Rəqəmsal olaraq hazırlanmış nazik şüşə kompozit fasad panellərinin prototipləri

İncə şüşənin istifadəsi tikinti sənayesində müxtəlif vəzifələri yerinə yetirməyi vəd edir. Resurslardan daha səmərəli istifadənin ekoloji faydalarına əlavə olaraq, memarlar dizayn azadlığının yeni dərəcələrinə nail olmaq üçün nazik şüşədən istifadə edə bilərlər. Sendviç nəzəriyyəsinə əsaslanaraq, çevik nazik şüşə çox sərt və yüngül çəki yaratmaq üçün 3D çap edilmiş açıq hüceyrəli polimer nüvəsi ilə birləşdirilə bilər. kompozit elementlər. Bu məqalə sənaye robotlarından istifadə edərək nazik şüşə-kompozit fasad panellərinin rəqəmsal istehsalı üzrə kəşfiyyat cəhdini təqdim edir. O, kompüter dəstəkli dizayn (CAD), mühəndislik (CAE) və istehsal (CAM) daxil olmaqla, fabrikdən fabrikə iş axınlarının rəqəmsallaşdırılması konsepsiyasını izah edir. Tədqiqat rəqəmsal analiz vasitələrinin qüsursuz inteqrasiyasını təmin edən parametrik dizayn prosesini nümayiş etdirir.
Bundan əlavə, bu proses nazik şüşə kompozit panellərin rəqəmsal istehsalının potensialını və çətinliklərini nümayiş etdirir. Sənaye robot qolu tərəfindən həyata keçirilən bəzi istehsal mərhələləri, məsələn, geniş formatlı aşqarların istehsalı, səthin işlənməsi, yapışdırılması və montaj prosesləri burada izah edilir. Nəhayət, ilk dəfə olaraq kompozit panellərin mexaniki xassələrinin dərindən başa düşülməsi eksperimental və ədədi tədqiqatlar və səth yükü altında kompozit panellərin mexaniki xüsusiyyətlərinin qiymətləndirilməsi ilə əldə edilmişdir. Rəqəmsal dizayn və istehsal iş prosesinin ümumi konsepsiyası, eləcə də eksperimental tədqiqatların nəticələri formanın müəyyən edilməsi və təhlili metodlarının daha da inteqrasiyası, eləcə də gələcək tədqiqatlarda geniş mexaniki tədqiqatların aparılması üçün əsas yaradır.
Rəqəmsal istehsal üsulları bizə ənənəvi üsulları dəyişdirərək və yeni dizayn imkanları təqdim etməklə istehsalı təkmilləşdirməyə imkan verir [1]. Ənənəvi tikinti üsulları qiymət, əsas həndəsə və təhlükəsizlik baxımından materialların həddindən artıq istifadəsinə meyllidir. Yeni dizayn üsullarını həyata keçirmək üçün modul yığma və robot texnikasından istifadə edərək tikintini fabriklərə köçürməklə, təhlükəsizliyə zərər vermədən materiallardan səmərəli istifadə edilə bilər. Rəqəmsal istehsal daha müxtəlif, səmərəli və iddialı həndəsi formalar yaratmaq üçün dizayn təxəyyülümüzü genişləndirməyə imkan verir. Dizayn və hesablama prosesləri əsasən rəqəmsallaşdırılsa da, istehsal və montaj hələ də ənənəvi üsullarla əsasən əl ilə aparılır. Getdikcə mürəkkəbləşən sərbəst formalı strukturların öhdəsindən gəlmək üçün rəqəmsal istehsal prosesləri getdikcə daha çox əhəmiyyət kəsb edir. Azadlıq və dizayn çevikliyi arzusu, xüsusən də fasadlara gəldikdə, durmadan artır. Sərbəst formalı fasadlar vizual effektlə yanaşı, həm də, məsələn, membran effektlərindən istifadə etməklə daha səmərəli strukturlar yaratmağa imkan verir [2]. Bundan əlavə, rəqəmsal istehsal proseslərinin böyük potensialı onların səmərəliliyində və dizaynın optimallaşdırılması imkanındadır.
