erfuerderlech ass wéinst dem Design (zB kale gefalteten Panelen) oder Benotzung [12]. D'Liichttransmissioun an d'Ëmweltschutzfunktiounen ginn ergänzt duerch gutt mechanesch Eegeschafte wéi gutt Kratzbeständegkeet an e relativ héije Young's Modul am Verglach mat anere Materialien, déi a Kompositen benotzt ginn. Wéinst der limitéierter Gréisst verfügbar fir chemesch gehärt dënnem Glas, goufen Paneele vu voll temperéierten 3 mm décke Soda-Kalkglas benotzt fir den éischte grousse Prototyp ze kreéieren.
D'Ënnerstëtzungsstruktur gëtt als e geformten Deel vum Kompositpanel ugesinn. Bal all Attributer sinn dovun betraff. Dank der additiv Fabrikatiounsmethod ass et och den Zentrum vum digitale Fabrikatiounsprozess. Thermoplastik ginn duerch Fusioun veraarbecht. Dëst mécht et méiglech eng grouss Zuel vu verschiddene Polymere fir spezifesch Uwendungen ze benotzen. D'Topologie vun den Haaptelementer ka mat ënnerschiddleche Schwéierpunkt entworf ginn ofhängeg vun hirer Funktioun. Fir dësen Zweck kann Form Design an de folgende véier Designkategorien opgedeelt ginn: strukturell Design, funktionell Design, ästheteschen Design, a Produktiounsdesign. All Kategorie kann verschidden Zwecker hunn, wat zu verschiddenen Topologien féieren kann.
Wärend der virleefeg Studie goufen e puer vun den Haaptdesignen fir d'Eegeschaft vun hirem Design getest [11]. Aus mechanescher Siicht ass déi dräi-Period Minimum Kärfläch vum Gyroskop besonnesch effektiv. Dëst bitt héich mechanesch Resistenz géint Béie bei engem relativ nidderegen Materialverbrauch. Zousätzlech zu de celluläre Basisstrukturen, déi an den Uewerflächeregiounen reproduzéiert sinn, kann d'Topologie och duerch aner Formfindungstechniken generéiert ginn. Stress Linn Generatioun ass ee vun de méigleche Weeër fir d'Steifheit am niddregsten méigleche Gewiicht ze optimiséieren [13]. Wéi och ëmmer, d'Honeycomb Struktur, wäit an Sandwichkonstruktiounen benotzt, gouf als Ausgangspunkt fir d'Entwécklung vun der Produktiounslinn benotzt. Dës Basisform féiert zu schnelle Fortschrëtter an der Produktioun, besonnesch duerch einfach Toolpath Programméierung. Säi Verhalen a Kompositplacke gouf extensiv studéiert [14, 15, 16] an d'Erscheinung kann op ville Weeër duerch Parameteriséierung geännert ginn a kann och fir initial Optimiséierungskonzepter benotzt ginn.
Et gi vill thermoplastesch Polymere fir ze berücksichtegen wann Dir e Polymer auswielt, ofhängeg vum benotzte Extrusiounsprozess. Éischt virleefeg Studien vu klenge Materialien hunn d'Zuel vun de Polymere reduzéiert, déi als gëeegent fir d'Fassad benotzt ginn [11]. Polycarbonat (PC) ass villverspriechend wéinst senger Hëtzt Resistenz, UV Resistenz an héich Steifheit. Wéinst den zousätzlechen techneschen a finanziellen Investitioune fir Polycarbonat ze veraarbecht, gouf Ethylenglycol modifizéiert Polyethylenterephthalat (PETG) benotzt fir déi éischt Prototypen ze produzéieren. Et ass besonnesch einfach ze veraarbecht bei relativ niddregen Temperaturen mat engem gerénge Risiko fir thermesch Stress a Komponentdeformatioun. De Prototyp hei gewisen ass aus recycléiertem PETG mam Numm PIPG gemaach. D'Material gouf virleefeg bei 60 ° C fir op d'mannst 4 h gedréchent an an Granules mat engem Glasfasergehalt vun 20% veraarbecht [17].
