L'usu di vetru magre prumetti di cumpiendu diverse attività in l'industria di a custruzione. In più di i benefici ambientali di l'usu più efficiente di risorse, l'architetti ponu aduprà vetru sottile per ottene novi gradi di libertà di disignu. Basatu nantu à a teoria di sandwich, u vetru sottile flessibile pò esse cumminatu cù un core polimeru stampatu in 3D stampatu à cellula aperta per furmà assai rigidu è ligeru.
elementi cumposti. Questu articulu presenta un tentativu esplorativu di fabricazione digitale di pannelli sottili di facciata di vetru cumpostu cù robot industriali. Spiega u cuncettu di a digitalizazione di i flussi di travagliu da a fabbrica à a fabbrica, cumprese u disignu assistitu da computer (CAD), l'ingegneria (CAE) è a fabricazione (CAM). U studiu dimustra un prucessu di cuncepimentu parametricu chì permette una integrazione perfetta di strumenti di analisi digitale.
Inoltre, stu prucessu mostra u putenziale è e sfide di a fabricazione digitale di pannelli compositi di vetru sottile. Alcune di e fasi di fabricazione realizate da un bracciu di robot industriale, cum'è a fabricazione additiva di grande furmatu, a machinazione di a superficia, l'incollatura è i prucessi di assemblea, sò spiegati quì. Infine, per a prima volta, una cunniscenza prufonda di e proprietà meccaniche di pannelli compositi hè stata ottenuta attraversu studii sperimentali è numerichi è valutazione di e proprietà meccaniche di pannelli compositi sottu carica di superficia. U cuncettu generale di u flussu di travagliu di cuncepimentu digitale è di fabricazione, è ancu i risultati di studii sperimentali, furnisce una basa per una più integrazione di i metudi di definizione di forma è di analisi, è ancu per a realizazione di studii meccanicisti estensivi in studii futuri.
I metudi di fabricazione digitale ci permettenu di migliurà a produzzione trasfurmendu i metudi tradiziunali è furnisce novi pussibulità di cuncepimentu [1]. I metudi tradiziunali di custruzzione tendenu à abusà di i materiali in quantu à u costu, a geometria di basa è a sicurità. Trascendendu a custruzione à e fabbriche, utilizendu a prefabbricazione modulare è a robotica per implementà novi metudi di cuncepimentu, i materiali ponu esse aduprati in modu efficiente senza compromette a sicurezza. A fabricazione digitale ci permette di espansione a nostra imaginazione di design per creà forme geometriche più diverse, efficienti è ambiziose. Mentre i prucessi di cuncepimentu è di calculu sò largamente digitalizzati, a fabricazione è l'assemblea sò sempre largamente fatti a manu in modu tradiziunale. Per fà fronte à strutture di forma libera sempre più cumplesse, i prucessi di fabricazione digitale diventanu sempre più impurtanti. U desideriu di libertà è flessibilità di disignu, soprattuttu quandu si tratta di facciate, cresce in modu stabile. In più di l'effettu visuale, e facciate di forma libera permettenu ancu di creà strutture più efficaci, per esempiu, attraversu l'usu di l'effetti di a membrana [2]. Inoltre, u grande potenziale di i prucessi di fabricazione digitale si trova in a so efficienza è a pussibilità di ottimisazione di u disignu.
Questu articulu esplora cumu a tecnulugia digitale pò esse aduprata per cuncepisce è fabricà un pannellu di facciata compositu innovativu custituitu da un core polimeru fabbricatu additivu è pannelli esterni di vetru sottile ligatu. In più di e novi pussibulità architettoniche assuciate à l'usu di vetru sottile, i criteri ambientali è ecunomichi sò stati ancu mutivazioni impurtanti per aduprà menu materiale per custruisce l'involucro di l'edifiziu. Cù u cambiamentu climaticu, a scarsità di risorse è l'aumentu di i prezzi di l'energia in u futuru, u vetru deve esse usatu più intelligente. L'usu di vetru sottile di menu di 2 mm di spessore da l'industria elettronica rende a facciata ligera è riduce l'usu di materie prime.