Bu məqalə əlavə olaraq hazırlanmış polimer nüvədən və birləşdirilmiş nazik şüşə xarici panellərdən ibarət innovativ kompozit fasad panelinin dizaynı və istehsalı üçün rəqəmsal texnologiyanın necə istifadə oluna biləcəyini araşdırır. İncə şüşənin istifadəsi ilə bağlı yeni memarlıq imkanlarına əlavə olaraq, ekoloji və iqtisadi meyarlar da bina zərfinin tikintisi üçün daha az materialdan istifadə etmək üçün mühüm motivasiya olmuşdur. İqlim dəyişikliyi, resurs çatışmazlığı və gələcəkdə artan enerji qiymətləri ilə şüşə daha ağıllı istifadə edilməlidir. Elektron sənayesində qalınlığı 2 mm-dən az olan nazik şüşənin istifadəsi fasadı yüngülləşdirir və xammaldan istifadəni azaldır.
Nazik şüşənin yüksək çevikliyinə görə o, memarlıq tətbiqləri üçün yeni imkanlar açır və eyni zamanda yeni mühəndislik çətinlikləri yaradır [3,4,5,6]. Nazik şüşədən istifadə edilən fasad layihələrinin hazırkı tətbiqi məhdud olsa da, inşaat mühəndisliyi və memarlıq tədqiqatlarında nazik şüşə getdikcə daha çox istifadə olunur. Nazik şüşənin elastik deformasiyaya yüksək qabiliyyətinə görə onun fasadlarda istifadəsi gücləndirilmiş konstruktiv həllər tələb edir [7]. Əyri həndəsə [8] sayəsində membran effektindən istifadə etməklə yanaşı, ətalət momenti polimer nüvədən və yapışdırılmış nazik şüşə xarici təbəqədən ibarət çoxqatlı strukturla da artırıla bilər. Bu yanaşma, şüşədən daha az sıx olan sərt şəffaf polikarbonat nüvənin istifadəsi sayəsində vəd göstərdi. Müsbət mexaniki təsirə əlavə olaraq, əlavə təhlükəsizlik meyarlarına cavab verildi [9].
Aşağıdakı tədqiqatda yanaşma eyni konsepsiyaya əsaslanır, lakin əlavə olaraq hazırlanmış açıq məsaməli şəffaf nüvədən istifadə edir. Bu, daha yüksək həndəsi sərbəstliyə və dizayn imkanlarına, habelə binanın fiziki funksiyalarının inteqrasiyasına zəmanət verir [10]. Belə kompozit panellər mexaniki sınaqlarda [11] xüsusilə effektiv olduğunu sübut etdi və istifadə olunan şüşə miqdarını 80%-ə qədər azaltmağı vəd edir. Bu, yalnız tələb olunan resursları azaltmayacaq, həm də panellərin çəkisini əhəmiyyətli dərəcədə azaldacaq və bununla da alt quruluşun səmərəliliyini artıracaqdır. Amma yeni tikinti formaları yeni istehsal formalarını tələb edir. Effektiv strukturlar səmərəli istehsal prosesləri tələb edir. Rəqəmsal dizayn rəqəmsal istehsala töhfə verir. Bu məqalə sənaye robotları üçün nazik şüşə kompozit panellərin rəqəmsal istehsal prosesinin tədqiqini təqdim etməklə müəllifin əvvəlki tədqiqatını davam etdirir. Əsas diqqət istehsal prosesinin avtomatlaşdırılmasını artırmaq üçün ilk geniş formatlı prototiplərin fayldan zavoda iş axınının rəqəmsallaşdırılmasına yönəlib.
Kompozit panel (Şəkil 1) AM polimer nüvəsinə bükülmüş iki nazik şüşə örtükdən ibarətdir. İki hissə yapışqan ilə bağlanır. Bu dizaynın məqsədi yükü bütün bölmə üzərində mümkün qədər səmərəli şəkildə paylamaqdır. Bükülmə anları qabıqda normal gərginliklər yaradır. Yan qüvvələr özək və yapışdırıcı birləşmələrdə kəsici gərginliklərə səbəb olur.
