Прототипи тонких скляних фасадних панелей цифрового виготовлення

Використання тонкого скла обіцяє виконання різноманітних завдань у будівельній галузі. На додаток до екологічних переваг більш ефективного використання ресурсів, архітектори можуть використовувати тонке скло для досягнення нових ступенів свободи дизайну. Виходячи з теорії сендвіча, гнучке тонке скло можна поєднати з надрукованим на 3D полімерним ядром з відкритими комірками, щоб утворити дуже жорстку та легку композиційні елементи. У цій статті представлено дослідницьку спробу цифрового виготовлення тонких скляних фасадних панелей із використанням промислових роботів. У ньому пояснюється концепція оцифровування робочих процесів від фабрики до фабрики, включаючи автоматизоване проектування (CAD), проектування (CAE) і виробництво (CAM). Дослідження демонструє процес параметричного проектування, який забезпечує повну інтеграцію інструментів цифрового аналізу.
Крім того, цей процес демонструє потенціал і проблеми цифрового виробництва тонких скляних композитних панелей. Тут пояснюються деякі виробничі етапи, які виконує промисловий робот-манипулятор, як-от великоформатне адитивне виробництво, обробка поверхонь, процеси склеювання та складання. Нарешті, вперше глибоке розуміння механічних властивостей композитних панелей було отримано шляхом експериментальних і чисельних досліджень і оцінки механічних властивостей композитних панелей під поверхневим навантаженням. Загальна концепція цифрового проектування та робочого процесу виготовлення, а також результати експериментальних досліджень створюють основу для подальшої інтеграції методів визначення форми та аналізу, а також для проведення обширних механічних досліджень у майбутніх дослідженнях.
Цифрові методи виробництва дозволяють нам покращити виробництво шляхом трансформації традиційних методів і надання нових можливостей дизайну [1]. Традиційні методи будівництва мають тенденцію до надмірного використання матеріалів з точки зору вартості, базової геометрії та безпеки. Завдяки переносу будівництва на заводи, використанню модульної збірної конструкції та роботизації для реалізації нових методів проектування матеріали можна використовувати ефективно без шкоди для безпеки. Цифрове виробництво дозволяє нам розширити нашу дизайнерську уяву, створюючи більш різноманітні, ефективні та амбітні геометричні форми. Хоча процеси проектування та розрахунків значною мірою були оцифровані, виробництво та складання все ще переважно виконуються вручну традиційними способами. Цифрові виробничі процеси стають все більш важливими для роботи зі все більш складними структурами вільної форми. Прагнення до свободи та гнучкості дизайну, особливо коли йдеться про фасади, неухильно зростає. Окрім візуального ефекту, фасади вільної форми також дозволяють створювати більш ефективні конструкції, наприклад, за рахунок використання мембранних ефектів [2]. Крім того, великий потенціал цифрових виробничих процесів полягає в їх ефективності та можливості оптимізації конструкції.
У цій статті досліджується, як можна використовувати цифрові технології для проектування та виготовлення інноваційної композитної фасадної панелі, що складається з полімерного сердечника, виготовленого з добавками, і склеєних тонких скляних зовнішніх панелей. На додаток до нових архітектурних можливостей, пов’язаних із використанням тонкого скла, екологічні та економічні критерії також були важливими мотивами для використання меншої кількості матеріалів для будівництва огороджувальних конструкцій. У зв’язку зі зміною клімату, дефіцитом ресурсів і зростанням цін на енергоносії в майбутньому скло потрібно використовувати розумніше. Використання тонкого скла товщиною менше 2 мм з електронної промисловості робить фасад легким і зменшує використання сировини.