De Klebstoff bitt eng staark Verbindung tëscht der Polymerkärstruktur an dem dënnen Glasdeckel. Wann d'Kompositplacke mat Béielasten ausgesat sinn, ginn d'Klebstoffgelenk ënner Schéierspannung ausgesat. Dofir gëtt e méi haart Klebstoff bevorzugt a kann Oflenkung reduzéieren. Kloer Klebstoff hëlleft och eng héich visuell Qualitéit ze bidden wann se mat kloerem Glas gebonnen sinn. En anere wichtege Faktor bei der Auswiel vun engem Klebstoff ass Fabrikatioun an Integratioun an automatiséierte Produktiounsprozesser. Hei kënnen UV-Aushärteklebstoff mat flexibel Aushärtzäiten d'Positionéierung vun den Deckelschichten staark vereinfachen. Baséierend op virleefeg Tester, goufen eng Rei vu Klebstoff fir hir Gëeegentheet fir dënnem Glas Kompositplacke getest [18]. Loctite® AA 3345™ UV-härbar Acrylat [19] huet sech als besonnesch gëeegent fir de folgende Prozess bewisen.
Fir d'Méiglechkeete vun der additiv Fabrikatioun an der Flexibilitéit vun dënnem Glas ze profitéieren, gouf de ganze Prozess entwéckelt fir digital a parametresch ze schaffen. Grasshopper gëtt als visuell Programméierungsinterface benotzt, vermeit Interfaces tëscht verschiddene Programmer. All Disziplinnen (Ingenieur, Ingenieur a Fabrikatioun) ënnerstëtzen an ergänzen sech an enger Datei mat direktem Feedback vum Bedreiwer. Op dëser Etapp vun der Studie ass de Workflow nach ëmmer ënner der Entwécklung a follegt d'Muster an der Figur 2. Déi verschidden Ziler kënnen a Kategorien bannent Disziplinnen gruppéiert ginn.
Och wann d'Produktioun vu Sandwichpanelen an dësem Pabeier automatiséiert gouf mat user-centric Design a Fabrikatiounsvirbereedung, ass d'Integratioun an d'Validatioun vun individuellen Ingenieursinstrumenter net voll realiséiert ginn. Baséierend op dem parametreschen Design vun der Fassadgeometrie ass et méiglech, d'äusseren Schuel vum Gebai um Makro-Niveau (Fassad) a Meso (Fassadplacke) ze designen. Am zweete Schrëtt zielt d'Ingenieur Feedback Loop d'Sécherheet an d'Eegeschaft ze evaluéieren wéi och d'Viabilitéit vun der Ridomauer Fabrikatioun. Endlech sinn déi resultéierend Paneele prett fir digital Produktioun. De Programm veraarbecht d'entwéckelte Kärstruktur am Maschinn liesbare G-Code a preparéiert se op additiv Fabrikatioun, subtraktiv Postveraarbechtung a Glasverbindung.
Den Designprozess gëtt op zwee verschidden Niveauen ugesinn. Zousätzlech zu der Tatsaach, datt d'Makroform vun de Fassaden d'Geometrie vun all Composite Panel beaflosst, kann d'Topologie vum Kär selwer och op der Meso-Niveau entworf ginn. Wann Dir e parametresche Fassadmodell benotzt, kënnen d'Form an d'Erscheinung vun de Beispiller Fassadabschnëtter beaflosst ginn mat de Schieber, déi an der Figur 3 gewisen ginn. Also besteet d'Gesamtfläch aus enger Benotzerdefinéierter skalierbarer Uewerfläch, déi mat Punktattraktoren deforméiert ka ginn a geännert ginn duerch e Minimum an de Maximum Grad vun Deformatioun spezifizéieren. Dëst stellt en héije Grad vu Flexibilitéit am Design vu Gebaienveloppen. Wéi och ëmmer, dëse Grad vu Fräiheet ass limitéiert duerch technesch a Fabrikatiounsbeschränkungen, déi dann vun den Algorithmen am Ingenieursdeel gespillt ginn.