Sendviç strukturunun xarici təbəqəsi nazik şüşədən hazırlanır. Prinsipcə, soda-əhəng silikat şüşəsi istifadə olunacaq. Hədəf qalınlığı < 2 mm ilə termal temperləmə prosesi cari texnoloji həddə çatır. Kimyəvi cəhətdən gücləndirilmiş alüminosilikat şüşə dizayn (məsələn, soyuq qatlanmış panellər) və ya istifadə [12] səbəbindən daha yüksək möhkəmlik tələb olunarsa, xüsusilə uyğun hesab edilə bilər. İşıq ötürmə və ətraf mühitin mühafizəsi funksiyaları kompozitlərdə istifadə olunan digər materiallarla müqayisədə yaxşı cızıqlara qarşı müqavimət və nisbətən yüksək Young modulu kimi yaxşı mexaniki xüsusiyyətlərlə tamamlanacaq. Kimyəvi cəhətdən sərtləşdirilmiş nazik şüşə üçün məhdud ölçülərə görə, ilk iri miqyaslı prototipin yaradılması üçün tam temperlənmiş 3 mm qalınlığında soda-əhəng şüşəsinin panelləri istifadə edilmişdir.
Dəstəkləyici struktur kompozit panelin formalı hissəsi hesab olunur. Demək olar ki, bütün atributlar ondan təsirlənir. Əlavə istehsal üsulu sayəsində o, həm də rəqəmsal istehsal prosesinin mərkəzidir. Termoplastiklər əritmə yolu ilə işlənir. Bu, xüsusi tətbiqlər üçün çoxlu sayda müxtəlif polimerlərdən istifadə etməyə imkan verir. Əsas elementlərin topologiyası onların funksiyasından asılı olaraq müxtəlif vurğu ilə tərtib edilə bilər. Bu məqsədlə forma dizaynını aşağıdakı dörd dizayn kateqoriyasına bölmək olar: struktur dizayn, funksional dizayn, estetik dizayn və istehsal dizaynı. Hər bir kateqoriyanın fərqli məqsədləri ola bilər ki, bu da müxtəlif topologiyalara səbəb ola bilər.
İlkin tədqiqat zamanı bəzi əsas konstruksiyalar onların konstruksiyasının uyğunluğu yoxlanılıb [11]. Mexanik nöqteyi-nəzərdən giroskopun üç dövrlü minimum əsas səthi xüsusilə təsirlidir. Bu, nisbətən aşağı material sərfiyyatı ilə əyilməyə yüksək mexaniki müqavimət təmin edir. Səth bölgələrində təkrarlanan hüceyrə əsas strukturlarına əlavə olaraq, topologiya digər forma tapmaq üsulları ilə də yaradıla bilər. Stress xəttinin yaradılması mümkün olan ən aşağı çəkidə sərtliyi optimallaşdırmağın mümkün yollarından biridir [13]. Bununla belə, sendviç konstruksiyalarında geniş istifadə olunan pətək strukturu istehsal xəttinin inkişafı üçün başlanğıc nöqtəsi kimi istifadə edilmişdir. Bu əsas forma, xüsusilə alət yolunun asan proqramlaşdırılması vasitəsilə istehsalda sürətli tərəqqiyə gətirib çıxarır. Onun kompozit panellərdə davranışı geniş şəkildə tədqiq edilmişdir [14, 15, 16] və görünüşü parametrləşdirmə vasitəsilə bir çox cəhətdən dəyişdirilə bilər və ilkin optimallaşdırma konsepsiyaları üçün də istifadə edilə bilər.