A causa di l'alta flessibilità di u vetru sottile, apre novi pussibulità per l'applicazioni architettoniche è à u stessu tempu pone novi sfide ingegneria [3,4,5,6]. Mentre l'implementazione attuale di prughjetti di facciata chì utilizanu vetru sottile hè limitata, u vetru sottile hè sempre più utilizatu in l'ingegneria civile è l'architettura. A causa di l'alta capacità di u vetru sottile à a deformazione elastica, u so usu in facciate richiede suluzioni strutturali rinfurzate [7]. In più di sfruttà l'effettu di a membrana per via di a geometria curva [8], u mumentu d'inerzia pò ancu esse aumentatu da una struttura multilayer custituita da un core di polimeru è una foglia fina di vetru colata. Stu approcciu hà dimustratu prumessa per via di l'usu di un core di policarbonate trasparenti duru, chì hè menu densu di u vetru. In più di l'azzione meccanica pusitiva, i criterii di sicurezza supplementari sò stati cumpleti [9].
L'approcciu in u studiu dopu hè basatu annantu à u stessu cuncettu, ma utilizendu un core traslucentu di poru apertu additivu fabbricatu. Questu guarantisci un gradu più altu di libertà geomètrica è pussibulità di disignu, è ancu l'integrazione di e funzioni fisiche di l'edifiziu [10]. Tali pannelli compositi anu pruvatu particularmente efficaci in a prova meccanica [11] è prumettenu di riduce a quantità di vetru utilizatu finu à 80%. Questu ùn solu riducerà i risorsi necessarii, ma ancu riduce significativamente u pesu di i pannelli, aumentendu cusì l'efficienza di a sottostruttura. Ma novi forme di custruzzione necessitanu novi forme di pruduzzione. Strutture efficaci necessitanu prucessi di fabricazione efficaci. U disignu digitale cuntribuisce à a fabricazione digitale. Questu articulu cuntinua a ricerca precedente di l'autore presentendu un studiu di u prucessu di fabricazione digitale di pannelli compositi di vetru sottile per robot industriali. L'enfasi hè nantu à a digitalizazione di u flussu di travagliu da u file à a fabbrica di i primi prototipi di grande furmatu per aumentà l'automatizazione di u prucessu di fabricazione.
U pannellu compostu (Figura 1) hè custituitu da dui strati di vetru sottili avvolti intornu à un core di polimeru AM. E duie parti sò cunnessi cù cola. U scopu di stu disignu hè di distribuisce a carica in tutta a seccione in u più efficace pussibule. I mumenti di curvatura creanu stress normali in a cunchiglia. E forze laterali causanu stress di taglio in u core è i giunti adesivi.
A capa esterna di a struttura sandwich hè fatta di vetru magre. In principiu, u vetru di silicatu di soda-lime serà utilizatu. Cù un spessore di destinazione < 2 mm, u prucessu di tempera termale righjunghji u limitu tecnologicu attuale. U vetru d'aluminosilicatu rinfurzatu chimicamente pò esse cunsideratu particularmente adattatu se una forza più alta hè necessaria per u disignu (per esempiu, pannelli piegati à freddo) o l'usu [12]. A trasmissione di luce è e funzioni di prutezzione di l'ambiente sarà cumplementata da boni pruprietà meccanica cum'è una bona resistenza à i graffi è un modulu di Young relativamente altu paragunatu à altri materiali utilizati in composites. A causa di a dimensione limitata dispunibule per u vetru sottile induritu chimicamente, i pannelli di vetru di soda-calce di 3 mm sò stati usati per creà u primu prototipu à grande scala.
A struttura di supportu hè cunsiderata cum'è una parte formata di u pannellu compostu. Quasi tutti l'attributi sò affettati da questu. Grazie à u metudu di fabricazione additiva, hè ancu u centru di u prucessu di fabricazione digitale. I termoplastici sò processati per fusione. Questu permette di utilizà un gran numaru di polimeri diffirenti per applicazioni specifiche. A topologia di l'elementi principali pò esse designatu cù enfasi differente secondu a so funzione. Per questu scopu, u disignu di forma pò esse divisu in i seguenti quattru categurie di designu: disignu strutturale, disignu funziunale, disignu esteticu è disignu di produzzione. Ogni categuria pò avè diversi scopi, chì ponu purtà à diverse topologies.