Nieft der Héicht an der Breet vun der ganzer Fassad gëtt d'Divisioun vun de Fassadeplacke bestëmmt. Wat eenzel Fassadeplacke ugeet, kënnen se um Meso-Niveau méi präzis definéiert ginn. Dëst beaflosst d'Topologie vun der Kärstruktur selwer, wéi och d'Dicke vum Glas. Dës zwou Variabelen, wéi och d'Gréisst vum Panel, hunn eng wichteg Relatioun mat der mechanescher Ingenieursmodelléierung. Den Design an d'Entwécklung vum ganze Makro- a Meso-Niveau kann a punkto Optimiséierung an de véier Kategorien Struktur, Funktioun, Ästhetik a Produktdesign duerchgefouert ginn. D'Benotzer kënnen d'Gesamtoptik an d'Gefill vum Gebai Enveloppe entwéckelen andeems dës Gebidder prioritär sinn.
De Projet gëtt ënnerstëtzt vum Ingenieursdeel mat enger Feedback Loop. Zu dësem Zweck ginn Ziler a Grenzbedéngungen an der Optimiséierungskategorie definéiert, déi an der Fig. Dëst ass de Startpunkt fir verschidde Tools déi direkt an Grasshopper integréiert kënne ginn. A weideren Ermëttlungen kënne mechanesch Eegeschafte mat Finite Element Analyse (FEM) oder souguer analytesch Berechnungen bewäert ginn.
Zousätzlech kënnen d'Sonnestrahlungsstudien, d'Line-of-Sight Analyse, an d'Sonnestrahlungsmodelléierung d'Auswierkunge vu Kompositplacke op Bauphysik evaluéieren. Et ass wichteg d'Geschwindegkeet, d'Effizienz an d'Flexibilitéit vum Designprozess net ze limitéieren. Als solch sinn d'Resultater déi hei kritt goufen entworf fir zousätzlech Leedung an Ënnerstëtzung fir den Designprozess ze bidden a sinn net en Ersatz fir detailléiert Analyse a Begrënnung um Enn vum Designprozess. Dëse strategesche Plang leet de Grondlag fir weider kategoresch Fuerschung fir bewisen Resultater. Zum Beispill ass nach wéineg iwwer dat mechanescht Verhalen vu Kompositplacke ënner verschiddene Laascht- an Ënnerstëtzungsbedéngungen bekannt.
Wann den Design an d'Ingenieur fäerdeg ass, ass de Modell prett fir digital Produktioun. De Fabrikatiounsprozess ass a véier Ënnerstadien opgedeelt (Fig. 4). Als éischt gouf d'Haaptstruktur additiv fabrizéiert mat enger grousser Roboter 3D Dréckerei. D'Uewerfläch gëtt dann mam selwechte Robotersystem gemuel fir d'Uewerflächqualitéit ze verbesseren, déi fir eng gutt Verbindung erfuerderlech ass. Nom Fräsen gëtt de Klebstoff laanscht d'Kärstruktur applizéiert mat engem speziell entworfene Doséierungssystem, deen op deemselwechte Robotersystem montéiert ass, deen fir den Drock- a Fräsprozess benotzt gëtt. Schlussendlech gëtt d'Glas installéiert a geluecht ier d'UV Aushärtung vum gebonnene Gelenk.
Fir additiv Fabrikatioun muss déi definéiert Topologie vun der Basisdaten Struktur an d'CNC Maschinnsprooch (GCode) iwwersat ginn. Fir eenheetlech a qualitativ héichwäerteg Resultater ass d'Ziel all Schicht ze drécken ouni datt d'Extruderdüse ofgefall ass. Dëst verhënnert onerwënscht Iwwerdrock am Ufank an Enn vun der Bewegung. Dofir gouf e kontinuéierleche Trajectoire Generatioun Skript fir d'Zellmuster geschriwwen, déi benotzt gëtt. Dëst wäert eng parametresch kontinuéierlech Polyline mat de selwechte Start- an Ennpunkte kreéieren, déi sech un déi gewielte Panelgréisst, Zuel a Gréisst vun Hunneg ugepasst wéi pro Design. Zousätzlech kënnen Parameteren wéi Linn Breet a Linn Héicht spezifizéiert ginn ier Linnen leeën fir déi gewënscht Héicht vun der Haaptstruktur z'erreechen. De nächste Schrëtt am Skript ass d'G-Code Kommandoen ze schreiwen.