Завдяки високій гнучкості тонкого скла воно відкриває нові можливості для архітектурних застосувань і водночас ставить нові інженерні завдання [3,4,5,6]. Хоча поточне впровадження проектів фасадів з використанням тонкого скла обмежене, тонке скло все частіше використовується в цивільному будівництві та архітектурних дослідженнях. Зважаючи на високу здатність тонкого скла до пружної деформації, його використання у фасадах потребує посилених конструктивних рішень [7]. На додаток до використання ефекту мембрани завдяки вигнутій геометрії [8], момент інерції також можна збільшити за допомогою багатошарової структури, що складається з полімерного ядра та склеєного тонкого скляного зовнішнього листа. Цей підхід виявився перспективним завдяки використанню твердого прозорого полікарбонатного ядра, яке менш щільне, ніж скло. Крім позитивної механічної дії, були дотримані додаткові критерії безпеки [9].
Підхід у наступному дослідженні базується на тій самій концепції, але з використанням додатково виготовленого напівпрозорого ядра з відкритими порами. Це гарантує вищий ступінь геометричної свободи та можливостей проектування, а також інтеграцію фізичних функцій будівлі [10]. Такі композитні панелі довели свою особливу ефективність під час механічних випробувань [11] і обіцяють зменшити кількість використовуваного скла до 80%. Це дозволить не тільки скоротити необхідні ресурси, але й значно зменшити вагу панелей, тим самим підвищивши ефективність підконструкції. Але нові форми будівництва вимагають нових форм виробництва. Ефективні структури вимагають ефективних виробничих процесів. Цифровий дизайн сприяє цифровому виробництву. Ця стаття продовжує попередні дослідження автора, представляючи дослідження процесу цифрового виробництва тонких скляних композитних панелей для промислових роботів. Основна увага зосереджена на оцифруванні робочого процесу від файлу до заводу перших прототипів великого формату для підвищення автоматизації виробничого процесу.
Композитна панель (рис. 1) складається з двох тонких скляних накладок, обгорнутих навколо полімерного сердечника AM. Обидві деталі з'єднуються за допомогою клею. Мета такої конструкції – максимально ефективно розподілити навантаження по всій ділянці. Згинальні моменти створюють нормальні напруги в оболонці. Бічні сили викликають напруги зсуву в серцевині та клейових з’єднаннях.
Зовнішній шар сендвіч-конструкції виготовлений з тонкого скла. В принципі, буде використовуватися натрієво-силікатне скло. При товщині мішені < 2 мм процес термічного відпустки досягає поточної технологічної межі. Хімічно зміцнене алюмосилікатне скло може вважатися особливо придатним, якщо потрібна більш висока міцність через конструкцію (наприклад, панелі холодного згортання) або використання [12]. Функції світлопроникності та захисту навколишнього середовища будуть доповнені хорошими механічними властивостями, такими як хороша стійкість до подряпин і відносно високий модуль Юнга порівняно з іншими матеріалами, що використовуються в композитах. Через обмежені розміри, доступні для хімічно загартованого тонкого скла, для створення першого великомасштабного прототипу були використані панелі з повністю загартованого скла товщиною 3 мм.
Несуча конструкція розглядається як фасонна частина композитної панелі. Це впливає практично на всі атрибути. Завдяки адитивному методу виробництва він також є центром цифрового виробничого процесу. Термопласти обробляють фьюзингом. Це дає можливість використовувати велику кількість різних полімерів для конкретних застосувань. Топологія основних елементів може бути розроблена з різним акцентом залежно від їх функції. З цією метою дизайн форми можна розділити на такі чотири категорії дизайну: структурний дизайн, функціональний дизайн, естетичний дизайн і виробничий дизайн. Кожна категорія може мати різні цілі, що може призвести до різних топологій.
Під час попереднього дослідження деякі з основних конструкцій були перевірені на придатність їх конструкції [11]. З механічної точки зору триперіодна мінімальна поверхня ядра гіроскопа є особливо ефективною. Це забезпечує високу механічну стійкість до вигину при відносно низькій витраті матеріалу. На додаток до клітинних базових структур, відтворених на поверхневих ділянках, топологія також може бути створена за допомогою інших методів пошуку форми. Формування лінії напруги є одним із можливих шляхів оптимізації жорсткості при мінімально можливій вазі [13]. Проте стільникова структура, яка широко використовується в сендвіч-конструкціях, була використана як відправна точка для розробки виробничої лінії. Ця базова форма веде до швидкого прогресу у виробництві, особливо завдяки простому програмуванню траєкторії. Його поведінка в композитних панелях була широко вивчена [14, 15, 16], і зовнішній вигляд можна змінити багатьма способами за допомогою параметризації, а також можна використовувати для початкових концепцій оптимізації.