Durante u studiu preliminare, alcuni di i disinni principali sò stati pruvati per l'adattabilità di u so disignu [11]. Da un puntu di vista miccanicu, a superficia core minima di trè periodi di u giroscopiu hè particularmente efficace. Questu furnisce una alta resistenza meccanica à a curvatura à un cunsumu di materiale relativamente bassu. In più di e strutture basiche cellulare riprodutte in e regioni di a superficia, a topologia pò ancu esse generata da altre tecniche di ricerca di forma. A generazione di linea di stress hè unu di i modi pussibuli per ottimisà a rigidità à u pesu minimu pussibule [13]. In ogni casu, a struttura di favo, largamente usata in e custruzzioni di sandwich, hè stata aduprata cum'è puntu di partenza per u sviluppu di a linea di produzzione. Sta forma basica porta à un rapidu prugressu in a produzzione, soprattuttu per via di una prugrammazione faciule d'utillita. U so cumpurtamentu in i pannelli composti hè statu assai studiatu [14, 15, 16] è l'apparenza pò esse cambiata in parechje manere per mezu di parametrizzazione è pò ancu esse usata per cuncetti di ottimisazione iniziale.
Ci hè parechje polimeri termoplastici da cunsiderà quandu sceglite un polimeru, secondu u prucessu di estrusione utilizatu. I studii preliminari iniziali di materiali di piccula scala anu riduciutu u numeru di polimeri cunsiderati adattati per l'usu in facciate [11]. U policarbonate (PC) hè prumessu per via di a so resistenza à u calore, resistenza UV è alta rigidità. A causa di l'investimentu tecnicu è finanziariu supplementu necessariu per processà u policarbonate, u polietilene tereftalato di etilene glycol (PETG) hè statu utilizatu per pruduce i primi prototipi. Hè particularmente faciule di processà à temperature relativamente bassu cù un risicu bassu di stress termicu è deformazione di cumpunenti. U prototipu mostratu quì hè fattu di PETG riciclatu chjamatu PIPG. U materiale hè statu seccu preliminarmente à 60 ° C per almenu 4 h è trasfurmatu in granuli cù un cuntenutu di fibra di vetru di 20% [17].
L'adesivu furnisce un forte ligame trà a struttura di u core di polimeru è a tapa di vetru sottile. Quandu i pannelli cumposti sò sottumessi à carichi di curvatura, i giunti adesivi sò sottumessi à stress di taglio. Dunque, un adesivo più duru hè preferitu è pò riduce a deviazione. L'adesivi trasparenti aiutanu ancu à furnisce una qualità visuale alta quandu ligate à u vetru chjaru. Un altru fattore impurtante quandu sceglite un adesivo hè a fabricabilità è l'integrazione in i prucessi di produzzione automatizati. Quì l'adesivi di curing UV cù tempi di cura flexible ponu simplificà assai u posizionamentu di i strati di copertura. Basatu nantu à e teste preliminari, una seria di adesivi sò stati pruvati per a so adattazione per pannelli compositi di vetru sottile [18]. Loctite® AA 3345™ acrylate durcissable UV [19] s'est révélé particulièrement approprié pour le processus suivant.
Per prufittà di e pussibilità di a fabricazione additiva è a flessibilità di u vetru sottile, tuttu u prucessu hè statu cuncepitu per travaglià in modu digitale è parametricu. Grasshopper hè utilizatu cum'è una interfaccia di prugrammazione visuale, evitendu l'interfaccia trà i diversi prugrammi. Tutte e discipline (ingenieria, ingegneria è fabricazione) susteneranu è cumplementarii in un schedariu cù feedback direttu da l'operatore. In questa fase di u studiu, u flussu di travagliu hè sempre in sviluppu è seguita u mudellu mostratu in a Figura 2. I sfarenti ugettivi ponu esse raggruppati in categurie in discipline.