İstifadə olunan ekstruziya prosesindən asılı olaraq bir polimer seçərkən nəzərə alınmalı olan bir çox termoplastik polimer var. Kiçik ölçülü materialların ilkin ilkin tədqiqatları fasadlarda istifadəyə yararlı hesab edilən polimerlərin sayını azaltmışdır [11]. Polikarbonat (PC) istiliyə davamlılığı, ultrabənövşəyi şüalara davamlılığı və yüksək sərtliyi ilə perspektivlidir. Polikarbonatın emalı üçün tələb olunan əlavə texniki və maliyyə sərmayəsi səbəbindən ilk prototiplərin istehsalı üçün etilen qlikol modifikasiyalı polietilen tereftalatdan (PETG) istifadə edilmişdir. İstilik gərginliyi və komponentlərin deformasiyası riski az olan nisbətən aşağı temperaturda emal etmək xüsusilə asandır. Burada göstərilən prototip PIPG adlı təkrar emal edilmiş PETG-dən hazırlanmışdır. Material ilkin olaraq 60°C-də ən azı 4 saat qurudulmuş və tərkibində 20% şüşə lifi olan qranullara işlənmişdir [17].
Yapışqan polimer nüvənin strukturu ilə nazik şüşə qapaq arasında güclü bir əlaqə təmin edir. Kompozit panellər əyilmə yüklərinə məruz qaldıqda, yapışan birləşmələr kəsmə gərginliyinə məruz qalır. Buna görə daha sərt bir yapışdırıcıya üstünlük verilir və əyilməni azalda bilər. Şəffaf yapışdırıcılar şəffaf şüşəyə yapışdırıldıqda yüksək vizual keyfiyyət təmin etməyə kömək edir. Yapışqan seçərkən digər vacib amil istehsal qabiliyyəti və avtomatlaşdırılmış istehsal proseslərinə inteqrasiyadır. Burada çevik bərkimə müddətinə malik UV ilə bərkidici yapışdırıcılar örtük təbəqələrinin yerləşdirilməsini xeyli asanlaşdıra bilər. İlkin sınaqlara əsasən, bir sıra yapışdırıcılar nazik şüşə kompozit panellər üçün uyğunluğu sınaqdan keçirilmişdir [18]. Loctite® AA 3345™ UV ilə müalicə olunan akrilat [19] aşağıdakı proses üçün xüsusilə uyğun olduğunu sübut etdi.
Əlavə istehsal imkanlarından və nazik şüşənin çevikliyindən istifadə etmək üçün bütün proses rəqəmsal və parametrik işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Grasshopper, müxtəlif proqramlar arasında interfeyslərdən qaçaraq, vizual proqramlaşdırma interfeysi kimi istifadə olunur. Bütün fənlər (mühəndislik, mühəndislik və istehsalat) operatorun birbaşa rəyi ilə bir faylda bir-birini dəstəkləyəcək və tamamlayacaq. Tədqiqatın bu mərhələsində iş axını hələ inkişaf mərhələsindədir və Şəkil 2-də göstərilən nümunəyə uyğundur. Müxtəlif məqsədləri fənlər daxilində kateqoriyalara qruplaşdırmaq olar.
Bu sənəddə sendviç panellərin istehsalı istifadəçi mərkəzli dizayn və istehsal hazırlığı ilə avtomatlaşdırılmış olsa da, fərdi mühəndislik alətlərinin inteqrasiyası və təsdiqlənməsi tam həyata keçirilməmişdir. Fasad həndəsəsinin parametrik dizaynı əsasında binanın xarici qabığını makro səviyyədə (fasad) və mezo (fasad panelləri) layihələndirmək mümkündür. İkinci mərhələdə, mühəndislik rəyi döngəsi pərdə divarının istehsalının təhlükəsizliyini və uyğunluğunu, eləcə də həyat qabiliyyətini qiymətləndirmək məqsədi daşıyır. Nəhayət, əldə edilən panellər rəqəmsal istehsala hazırdır. Proqram hazırlanmış əsas strukturu maşın tərəfindən oxuna bilən G-kodda emal edir və onu əlavə istehsal, subtractive post-emal və şüşə birləşdirmə üçün hazırlayır.