Існує багато термопластичних полімерів, які слід враховувати при виборі полімеру, залежно від використовуваного процесу екструзії. Початкові попередні дослідження невеликих матеріалів зменшили кількість полімерів, які вважаються придатними для використання у фасадах [11]. Полікарбонат (ПК) є перспективним завдяки своїй термостійкості, стійкості до ультрафіолету та високій жорсткості. Через додаткові технічні та фінансові інвестиції, необхідні для обробки полікарбонату, поліетилентерефталат, модифікований етиленгліколем (PETG), був використаний для виробництва перших прототипів. Його особливо легко обробляти при відносно низьких температурах з низьким ризиком термічної напруги та деформації компонентів. Показаний тут прототип зроблено з переробленого PETG під назвою PIPG. Матеріал попередньо сушили при 60°С не менше 4 год і переробляли на гранули з вмістом скловолокна 20 % [17].
Клей забезпечує міцний зв’язок між структурою полімерного ядра та тонкою скляною кришкою. Коли композитні панелі піддаються навантаженню на вигин, клейові з’єднання зазнають напруги зсуву. Тому перевагу надають більш твердому клею, який може зменшити прогин. Прозорі клеї також допомагають забезпечити високу візуальну якість при приклеюванні до прозорого скла. Ще одним важливим фактором при виборі клею є технологічність і інтегрованість в автоматизовані виробничі процеси. Тут УФ-затвердіючі клеї з гнучким часом затвердіння можуть значно спростити розміщення покривних шарів. На основі попередніх випробувань було перевірено серію клеїв на їх придатність для тонких скляних композитних панелей [18]. Акрилат Loctite® AA 3345™, що твердіє УФ [19], виявився особливо придатним для наступного процесу.
Щоб скористатися перевагами можливостей адитивного виробництва та гнучкості тонкого скла, весь процес був розроблений для цифрової та параметричної роботи. Grasshopper використовується як візуальний інтерфейс програмування, уникаючи інтерфейсів між різними програмами. Усі дисципліни (техніка, проектування та виробництво) підтримуватимуть і доповнюватимуть одна одну в одному файлі з прямим зворотним зв’язком від оператора. На цьому етапі дослідження робочий процес все ще перебуває в стадії розробки та відповідає шаблону, показаному на малюнку 2. Різні цілі можна згрупувати в категорії в межах дисциплін.
Незважаючи на те, що виробництво сендвіч-панелей у цій статті було автоматизовано з орієнтованим на користувача проектуванням і підготовкою до виготовлення, інтеграція та перевірка окремих інженерних інструментів не були повністю реалізовані. На основі параметричного проектування геометрії фасаду можливе проектування зовнішньої оболонки будівлі на макрорівні (фасад) і мезорівні (фасадні панелі). На другому етапі інженерний цикл зворотного зв’язку має на меті оцінити безпеку та придатність, а також життєздатність виготовлення навісних стін. Нарешті отримані панелі готові до цифрового виробництва. Програма обробляє розроблену структуру ядра в машиночитаному G-коді та готує її до адитивного виробництва, субтрактивної пост-обробки та склеювання скла.
Процес проектування розглядається на двох різних рівнях. Крім того, що макроформа фасадів впливає на геометрію кожної композитної панелі, на мезорівні також може бути спроектована топологія самого ядра. При використанні параметричної моделі фасаду на форму та зовнішній вигляд можна впливати за допомогою зразків секцій фасаду за допомогою повзунків, показаних на малюнку 3. Таким чином, загальна поверхня складається з визначеної користувачем масштабованої поверхні, яку можна деформувати за допомогою точкових атракторів і змінювати за допомогою із зазначенням мінімального та максимального ступеня деформації. Це забезпечує високу гнучкість конструкції огороджувальних конструкцій. Однак цей ступінь свободи обмежений технічними та виробничими обмеженнями, які потім відтворюються алгоритмами в інженерній частині.