Dëst gëtt gemaach andeems d'Koordinaten vun all Punkt op der Linn mat zousätzlech Maschinninformatioune wéi aner relevant Achsen fir Positionéierung an Extrusiounsvolumenkontrolle opgeholl ginn. De resultéierende G-Code kann dann op Produktiounsmaschinnen transferéiert ginn. An dësem Beispill gëtt e Comau NJ165 Industrierobotarm op enger linearer Schinn benotzt fir e CEAD E25 Extruder no dem G-Code ze kontrolléieren (Figur 5). Den éischte Prototyp benotzt postindustrielle PETG mat engem Glasfasergehalt vun 20%. Wat d'mechanesch Tester ugeet, ass d'Zilgréisst no der Gréisst vun der Bauindustrie, sou datt d'Dimensioune vum Haaptelement 1983 × 876 mm mat 6 × 4 Hunnegzellen sinn. 6 mm an 2 mm héich.
Virleefeg Tester hu gewisen datt et en Ënnerscheed an der Klebstäerkt tëscht Klebstoff an 3D Drockharz ass ofhängeg vun hiren Uewerflächeegenschaften. Fir dëst ze maachen, additiv Fabrikatiounstest Exemplare ginn op Glas gekollt oder laminéiert a Spannungen oder Schéier ënnerworf. Während der virleefeg mechanescher Veraarbechtung vun der Polymer Uewerfläch duerch d'Fräsen huet d'Kraaft wesentlech erhéicht (Fig. 6). Zousätzlech verbessert et d'Flaachheet vum Kär a verhënnert Mängel déi duerch Iwwerextrusioun verursaacht ginn. Den UV-härbaren LOCTITE® AA 3345™ [19] Acrylat, deen hei benotzt gëtt, ass empfindlech op d'Veraarbechtungsbedéngungen.
Dëst resultéiert dacks zu enger méi héijer Standarddeviatioun fir d'Bindungstestproben. No der additiv Fabrikatioun gouf d'Kärstruktur op enger Profilfräsmaschinn gefruer. De G-Code, dee fir dës Operatioun erfuerderlech ass, gëtt automatesch aus Toolpaths generéiert, déi scho fir den 3D-Drockprozess erstallt goufen. D'Kärstruktur muss liicht méi héich gedréckt ginn wéi déi virgesinn Kärhöhe. An dësem Beispill ass d'18 mm décke Kärstruktur op 14 mm reduzéiert ginn.
Dësen Deel vum Fabrikatiounsprozess ass eng grouss Erausfuerderung fir voll Automatisatioun. D'Benotzung vu Klebstoff stellt héich Ufuerderungen un d'Genauegkeet a Präzisioun vu Maschinnen. De pneumatesch Doséierungssystem gëtt benotzt fir de Klebstoff laanscht d'Kärstruktur opzebréngen. Et gëtt vum Roboter laanscht d'Fräsfläch am Aklang mat dem definéierten Toolwee geleet. Et stellt sech eraus datt den traditionellen Spëtztipp mat enger Pinsel ersat ass besonnesch avantagéis. Dëst erlaabt kleng Viskositéit Klebstoff eenheetlech am Volume auszeginn. Dëse Betrag gëtt vum Drock am System an der Geschwindegkeet vum Roboter bestëmmt. Fir méi Präzisioun an héich Bindungsqualitéit, gi kleng Reesgeschwindegkeete vun 200 bis 800 mm / min bevorzugt.
Acrylat mat enger duerchschnëttlecher Viskositéit vun 1500 mPa * s gouf op d'Mauer vum Polymerkär 6 mm breet mat enger Doséierungsbürst mat engem banneschten Duerchmiesser vun 0,84 mm an enger Pinselbreet vu 5 bei engem ugewandten Drock vun 0,3 bis 0,6 mbar applizéiert. mm. De Klebstoff gëtt dann iwwer d'Uewerfläch vum Substrat verdeelt a bildt duerch Uewerflächespannung eng 1 mm déck Schicht. Déi genee Bestëmmung vun der Klebstoffdicke kann nach net automatiséiert ginn. D'Dauer vum Prozess ass e wichtege Critère fir e Klebstoff ze wielen. D'Kärstruktur, déi hei produzéiert gëtt, huet eng Strecklängt vu 26 m an dofir eng Uwendungszäit vun 30 bis 60 Minutten.