Ancu s'è a produzzione di pannelli sandwich in questa carta hè stata automatizata cù u disignu è a preparazione di fabricazione centrata in l'utilizatori, l'integrazione è a validazione di l'arnesi individuali di l'ingegneria ùn hè micca stata cumpletamente realizata. Basatu nantu à u disignu parametricu di a geometria di a facciata, hè pussibule cuncepisce a cunchiglia esterna di l'edificiu à u livellu macro (facciata) è meso (pannelli di facciata). In u sicondu passu, u ciclu di feedback di l'ingegneria hà per scopu di valutà a sicurezza è l'idoneità, è ancu a viabilità di a fabricazione di cortina. Infine, i pannelli resultanti sò pronti per a produzzione digitale. U prugramma processa a struttura di core sviluppata in codice G leggibile da a macchina è a prepara per a fabricazione additiva, u post-processamentu sottractive è u ligame di vetru.
U prucessu di disignu hè cunsideratu à dui livelli diffirenti. In più di u fattu chì a forma macro di e facciate afecta a geometria di ogni pannellu compostu, a topologia di u core stessu pò ancu esse designatu à u livellu meso. Quandu s'utilice un mudellu di facciata parametrica, a forma è l'aspettu pò esse influenzatu da e sezioni di facciata d'esempiu cù i sliders mostrati in Figura 3. Cusì, a superficia tutale hè custituita da una superficia scalable definita da l'utilizatori chì pò esse deformata cù attrattori di punti è mudificate da specificà un minimu è u gradu massimu di deformazione. Questu furnisce un altu gradu di flessibilità in u disignu di buste di custruzzione. Tuttavia, stu gradu di libertà hè limitatu da e limitazioni tecniche è di fabricazione, chì sò poi ghjucate da l'algoritmi in a parte di l'ingegneria.
In più di l'altitudine è a larghezza di tutta a facciata, a divisione di i pannelli di a facciata hè determinata. In quantu à i pannelli di facciata individuali, ponu esse definiti più precisamente à u livellu meso. Questu affetta a topologia di a struttura di u core stessu, è ancu u grossu di u vetru. Sti dui variàbili, è ancu a dimensione di u pannellu, anu una relazione impurtante cù u mudellu di l'ingegneria meccanica. U disignu è u sviluppu di tuttu u livellu macro è meso pò esse realizatu in termini di ottimisazione in e quattru categurie di struttura, funzione, estetica è disignu di u produttu. L'utilizatori ponu sviluppà l'aspettu generale è a sensazione di l'involucramentu di l'edifiziu per priorità sti spazii.
U prughjettu hè sustinutu da a parte di l'ingegneria cù un ciclu di feedback. Per questu scopu, i scopi è e cundizioni di cunfini sò definiti in a categuria d'ottimisazione mostrata in a figura 2. Anu furnisce corridori chì sò tecnicamente fattibili, fisicamenti sani, è sicuru di custruisce da un puntu di vista di l'ingenieria, chì hà un impattu significativu in u disignu. Questu hè u puntu di partenza per diversi strumenti chì ponu esse integrati direttamente in Grasshopper. In più investigazioni, e proprietà meccaniche ponu esse valutate cù l'Analisi di Elementi Finiti (FEM) o ancu calculi analitici.
Inoltre, i studii di radiazione solare, l'analisi di a linea di vista è a modellazione di a durata di u sole ponu valutà l'impattu di i pannelli compositi nantu à a fisica di l'edificazione. Hè impurtante micca di limità eccessivamente a velocità, l'efficienza è a flessibilità di u prucessu di disignu. Comu tali, i risultati ottenuti quì sò stati pensati per furnisce una guida supplementu è un supportu à u prucessu di cuncepimentu è ùn sò micca un sustitutu per l'analisi dettagliata è a ghjustificazione à a fine di u prucessu di cuncepimentu. Stu pianu strategicu pone a basa per più ricerche categuriche per risultati pruvati. Per esempiu, pocu hè ancu cunnisciutu di u cumpurtamentu meccanicu di i pannelli compositi in diverse cundizioni di carica è supportu.