Крім висоти і ширини всього фасаду, визначається поділ фасадних панелей. Що стосується окремих фасадних панелей, то їх можна більш точно визначити на мезорівні. Це впливає на топологію самої серцевини, а також на товщину скла. Ці дві змінні, а також розмір панелі, мають важливий зв’язок із машинобудівним моделюванням. Проектування та розробка всього макро- та мезорівня може здійснюватися з точки зору оптимізації в чотирьох категоріях структури, функції, естетики та дизайну продукту. Користувачі можуть створити загальний вигляд і відчуття оболонки будівлі, визначивши пріоритети цих областей.
Проект підтримується інженерною частиною за допомогою зворотного зв'язку. З цією метою цілі та граничні умови визначені в категорії оптимізації, показаній на рис. 2. Вони забезпечують коридори, які є технічно здійсненними, фізично надійними та безпечними для будівництва з інженерної точки зору, що має значний вплив на дизайн. Це відправна точка для різних інструментів, які можна інтегрувати безпосередньо в Grasshopper. У подальших дослідженнях механічні властивості можна оцінити за допомогою аналізу кінцевих елементів (FEM) або навіть аналітичних розрахунків.
Крім того, дослідження сонячної радіації, аналіз прямої видимості та моделювання тривалості сонячного світла можуть оцінити вплив композитних панелей на фізику будівлі. Важливо не надто обмежувати швидкість, ефективність і гнучкість процесу проектування. Таким чином, отримані тут результати були розроблені, щоб надати додаткові вказівки та підтримку процесу проектування та не замінюють детальний аналіз та обґрунтування наприкінці процесу проектування. Цей стратегічний план закладає основу для подальших категоричних досліджень для отримання доведених результатів. Наприклад, ще мало відомо про механічну поведінку композитних панелей під різними навантаженнями та умовами підтримки.
Після завершення проектування та проектування модель готова до цифрового виробництва. Процес виготовлення ділиться на чотири підетапи (рис. 4). По-перше, основну конструкцію було виготовлено додатково за допомогою великомасштабного роботизованого 3D-друку. Потім поверхню фрезерують за допомогою тієї самої роботизованої системи, щоб покращити якість поверхні, необхідну для гарного з’єднання. Після фрезерування клей наноситься вздовж основної структури за допомогою спеціально розробленої системи дозування, встановленої на тій самій роботизованій системі, що використовується для процесу друку та фрезерування. Нарешті, скло встановлюється та укладається перед УФ-затвердінням з’єднання.
Для адитивного виробництва визначена топологія основної структури повинна бути перекладена на мову машин з ЧПК (GCode). Щоб отримати рівномірні та високоякісні результати, мета полягає в тому, щоб надрукувати кожен шар без падіння сопла екструдера. Це запобігає небажаному надмірному тиску на початку та в кінці руху. Таким чином, сценарій безперервної генерації траєкторії був написаний для шаблону клітини, який використовувався. Це створить параметричну безперервну полілінію з однаковими початковою та кінцевою точками, яка адаптується до вибраного розміру панелі, кількості та розміру стільників відповідно до проекту. Крім того, перед укладанням ліній можна вказати такі параметри, як ширина та висота лінії, щоб досягти бажаної висоти основної конструкції. Наступним кроком у сценарії є написання команд G-коду.
Це робиться шляхом запису координат кожної точки на лінії з додатковою інформацією про машину, такою як інші відповідні осі для позиціонування та контролю обсягу екструзії. Отриманий G-код можна потім передати на виробничі машини. У цьому прикладі рука промислового робота Comau NJ165 на лінійній рейці використовується для керування екструдером CEAD E25 відповідно до G-коду (рис. 5). Перший прототип використовував постіндустріальний PETG з вмістом скловолокна 20%. З точки зору механічних випробувань розмір мішені близький до розміру будівельної галузі, тому розміри основного елемента становлять 1983 × 876 мм з 6 × 4 чарунками. 6 мм і 2 мм заввишки.