Nodeems Dir de Klebstoff applizéiert hutt, installéiert d'doppelt verglaste Fënster op der Plaz. Wéinst der gerénger Dicke vum Material ass dënnem Glas scho staark deforméiert duerch säin eegene Gewiicht a muss dofir esou gläich wéi méiglech positionéiert ginn. Dofir gi pneumatesch Glassaugbecher mat Zäitverstreet Saugbecher benotzt. Et gëtt op der Komponent mat Hëllef vun engem Kran gesat, an an Zukunft kann direkt mat Roboteren plazéiert ginn. D'Glasplack gouf parallel zu der Uewerfläch vum Kär op der Klebstoffschicht geluecht. Wéinst dem méi liichte Gewiicht erhéicht eng zousätzlech Glasplack (4 bis 6 mm déck) den Drock drop.
D'Resultat soll komplett befeuchtung vun der Glas Uewerfläch laanscht de Kär Struktur ginn, wéi aus enger éischter visuell Inspektioun vun siichtbar Faarf Differenzen beurteelt ginn. Den Uwendungsprozess kann och e wesentlechen Impakt op d'Qualitéit vum endgülteg gebonnen Gelenk hunn. Eemol gebonnen, däerfen d'Glasplacke net bewegt ginn, well dëst zu siichtbaren Klebstoffreschter um Glas a Mängel an der aktueller Klebschicht resultéiert. Schlussendlech gëtt de Klebstoff mat UV Stralung bei enger Wellelängt vun 365 nm geheelt. Fir dëst ze maachen, gëtt eng UV-Lampe mat enger Kraaftdicht vu 6 mW/cm2 graduell iwwer d'ganz Klebstoffuewerfläch fir 60 s weidergeleet.
D'Konzept vu liicht a personaliséierbar dënnem Glaskompositplacke mat additiv fabrizéierten Polymerkär, deen hei diskutéiert gëtt, ass geduecht fir an zukünfteg Fassaden ze benotzen. Also musse Kompositplacke mat den applicabelen Normen entspriechen an den Ufuerderunge fir Servicelimit Staaten (SLS), Ultimate Stäerkt Limit Staaten (ULS) a Sécherheetsufuerderunge treffen. Dofir musse Kompositplacke sécher, staark a steif genuch sinn fir Laaschten ze widderstoen (wéi Uewerflächlasten) ouni ze briechen oder exzessiv Verformung. Fir d'mechanesch Äntwert vu virdru fabrizéierten dënnem Glas Komposit Panelen z'ënnersichen (wéi an der Mechanesch Tester Sektioun beschriwwen), goufen se Windlast Tester ënnerworf wéi an der nächster Ënnersektioun beschriwwen.
Den Zweck vu kierperlechen Tester ass d'mechanesch Eegeschafte vu Kompositplacke vun externe Maueren ënner Wandlaaschten ze studéieren. Zu dësem Zweck, Komposit Paneele besteet aus engem 3 mm décke voll temperéiert Glas baussenzegen Blat an engem 14 mm décke additively fabrizéierte Kär (vu PIPG-GF20) fabrizéiert wéi uewen beschriwwen benotzt Henkel Loctite AA 3345 Klebstoff (Fig. 7 lénks). )). . D'Kompositplacke ginn dann op den Holzstützrahmen mat Metallschrauwen befestegt, déi duerch den Holzrahmen an an d'Säite vun der Haaptstruktur gedriwwe ginn. 30 Schrauwen goufen ëm de Perimeter vum Panel plazéiert (kuckt déi schwaarz Linn op der lénkser Säit an der Fig. 7) fir d'linear Ënnerstëtzungsbedéngungen ëm de Perimeter esou no wéi méiglech ze reproduzéieren.
Den Testframe gouf dunn un d'äusseren Testmauer versiegelt andeems de Wanddrock oder d'Windsaug hannert dem Composite Panel applizéiert gouf (Figur 7, uewe riets). En digitale Korrelatiounssystem (DIC) gëtt benotzt fir Daten opzehuelen. Fir dëst ze maachen, gëtt de baussenzege Glas vun der Komposit Panel mat engem dënnen elastesche Blat bedeckt, deen drop gedréckt ass mat engem Perleline-Geräischmuster (Fig. 7, ënnen riets). DIC benotzt zwou Kameraen fir d'relativ Positioun vun alle Miesspunkten op der ganzer Glasfläch opzehuelen. Zwee Biller pro Sekonn goufen opgeholl a fir Evaluatioun benotzt. Den Drock an der Chamber, ëmgi vu Kompositplacke, gëtt mat Hëllef vun engem Fan an 1000 Pa Inkremente bis zu engem Maximumwäert vun 4000 Pa erhéicht, sou datt all Lastniveau 10 Sekonnen erhale bleift.