Quandu u disignu è l'ingenieria hè cumpletu, u mudellu hè prontu per a produzzione digitale. U prucessu di fabricazione hè divisu in quattru sub-stadi (Fig. 4). Prima, a struttura principale hè stata fabbricata additivu cù una facilità di stampa 3D robotica à grande scala. A superficia hè poi fresata cù u stessu sistema roboticu per migliurà a qualità di a superficia necessaria per un bonu ligame. Dopu a fresatura, l'adesivo hè appiicatu longu a struttura di u core utilizendu un sistema di dosificazione apposta muntatu nantu à u stessu sistema roboticu utilizatu per u prucessu di stampa è fresatura. Infine, u vetru hè stallatu è pusatu prima di curing UV di l'articulazione ligata.
Per a fabricazione additiva, a topologia definita di a struttura sottostante deve esse tradutta in linguaggio macchina CNC (GCode). Per risultati uniformi è d'alta qualità, l'obiettivu hè di stampà ogni strata senza chì a bocca di l'estrusore casca. Questu impedisce a sovrapressione indesiderata à u principiu è a fine di u muvimentu. Dunque, un script di generazione di trajectoria cuntinuu hè statu scrittu per u mudellu di cellula utilizatu. Questu hà da creà una polilinea continua parametrica cù i stessi punti di iniziu è di fine, chì si adatta à a dimensione di u pannellu selezziunatu, u numeru è a dimensione di favi cum'è u disignu. Inoltre, i paràmetri cum'è a larghezza di a linea è l'altezza di a linea ponu esse specificati prima di mette e linee per ottene l'altezza desiderata di a struttura principale. U prossimu passu in u script hè di scrive i cumandamenti G-code.
Questu hè fattu per arregistrà e coordenate di ogni puntu nantu à a linea cù infurmazioni supplementari di a macchina, cum'è altri assi pertinenti per u cuntrollu di u voluminu di pusizioni è estrusione. U codice G resultanti pò esse trasferitu à e macchine di produzzione. In questu esempiu, un bracciu di robot industriale Comau NJ165 nantu à una ferrovia lineale hè utilizatu per cuntrullà un extruder CEAD E25 secondu u codice G (Figura 5). U primu prototipu utilizatu PETG post-industriale cù un cuntenutu di fibra di vetru di 20%. In quantu à a prova meccanica, a dimensione di destinazione hè vicinu à a dimensione di l'industria di a custruzzione, cusì e dimensioni di l'elementu principale sò 1983 × 876 mm cù 6 × 4 cellule di favo. 6 mm è 2 mm di altezza.
I testi preliminari anu dimustratu chì ci hè una diffarenza in a forza adesiva trà l'adesiva è a resina di stampa 3D secondu e so proprietà di a superficia. Per fà questu, i specimens di teste di fabricazione additiva sò incollati o laminati à u vetru è sottumessi à tensione o cisura. Duranti u prucessu meccanicu preliminariu di a superficia di polimeru per fresatura, a forza aumentava significativamente (Fig. 6). Inoltre, migliurà a flatness di u core è impedisce i difetti causati da l'extrusione eccessiva. L'acrilatu LOCTITE® AA 3345™ [19] curabile UV utilizatu quì hè sensibile à e cundizioni di trasfurmazioni.
Questu spessu si traduce in una deviazione standard più alta per i campioni di prova di ligame. Dopu à a fabricazione additiva, a struttura di u core hè stata fresata nantu à una fresatrice di prufilu. U codice G necessariu per questa operazione hè generatu automaticamente da i percorsi d'utensili digià creati per u prucessu di stampa 3D. A struttura di u core deve esse stampata ligeramente più altu ch'è l'altezza di u core previstu. In questu esempiu, a struttura di u core di 18 mm hè stata ridutta à 14 mm.