Попередні випробування показали, що існує різниця в міцності адгезії між клеєм і смолою для 3D-друку залежно від властивостей його поверхні. Для цього зразки для випробування адитивного виробництва приклеюють або ламінують до скла та піддають розтягуванню або зсуву. При попередній механічній обробці поверхні полімеру фрезеруванням міцність значно підвищилась (рис. 6). Крім того, він покращує площинність серцевини та запобігає дефектам, викликаним надмірною екструзією. Використаний тут акрилат LOCTITE® AA 3345™ [19], що твердіє УФ-випромінюванням, чутливий до умов обробки.
Це часто призводить до більш високого стандартного відхилення для тестових зразків зв’язку. Після адитивного виготовлення структуру серцевини фрезерували на профільному фрезерному верстаті. G-код, необхідний для цієї операції, автоматично генерується з траєкторій, уже створених для процесу 3D-друку. Структуру серцевини потрібно надрукувати трохи вище запланованої висоти серцевини. У цьому прикладі структуру сердечника товщиною 18 мм було зменшено до 14 мм.
Ця частина виробничого процесу є серйозною проблемою для повної автоматизації. Використання клеїв висуває високі вимоги до точності та точності машин. Пневматична система дозування використовується для нанесення клею вздовж основної конструкції. Він направляється роботом уздовж фрезерної поверхні відповідно до визначеної траєкторії інструменту. Виявляється, заміна традиційного наконечника-дозатора пензликом особливо вигідна. Це дозволяє рівномірно розподіляти клеї з низькою в’язкістю за об’ємом. Ця кількість визначається тиском в системі і швидкістю робота. Для більшої точності та високої якості склеювання перевагу надають низькій швидкості руху від 200 до 800 мм/хв.
Акрилат із середньою в'язкістю 1500 мПа*с наносили на стінку полімерного ядра шириною 6 мм за допомогою дозуючої щітки з внутрішнім діаметром 0,84 мм і шириною кисті 5 при прикладеному тиску від 0,3 до 0,6 мбар. мм. Потім клей розподіляється по поверхні підкладки та утворює шар товщиною 1 мм завдяки поверхневому натягу. Точне визначення товщини клею ще не може бути автоматизовано. Важливим критерієм вибору клею є тривалість процесу. Основна конструкція, виготовлена ​​тут, має довжину доріжки 26 м і, отже, час нанесення від 30 до 60 хвилин.
Після нанесення клею встановіть склопакет на місце. Через невелику товщину матеріалу тонке скло вже сильно деформується під дією власної ваги, тому має бути розташоване якомога рівномірніше. Для цього використовуються пневматичні скляні присоски з присосками з розсіюванням часу. Його встановлюють на компонент за допомогою крана, а в майбутньому можуть розмістити безпосередньо за допомогою роботів. Скляна пластина була розміщена паралельно поверхні ядра на клейовому шарі. Завдяки меншій вазі додаткова скляна пластина (товщиною від 4 до 6 мм) збільшує тиск на нього.
Результатом має бути повне зволоження скляної поверхні вздовж основної структури, про що можна судити з початкового візуального огляду видимих ​​різниць кольорів. Процес нанесення також може мати значний вплив на якість кінцевого склеєного з’єднання. Після склеювання скляні панелі не можна переміщати, оскільки це призведе до появи видимих ​​залишків клею на склі та дефектів власне шару клею. Нарешті, клей затверджується УФ-випромінюванням з довжиною хвилі 365 нм. Для цього УФ-лампою з щільністю потужності 6 мВт/см2 поступово проводять по всій поверхні клею протягом 60 с.