De kierperleche Setup vum Experiment gëtt och duerch en numeresche Modell mat de selwechte geometreschen Dimensiounen vertrueden. Fir dëst gëtt den numeresche Programm Ansys Mechanical benotzt. De Kär Struktur war geometreschen Mesh gemaach SOLID 185 sechseckegen Elementer mat 20 mm Säiten fir Glas an SOLID 187 tetrahedral Elementer mat 3 mm Säiten. Fir d'Modellerung ze vereinfachen, gëtt op dëser Etapp vun der Studie ugeholl datt d'Akrylat, déi benotzt gëtt, ideal steif an dënn ass, an definéiert als eng steif Verbindung tëscht dem Glas an dem Kärmaterial.
D'Kompositplacke sinn an enger riichter Linn ausserhalb vum Kär fixéiert, an d'Glaspanel gëtt enger Uewerflächendrockbelaaschtung vu 4000 Pa ënnerworf. Obwuel geometresch Nonlinearitéiten an der Modelléierung berücksichtegt goufen, goufen nëmmen linear Materialmodeller op dëser Etapp vun der benotzt. studéieren. Och wann dëst eng gëlteg Viraussetzung ass fir d'linear elastesch Äntwert vu Glas (E = 70.000 MPa), laut dem Dateblat vum Hiersteller vum (viskoelastesche) polymeresche Kärmaterial [17], gouf d'linear Steifheit E = 8245 MPa benotzt an déi aktuell Analyse soll rigoréis berücksichtegt ginn a wäert an zukünfteg Fuerschung studéiert ginn.
D'Resultater, déi hei presentéiert ginn, ginn haaptsächlech fir Verformungen bei maximale Wandlaascht bis 4000 Pa (=ˆ4kN/m2) bewäert. Fir dëst, goufen d'Biller vun der DIC Method opgeholl mat de Resultater vun numerescher Simulatioun (FEM) verglach (Fig. 8, ënnen riets). Wärend eng ideal Gesamtbelaaschtung vun 0 mm mat "idealer" linearer Ënnerstëtzer an der Randregioun (dh Panelperimeter) am FEM berechent gëtt, muss d'physesch Verschiebung vun der Randregioun berécksiichtegt ginn wann d'DIC evaluéiert gëtt. Dëst ass wéinst Installatiounstoleranzen a Verformung vum Testrahmen a sengen Dichtungen. Zum Verglach gouf d'Duerchschnëttsverschiebung an der Kanteregioun (gestreckt wäiss Linn an der Fig. 8) vun der maximaler Verschiebung am Zentrum vun der Panel subtrahéiert. D'Verschiebungen, déi duerch DIC a FEA bestëmmt ginn, ginn an der Tabell 1 verglach a si grafesch an der ieweschter lénkser Ecke vun der Fig.
Déi véier ugewandte Lastniveauen vum experimentelle Modell goufen als Kontrollpunkte fir d'Evaluatioun benotzt an an der FEM evaluéiert. Déi maximal zentrale Verschiebung vun der Kompositplack am entlaaschte Staat gouf duerch DIC Miessunge bei engem Laaschtniveau vu 4000 Pa bei 2,18 mm bestëmmt. Wärend FEA Verschiebungen bei méi nidderegen Lasten (bis zu 2000 Pa) nach ëmmer experimentell Wäerter präzis reproduzéieren kënnen, kann déi net-linear Erhéijung vun der Belaaschtung bei méi héije Lasten net genee berechent ginn.