Questa parte di u prucessu di fabricazione hè una sfida maiò per l'automatizazione completa. L'usu di adesivi pone una grande esigenza nantu à a precisione è a precisione di e macchine. U sistema di dosing pneumaticu hè utilizatu per applicà l'adesivo longu a struttura di u core. Hè guidatu da u robot longu a superficia di fresatura in cunfurmità cù u percorsu di l'utensili definitu. Risulta chì rimpiazzà a punta di dispensa tradiziunale cù una spazzola hè soprattuttu vantaghji. Questu permette l'adesivi di bassa viscosità per esse dispensatu uniformemente per u voluminu. Questa quantità hè determinata da a pressione in u sistema è a velocità di u robot. Per una precisione più grande è una alta qualità di ligame, sò preferite basse velocità di viaghju da 200 à 800 mm/min.
Acrylate cù una viscosità media di 1500 mPa * s hè stata appiicata à u muru di u core di polimeru 6 mm wide usendu una spazzola dosing cù un diametru internu di 0,84 mm è una larghezza di spazzola di 5 à una pressione applicata di 0,3 à 0,6 mbar. mm. L'adesivu hè poi spargugliatu nantu à a superficia di u sustrato è forma una capa di 1 mm di grossu per a tensione di a superficia. A determinazione esatta di u spessore di l'adesivo ùn pò ancu esse automatizata. A durata di u prucessu hè un criteriu impurtante per sceglie un adesivo. A struttura core prodotta quì hà una lunghezza di traccia di 26 m è dunque un tempu d'applicazione da 30 à 60 minuti.
Dopu l'appiccicazione di l'adesivu, installate a finestra doppia vetru in u locu. A causa di u bassu spessore di u materiale, u vetru magre hè digià forte deformatu da u so propiu pesu è deve dunque esse posizionatu u più uniformemente pussibule. Per questu, si usanu ventose pneumatiche di vetru cù ventose disperse in u tempu. Hè postu nantu à u cumpunente cù una gru, è in u futuru pò esse piazzatu direttamente cù robots. A piastra di vetru hè stata posta parallella à a superficia di u core nantu à a capa adhesiva. A causa di u pesu più liggeru, una piastra di vetru supplementu (4 à 6 mm di spessore) aumenta a pressione nantu à questu.
U risultatu deve esse una umidità cumpleta di a superficia di vetru longu a struttura di u core, cum'è pò esse ghjudicatu da una ispezione visuale iniziale di e differenze di culore visibili. U prucessu di l'applicazione pò ancu avè un impattu significativu nantu à a qualità di l'unione finale ligata. Una volta ligatu, i pannelli di vetru ùn devenu micca esse mossi postu chì questu risulterà in residui adesivi visibili nantu à u vetru è difetti in a strata adesiva attuale. Infine, l'adesivo hè curatu cù a radiazione UV à una lunghezza d'onda di 365 nm. Per fà questu, una lampa UV cù una densità di putenza di 6 mW / cm2 hè passata gradualmente nantu à tutta a superficia adhesiva per 60 s.
U cuncettu di pannelli compositi di vetru sottile ligeri è persunalizabili cù un core polimeru additivu fabricatu discutitu quì hè destinatu à l'usu in facciate future. Cusì, i pannelli compositi devenu esse conformi à i normi applicabili è risponde à i requisiti per i stati limite di serviziu (SLS), i stati limite di forza finale (ULS) è i requisiti di sicurezza. Per quessa, i pannelli cumposti devenu esse sicuri, forti è abbastanza rigidi per sustene e carichi (cum'è carichi di superficia) senza rotture o deformazioni eccessive. Per investigà a risposta meccanica di pannelli compositi di vetru sottile fabbricati prima (cum'è deskrittu in a sezione di Prove Meccaniche), sò stati sottumessi à teste di carica di u ventu cum'è deskrittu in a subsezione successiva.
U scopu di a prova fisica hè di studià e proprietà meccaniche di pannelli compositi di pareti esterni sottu carichi di ventu. Per questu scopu, i pannelli cumposti cumposti da una foglia esterna di vetru temperatu di 3 mm di spessore è un core additivu di 14 mm grossu (da PIPG-GF20) sò stati fabbricati cum'è descrittu sopra cù l'adesivo Henkel Loctite AA 3345 (Fig. 7 left). )). . I pannelli cumposti sò allora attaccati à u quadru di supportu di legnu cù viti metallici chì sò guidati attraversu u quadru di lignu è in i lati di a struttura principale. 30 viti sò stati posti intornu à u perimetru di u pannellu (vede a linea negra à a manca in Fig. 7) per ripruduce e cundizioni di supportu lineale intornu à u perimetru u più vicinu pussibule.