Dizayn prosesi iki fərqli səviyyədə nəzərdən keçirilir. Fasadların makro formasının hər bir kompozit panelin həndəsəsinə təsir etməsi ilə yanaşı, nüvənin topologiyası da mezo səviyyədə tərtib edilə bilər. Parametrik fasad modelindən istifadə edərkən, forma və görünüş Şəkil 3-də göstərilən sürgülərdən istifadə etməklə fasad hissələrinin nümunəsi ilə təsirlənə bilər. Beləliklə, ümumi səth istifadəçi tərəfindən müəyyən edilmiş miqyaslı səthdən ibarətdir və nöqtə cəlbedicilərindən istifadə etməklə deformasiya edilə və dəyişdirilə bilər. minimum və maksimum deformasiya dərəcəsini təyin etmək. Bu, bina zərflərinin dizaynında yüksək dərəcədə çeviklik təmin edir. Bununla belə, bu sərbəstlik dərəcəsi texniki və istehsal məhdudiyyətləri ilə məhdudlaşır, daha sonra mühəndislik hissəsindəki alqoritmlər tərəfindən oynanılır.
Bütün fasadın hündürlüyü və eninə əlavə olaraq, fasad panellərinin bölünməsi müəyyən edilir. Fərdi fasad panellərinə gəldikdə, onlar mezo səviyyədə daha dəqiq müəyyən edilə bilər. Bu, əsas strukturun özünün topologiyasına, eləcə də şüşənin qalınlığına təsir göstərir. Bu iki dəyişən, eləcə də panelin ölçüsü, maşınqayırma modelləşdirməsi ilə mühüm əlaqəyə malikdir. Bütün makro və mezo səviyyənin dizaynı və inkişafı struktur, funksiya, estetika və məhsul dizaynının dörd kateqoriyasında optimallaşdırma baxımından həyata keçirilə bilər. İstifadəçilər bu sahələrə üstünlük verməklə bina zərfinin ümumi görünüşünü və hissini inkişaf etdirə bilərlər.
Layihə geribildirim döngəsindən istifadə edərək mühəndislik hissəsi tərəfindən dəstəklənir. Bu məqsədlə məqsədlər və sərhəd şərtləri Şəkil 2-də göstərilən optimallaşdırma kateqoriyasında müəyyən edilir. Onlar texniki cəhətdən mümkün, fiziki cəhətdən sağlam və mühəndislik nöqteyi-nəzərindən tikinti üçün təhlükəsiz olan dəhlizləri təmin edir ki, bu da dizayna əhəmiyyətli təsir göstərir. Bu, birbaşa Grasshopper-a inteqrasiya oluna bilən müxtəlif alətlər üçün başlanğıc nöqtəsidir. Əlavə tədqiqatlarda mexaniki xassələr Sonlu Elementlər Analizi (FEM) və ya hətta analitik hesablamalar vasitəsilə qiymətləndirilə bilər.
Bundan əlavə, günəş radiasiyası tədqiqatları, görmə xəttinin təhlili və günəş işığının müddəti modelləşdirilməsi kompozit panellərin bina fizikasına təsirini qiymətləndirə bilər. Dizayn prosesinin sürətini, səmərəliliyini və çevikliyini həddindən artıq məhdudlaşdırmamaq vacibdir. Beləliklə, burada əldə edilən nəticələr dizayn prosesinə əlavə təlimat və dəstək vermək üçün nəzərdə tutulmuşdur və dizayn prosesinin sonunda ətraflı təhlil və əsaslandırmanı əvəz etmir. Bu strateji plan sübut edilmiş nəticələr üçün sonrakı kateqoriyalı tədqiqatların əsasını qoyur. Məsələn, müxtəlif yük və dəstək şərtləri altında kompozit panellərin mexaniki davranışı haqqında hələ çox az şey məlumdur.
Dizayn və mühəndislik tamamlandıqdan sonra model rəqəmsal istehsala hazırdır. İstehsal prosesi dörd alt mərhələyə bölünür (şək. 4). Birincisi, əsas struktur böyük miqyaslı robotik 3D çap qurğusundan istifadə edərək əlavə olaraq hazırlanmışdır. Daha sonra yaxşı yapışma üçün lazım olan səth keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün eyni robot sistemi istifadə edərək səth frezelənir. Frezedən sonra yapışqan, çap və frezeləmə prosesində istifadə edilən eyni robot sistemə quraşdırılmış xüsusi hazırlanmış dozaj sistemindən istifadə edərək, əsas struktur boyunca tətbiq olunur. Nəhayət, şüşə yapışdırılmış birləşmənin UV ilə sərtləşməsindən əvvəl quraşdırılır və qoyulur.