Wéi och ëmmer, Studien hunn gewisen datt Kompositplacke extrem Wandlaaschten ausstoen. Besonnesch déi héich Steifheit vun de liichte Paneele stécht op. Mat analytesche Berechnunge baséiert op der linearer Theorie vu Kirchhoff Placke [20] entsprécht eng Verformung vun 2,18 mm bei 4000 Pa der Verformung vun enger eenzeger Glasplack 12 mm déck ënner deene selwechte Grenzbedéngungen. Als Resultat kann d'Dicke vum Glas (wat an der Produktioun energieintensiv ass) an dësem Composite Panel op 2 x 3mm Glas reduzéiert ginn, wat zu enger Materialspuer vu 50% resultéiert. D'Reduktioun vum Gesamtgewicht vum Panel bitt zousätzlech Virdeeler wat d'Montage ugeet. Iwwerdeems eng 30 kg Komposit Panel kann einfach vun zwee Leit gehandhabt ginn, eng traditionell 50 kg Glas Panel erfuerdert technesch Ënnerstëtzung fir sécher ze bewegen. Fir dat mechanescht Verhalen präzis ze representéieren, wäerte méi detailléiert numeresch Modeller an zukünfteg Studien erfuerderlech sinn. Finite Element Analyse ka weider verbessert ginn mat méi extensiv net-lineare Materialmodeller fir Polymeren a Klebstoffmodelléierung.
D'Entwécklung an d'Verbesserung vun digitale Prozesser spillen eng Schlësselroll bei der Verbesserung vun der wirtschaftlecher an ökologescher Leeschtung an der Bauindustrie. Zousätzlech versprécht d'Benotzung vun dënnem Glas an de Fassaden Energie- a Ressourcespueren a mécht nei Méiglechkeete fir d'Architektur op. Wéi och ëmmer, wéinst der klenger Dicke vum Glas sinn nei Designléisungen néideg fir d'Glas adequat ze verstäerken. Dofir entdeckt d'Etude, déi an dësem Artikel presentéiert gëtt, d'Konzept vu Kompositplacke aus dënnem Glas a gebonnen verstäerkten 3D gedréckte Polymer Kärstrukturen. De ganze Produktiounsprozess vum Design bis zur Produktioun gouf digitaliséiert an automatiséiert. Mat der Hëllef vu Grasshopper gouf e Fichier-zu-Fabrik-Workflow entwéckelt fir d'Benotzung vun dënnen Glaskompositplacken an zukünfteg Fassaden z'erméiglechen.
D'Produktioun vum éischte Prototyp huet d'Machbarkeet an d'Erausfuerderunge vun der Roboterfabrikatioun bewisen. Wärend additiv an subtraktiv Fabrikatioun scho gutt integréiert sinn, voll automatiséiert Klebstoffapplikatioun a Montage besonnesch presentéieren zousätzlech Erausfuerderunge fir an zukünfteg Fuerschung unzegoen. Duerch virleefeg mechanesch Tester an assoziéiert endlech Element Fuerschungsmodelléierung gouf gewisen datt liicht an dënn Glasfaserplacke genuch Béiesteifheet fir hir beabsichtigt Fassadapplikatiounen ubidden, och ënner extreme Wandlaaschtbedingungen. D'Autoren hir lafend Fuerschung wäert d'Potenzial vun digital fabrizéierten dënnen Glaskompositplacke fir Fassadapplikatiounen weider entdecken an hir Effektivitéit weisen.
D'Auteuren wëllen all Unhänger Merci soen, déi mat dëser Fuerschungsaarbecht verbonne sinn. Dank der EFRE SAB Finanzéierung Programm finanzéiert vun der Europäescher Unioun Fongen a Form vun Subventioun Nr finanziell Ressourcen fir de Kaf vun engem manipulator mat engem extruder an milling Apparat ze bidden. 100537005. Ausserdeem gouf d'AiF-ZIM fir d'Finanzéierung vum Glasfur3D Fuerschungsprojet (Subventiounsnummer ZF4123725WZ9) an Zesummenaarbecht mat Glaswerkstätten Glas Ahne unerkannt, déi dës Fuerschungsaarbecht bedeitend ënnerstëtzt huet. Schlussendlech erkennen de Friedrich Siemens Laboratoire a seng Mataarbechter, besonnesch de Felix Hegewald an de Studenteassistent Jonathan Holzerr, d'technesch Ënnerstëtzung an d'Ëmsetzung vun der Fabrikatioun a kierperlech Tester, déi d'Basis fir dëse Pabeier geformt hunn.