U quadru di prova hè stata poi sigillata à u muru di prova esternu appliendu a pressione di u ventu o l'aspirazione di u ventu daretu à u pannellu compostu (Figura 7, in cima à diritta). Un sistema di correlazione digitale (DIC) hè utilizatu per registrà e dati. Per fà questu, u vetru esternu di u pannellu compostu hè cupartu cù una fina foglia elastica stampata nantu à questu cù un mudellu di rumore perle (Fig. 7, fondu right). DIC usa duie camere per registrà a pusizione relativa di tutti i punti di misurazione nantu à tutta a superficia di vetru. Dui imagine per seconda sò stati registrati è usati per a valutazione. A pressione in a camera, circundatu da pannelli compositi, hè aumentata per mezu di un fan in incrementi di 1000 Pa finu à un valore massimu di 4000 Pa, cusì chì ogni livellu di carica hè mantinutu per 10 seconde.
A cunfigurazione fisica di l'esperimentu hè ancu rapprisintata da un mudellu numericu cù e stesse dimensioni geometriche. Per questu, u prugramma numericu Ansys Mechanical hè utilizatu. A struttura di u core era una maglia geomètrica utilizendu elementi esagonali SOLID 185 cù lati 20 mm per vetru è elementi tetraedrici SOLID 187 cù lati 3 mm. Per simplificà u mudellu, in questa fase di u studiu, si assume quì chì l'acrilatu utilizatu hè idealmente rigidu è magre, è hè definitu cum'è un ligame rigidu trà u vetru è u materiale core.
I pannelli cumposti sò fissi in una linea dritta fora di u core, è u pannellu di vetru hè sottumessu à una carica di pressione di a superficia di 4000 Pa. Ancu s'è i nonlinearities geomettichi sò stati cunsiderati in u mudellu, solu mudelli di materiale lineari sò stati utilizati in questa fase di u studià. Ancu s'ellu hè una supposizione valida per a risposta elastica lineale di vetru (E = 70 000 MPa), secondu a scheda di dati di u fabricatore di u materiale di core polimericu (viscoelastic) [17], a rigidità lineale E = 8245 MPa hè stata utilizata in l'analisi attuale deve esse cunsiderata rigurosamente è serà studiata in a ricerca futura.
I risultati presentati quì sò valutati principarmenti per deformazioni à carichi di ventu massimi finu à 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). Per questu, l'imaghjini arregistrati da u metudu DIC sò stati paragunati cù i risultati di simulazione numerica (FEM) (Fig. 8, fondu right). Mentre chì una tensione totale ideale di 0 mm cù supporti lineari "ideali" in a regione di u bordu (vale à dì, u perimetru di u pannellu) hè calculata in u FEM, u spustamentu fisicu di a regione di u bordu deve esse cunsideratu quandu evaluà u DIC. Questu hè duvuta à a tolleranza di stallazione è a deformazione di u quadru di prova è i so sigilli. Per paragunà, u spustamentu mediu in a regione di u bordu (linea bianca trattu in Fig. 8) hè stata sottratta da u spustamentu massimu in u centru di u pannellu. I spustamenti determinati da DIC è FEA sò paragunati in a Table 1 è sò mostrati gràficamente in u cantonu superiore manca di a Fig.
I quattru livelli di carica applicata di u mudellu sperimentale sò stati utilizati cum'è punti di cuntrollu per a valutazione è evaluati in u FEM. U spustamentu cintrali massimu di a piastra composta in u statu scaricatu hè statu determinatu da misure DIC à un livellu di carica di 4000 Pa à 2,18 mm. Mentre chì i spostamenti FEA à carichi più bassi (finu à 2000 Pa) ponu ancu riproduce accuratamente i valori sperimentali, l'aumentu non lineale di a tensione à carichi più elevati ùn pò micca esse calculatu accuratamente.