Əlavə istehsal üçün əsas strukturun müəyyən edilmiş topologiyası CNC maşın dilinə (GCode) tərcümə edilməlidir. Vahid və yüksək keyfiyyətli nəticələr əldə etmək üçün məqsəd ekstruder başlığı düşmədən hər təbəqəni çap etməkdir. Bu, hərəkətin başlanğıcında və sonunda arzuolunmaz həddindən artıq təzyiqin qarşısını alır. Buna görə də, istifadə olunan hüceyrə nümunəsi üçün davamlı traektoriya yaratma skripti yazılmışdır. Bu, dizayna uyğun olaraq seçilmiş panel ölçüsünə, pətəklərin sayına və ölçüsünə uyğunlaşan, eyni başlanğıc və son nöqtələri olan parametrik davamlı çoxlu xətt yaradacaqdır. Bundan əlavə, əsas strukturun istənilən hündürlüyünə nail olmaq üçün xətlərin çəkilməsindən əvvəl xəttin eni və xəttin hündürlüyü kimi parametrlər təyin edilə bilər. Skriptdə növbəti addım G kodu əmrlərini yazmaqdır.
Bu, yerləşdirmə və ekstruziya həcminə nəzarət üçün digər müvafiq oxlar kimi əlavə maşın məlumatı ilə xəttdəki hər bir nöqtənin koordinatlarını qeyd etməklə həyata keçirilir. Nəticədə yaranan G kodu daha sonra istehsal maşınlarına ötürülə bilər. Bu nümunədə, xətti rels üzərindəki Comau NJ165 sənaye robot qolu, G koduna uyğun olaraq CEAD E25 ekstruderini idarə etmək üçün istifadə olunur (Şəkil 5). İlk prototipdə 20% şüşə lifi olan postindustrial PETG istifadə edilmişdir. Mexanik sınaq baxımından hədəf ölçüsü tikinti sənayesinin ölçüsünə yaxındır, buna görə də əsas elementin ölçüləri 6 × 4 petek hüceyrələri ilə 1983 × 876 mm-dir. 6 mm və 2 mm yüksəklikdə.
İlkin sınaqlar göstərdi ki, yapışqan və 3D çap qatranı arasında onun səthinin xüsusiyyətlərindən asılı olaraq yapışqan gücündə fərq var. Bunu etmək üçün əlavə istehsal test nümunələri şüşəyə yapışdırılır və ya laminatlanır və gərginlik və ya kəsilməyə məruz qalır. Polimer səthinin freze üsulu ilə ilkin mexaniki işlənməsi zamanı möhkəmlik əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır (şək. 6). Bundan əlavə, nüvənin düzlüyünü yaxşılaşdırır və həddindən artıq ekstruziya nəticəsində yaranan qüsurların qarşısını alır. Burada istifadə olunan UV ilə müalicə olunan LOCTITE® AA 3345™ [19] akrilat emal şərtlərinə həssasdır.
Bu, tez-tez bağ testi nümunələri üçün daha yüksək standart sapma ilə nəticələnir. Əlavə istehsaldan sonra əsas struktur profil freze maşınında freze edilmişdir. Bu əməliyyat üçün tələb olunan G kodu 3D çap prosesi üçün artıq yaradılmış alət yollarından avtomatik olaraq yaradılır. Əsas strukturu nəzərdə tutulan nüvə hündürlüyündən bir qədər yuxarı çap etmək lazımdır. Bu nümunədə 18 mm qalınlığında olan nüvə strukturu 14 mm-ə endirilib.