Обговорювана тут концепція легких тонких скляних композитних панелей із добавками виготовленого полімерного ядра, які можна налаштувати, призначена для використання у майбутніх фасадах. Таким чином, композитні панелі повинні відповідати чинним стандартам і відповідати вимогам щодо граничних станів експлуатації (SLS), граничних станів міцності (ULS) і вимог безпеки. Тому композитні панелі мають бути безпечними, міцними та досить жорсткими, щоб витримувати навантаження (наприклад, навантаження на поверхню) без руйнування чи надмірної деформації. Щоб дослідити механічну реакцію раніше виготовлених тонких скляних композитних панелей (як описано в розділі «Механічне випробування»), вони були піддані випробуванням на вітрове навантаження, як описано в наступному підрозділі.
Метою фізичних випробувань є дослідження механічних властивостей композитних панелей зовнішніх стін за вітрових навантажень. З цією метою композитні панелі, що складаються з зовнішнього листа із загартованого скла товщиною 3 мм і основного шару товщиною 14 мм (від PIPG-GF20), були виготовлені, як описано вище, з використанням клею Henkel Loctite AA 3345 (рис. 7 зліва). )). . Композитні панелі потім прикріплюються до дерев’яної опорної рами за допомогою металевих гвинтів, які вкручуються через дерев’яну раму в боки основної конструкції. 30 гвинтів було розміщено по периметру панелі (див. чорну лінію ліворуч на рис. 7), щоб якомога точніше відтворити умови лінійної опори по периметру.
Потім випробувальну раму герметично прикріпили до зовнішньої випробувальної стіни шляхом застосування вітрового тиску або всмоктування вітру за композитною панеллю (Малюнок 7, угорі праворуч). Для запису даних використовується система цифрової кореляції (DIC). Для цього зовнішнє скло композитної панелі покривають тонким еластичним листом з нанесеним на нього перлинним шумовим малюнком (рис. 7, внизу праворуч). DIC використовує дві камери для запису відносного положення всіх точок вимірювання на всій поверхні скла. Два зображення на секунду були записані та використані для оцінки. Тиск у камері, оточеній композитними панелями, підвищується за допомогою вентилятора з кроком 1000 Па до максимального значення 4000 Па, так що кожен рівень навантаження підтримується протягом 10 секунд.
Фізична установка експерименту також представлена ​​чисельною моделлю з такими ж геометричними розмірами. Для цього використовується чисельна програма Ansys Mechanical. Основною структурою була геометрична сітка з використанням шестикутних елементів SOLID 185 зі стороною 20 мм для скла та чотиригранних елементів SOLID 187 зі стороною 3 мм. Для спрощення моделювання на цьому етапі дослідження передбачається, що використаний акрилат є ідеально жорстким і тонким і визначається як жорсткий зв’язок між склом і матеріалом серцевини.
Композитні панелі фіксуються по прямій лінії поза серцевиною, а скляна панель піддається навантаженню поверхневого тиску 4000 Па. Хоча геометричні нелінійності були враховані при моделюванні, на цьому етапі використовувалися лише лінійні моделі матеріалу. вивчення. Незважаючи на те, що це дійсне припущення для лінійно-пружної реакції скла (E = 70 000 МПа), згідно з технічними даними виробника (в’язкопружного) полімерного матеріалу серцевини [17], лінійна жорсткість E = 8245 МПа використовувалася в поточний аналіз має бути ретельно розглянутий і вивчатиметься в майбутніх дослідженнях.
Представлені тут результати оцінюються в основному для деформацій при максимальних вітрових навантаженнях до 4000 Па (=ˆ4кН/м2). Для цього зображення, отримані методом DIC, порівнювали з результатами чисельного моделювання (FEM) (рис. 8, внизу праворуч). У той час як ідеальна загальна деформація 0 мм з «ідеальними» лінійними опорами в крайовій області (тобто, периметр панелі) розраховується в FEM, фізичне зміщення крайової області необхідно брати до уваги при оцінці DIC. Це пов’язано з допусками на встановлення та деформацією випробувальної рами та її ущільнень. Для порівняння середнє зміщення в крайовій області (пунктирна біла лінія на рис. 8) було віднято від максимального зміщення в центрі панелі. Переміщення, визначені DIC і FEA, порівнюються в таблиці 1 і графічно показані у верхньому лівому куті рис. 8.