In ogni casu, i studii anu dimustratu chì i pannelli cumposti ponu sustene carichi di ventu estremi. L'alta rigidità di i pannelli ligeri si distingue in particulare. Utilizendu i calculi analitici basati nantu à a teoria lineale di i platti di Kirchhoff [20], una deformazione di 2,18 mm à 4000 Pa currisponde à a deformazione di una sola lastra di vetru di 12 mm di spessore in i stessi cundizioni di cunfini. In u risultatu, u gruixu di u vetru (chì hè energia intensiva in a pruduzzione) in stu pannellu compostu pò esse ridutta à 2 x 3mm di vetru, risultatu in un risparmiu di materiale di 50%. A riduzzione di u pesu generale di u pannellu furnisce benefici supplementari in quantu à l'assemblea. Mentre chì un pannellu compostu di 30 kg pò esse facilmente manipulatu da duie persone, un pannellu di vetru tradiziunale di 50 kg necessita di supportu tecnicu per spustà in modu sicuru. Per rapprisintà accuratamente u cumpurtamentu meccanicu, mudelli numerichi più detallati seranu richiesti in studii futuri. L'analisi di elementi finiti pò esse rinfurzata ancu cù mudelli di materiale non lineari più estesi per polimeri è modellazione di legami adesivi.
U sviluppu è a migliione di i prucessi digitali ghjucanu un rolu chjave in a migliurà e prestazioni economiche è ambientali in l'industria di a custruzione. Inoltre, l'usu di vetru sottile in facciate prumette risparmi d'energia è risorse è apre novi pussibulità per l'architettura. In ogni casu, per via di u picculu spessore di u vetru, novi suluzioni di designu sò necessarii per rinfurzà bè u vetru. Per quessa, u studiu prisentatu in questu articulu esplora u cuncettu di pannelli compositi fatti di vetru sottile è strutture di core polimeru stampate 3D rinfurzati. Tuttu u prucessu di produzzione da u disignu à a produzzione hè statu digitalizatu è automatizatu. Cù l'aiutu di Grasshopper, un flussu di travagliu file-to-factory hè statu sviluppatu per permette l'usu di pannelli compositi di vetru sottile in facciate future.
A pruduzzione di u primu prototipu hà dimustratu a fattibilità è e sfide di a fabricazione robotica. Mentre a fabricazione additiva è sottrattiva hè digià ben integrata, l'applicazione adesiva è l'assemblea completamente automatizata in particulare presentanu sfide supplementari da affrontà in a ricerca futura. Per mezu di teste meccaniche preliminari è mudelli di ricerca di elementi finiti assuciati, hè statu dimustratu chì i pannelli di fibra di vetro ligeri è sottili furniscenu una rigidità di curvatura sufficiente per e so applicazioni di facciata destinate, ancu in condizioni estreme di carica di ventu. A ricerca in corso di l'autori esplorarà ulteriormente u putenziale di pannelli compositi di vetru sottile fabbricati digitalmente per l'applicazioni di facciata è dimustrà a so efficacità.
L'autori ringrazianu tutti i sustenitori assuciati à stu travagliu di ricerca. Grazie à u prugramma di finanziamentu EFRE SAB finanzatu da i fondi di l'Unione Europea in forma di cuncessione N ° per furnisce risorse finanziarii per l'acquistu di un manipulatore cù un extruder è un dispusitivu di fresatura. 100537005. Inoltre, AiF-ZIM hè statu ricunnisciutu per u finanzamentu di u prughjettu di ricerca Glasfur3D (numeru di cuncessione ZF4123725WZ9) in cullaburazione cù Glaswerkstätten Glas Ahne, chì furnisce un sustegnu significativu per stu travagliu di ricerca. Infine, u Laboratoriu Friedrich Siemens è i so cullaburatori, in particulare Felix Hegewald è l'assistente studiente Jonathan Holzerr, ricunnosce u supportu tecnicu è l'implementazione di a fabricazione è a prova fisica chì furmò a basa di stu documentu.
Tempu di Postu: Aug-04-2023