Чотири застосовані рівні навантаження експериментальної моделі були використані як контрольні точки для оцінки та оцінені в FEM. Максимальне центральне зміщення композитної пластини в ненавантаженому стані визначали за допомогою DIC-вимірів при рівні навантаження 4000 Па при 2,18 мм. У той час як FEA переміщення при менших навантаженнях (до 2000 Па) все ще можуть точно відтворити експериментальні значення, нелінійне збільшення деформації при більш високих навантаженнях не може бути точно розраховано.
Проте дослідження показали, що композитні панелі витримують екстремальні вітрові навантаження. Особливо виділяється висока жорсткість легких панелей. Використовуючи аналітичні розрахунки на основі лінійної теорії пластин Кірхгофа [20], деформація 2,18 мм при 4000 Па відповідає деформації однієї скляної пластини товщиною 12 мм за тих самих граничних умов. У результаті товщина скла (яке є енергоємним у виробництві) у цій композитній панелі може бути зменшена до 2 x 3 мм скла, що призводить до економії матеріалу на 50%. Зменшення загальної ваги панелі забезпечує додаткові переваги з точки зору складання. У той час як композитну панель вагою 30 кг можуть легко впоратися двоє людей, традиційна скляна панель вагою 50 кг потребує технічної підтримки для безпечного переміщення. Щоб точно представити механічну поведінку, у майбутніх дослідженнях будуть потрібні більш детальні числові моделі. Аналіз кінцевих елементів може бути вдосконалений за допомогою розширених нелінійних моделей матеріалів для полімерів і моделювання адгезивного зв’язку.
Розробка та вдосконалення цифрових процесів відіграють ключову роль у покращенні економічних та екологічних показників у будівельній галузі. Крім того, використання тонкого скла у фасадах обіцяє економію енергії та ресурсів і відкриває нові можливості для архітектури. Однак через невелику товщину скла потрібні нові конструктивні рішення для адекватного посилення скла. Таким чином, дослідження, представлене в цій статті, досліджує концепцію композитних панелей, виготовлених з тонкого скла та скріплених армованих 3D-друкованих полімерних структур. Весь виробничий процес від проектування до виробництва оцифровано та автоматизовано. За допомогою Grasshopper було розроблено робочий процес «файл-завод», щоб дозволити використовувати тонкі скляні композитні панелі в майбутніх фасадах.
Виробництво першого прототипу продемонструвало доцільність і проблеми роботизованого виробництва. У той час як адитивне та субтрактивне виробництво вже добре інтегровані, повністю автоматизоване нанесення клею та складання, зокрема, представляють додаткові проблеми, які необхідно вирішити в майбутніх дослідженнях. Завдяки попереднім механічним випробуванням і пов’язаному з ними дослідницькому моделюванню на основі кінцевих елементів було показано, що легкі та тонкі панелі зі скловолокна забезпечують достатню жорсткість на вигин для запланованих фасадних застосувань навіть в умовах екстремального вітрового навантаження. Дослідження авторів, що тривають, продовжуватимуть вивчати потенціал виготовлених цифровим способом тонких скляних композитних панелей для фасадних застосувань і продемонструвати їхню ефективність.
Автори хочуть подякувати всім прихильникам, пов'язаним з цією дослідницькою роботою. Завдяки програмі фінансування EFRE SAB, яка фінансується з фондів Європейського Союзу у формі гранту № для надання фінансових ресурсів для придбання маніпулятора з екструдером та фрезерним пристроєм. 100537005. Крім того, AiF-ZIM отримав визнання за фінансування дослідницького проекту Glasfur3D (номер гранту ZF4123725WZ9) у співпраці з Glaswerkstätten Glas Ahne, який надав значну підтримку цій дослідницькій роботі. Нарешті, лабораторія Фрідріха Сіменса та її співробітники, особливо Фелікс Хегевальд і студент-помічник Джонатан Холцерр, визнають технічну підтримку та впровадження виготовлення та фізичних випробувань, які лягли в основу цієї статті.