İstehsal prosesinin bu hissəsi tam avtomatlaşdırma üçün əsas problemdir. Yapışqanların istifadəsi maşınların dəqiqliyinə və dəqiqliyinə yüksək tələblər qoyur. Pnevmatik dozaj sistemi, əsas struktur boyunca yapışqan tətbiq etmək üçün istifadə olunur. O, müəyyən edilmiş alət yoluna uyğun olaraq freze səthi boyunca robot tərəfindən idarə olunur. Məlum olub ki, ənənəvi paylama ucunu fırça ilə əvəz etmək xüsusilə sərfəlidir. Bu, aşağı özlülüklü yapışdırıcıların həcmcə bərabər paylanmasına imkan verir. Bu məbləğ sistemdəki təzyiq və robotun sürəti ilə müəyyən edilir. Daha yüksək dəqiqlik və yüksək yapışdırma keyfiyyəti üçün 200 ilə 800 mm/dəq arasında aşağı hərəkət sürətinə üstünlük verilir.
Orta özlülüyü 1500 mPa*s olan akrilat daxili diametri 0,84 mm və fırça eni 5 olan dozaj fırçası ilə 0,3 ilə 0,6 mbar arasında tətbiq olunan təzyiqdə 6 mm genişlikdə polimer nüvəsinin divarına tətbiq edilmişdir. mm. Daha sonra yapışqan substratın səthinə yayılır və səthin gərginliyi səbəbindən 1 mm qalınlığında bir təbəqə meydana gətirir. Yapışqan qalınlığının dəqiq təyini hələ avtomatlaşdırıla bilməz. Prosesin müddəti bir yapışdırıcı seçmək üçün vacib bir meyardır. Burada istehsal olunan əsas konstruksiya 26 m yol uzunluğuna malikdir və buna görə də 30 ilə 60 dəqiqə arasında tətbiq müddəti var.
Yapışqan tətbiq etdikdən sonra ikiqat şüşəli pəncərəni yerinə quraşdırın. Materialın aşağı qalınlığına görə, nazik şüşə artıq öz çəkisi ilə güclü şəkildə deformasiya olunur və buna görə də mümkün qədər bərabər şəkildə yerləşdirilməlidir. Bunun üçün zamanla dağılmış vantuzlu pnevmatik şüşə vantuzlardan istifadə olunur. O, kran vasitəsilə komponentə yerləşdirilir və gələcəkdə robotlar vasitəsilə birbaşa yerləşdirilə bilər. Şüşə plitə nüvənin səthinə paralel olaraq yapışan təbəqəyə yerləşdirildi. Yüngül çəkiyə görə əlavə bir şüşə lövhə (4-6 mm qalınlığında) üzərindəki təzyiqi artırır.
Nəticə, görünən rəng fərqlərinin ilkin vizual təftişindən mühakimə oluna biləcəyi kimi, əsas struktur boyunca şüşə səthinin tam islanması olmalıdır. Tətbiq prosesi də son bağlanmış birləşmənin keyfiyyətinə əhəmiyyətli təsir göstərə bilər. Yapışdırıldıqdan sonra şüşə panelləri yerindən tərpətmək olmaz, çünki bu, şüşə üzərində görünən yapışqan qalıqlarına və faktiki yapışan təbəqədə qüsurlara səbəb olacaqdır. Nəhayət, yapışqan 365 nm dalğa uzunluğunda UV radiasiyası ilə müalicə olunur. Bunun üçün 6 mVt/sm2 güc sıxlığı olan UV lampası 60 s ərzində bütün yapışqan səthdən tədricən keçir.
Burada müzakirə edilən əlavələrlə hazırlanmış polimer nüvəli yüngül və fərdiləşdirilə bilən nazik şüşə kompozit panellər konsepsiyası gələcək fasadlarda istifadə üçün nəzərdə tutulub. Beləliklə, kompozit panellər tətbiq olunan standartlara uyğun olmalı və xidmət limiti vəziyyətləri (SLS), son güc limiti vəziyyətləri (ULS) və təhlükəsizlik tələblərinə cavab verməlidir. Buna görə də, kompozit panellər təhlükəsiz, güclü və qırılmadan və ya həddindən artıq deformasiya olmadan yüklərə (səth yükləri kimi) tab gətirə biləcək qədər sərt olmalıdır. Əvvəllər hazırlanmış nazik şüşə kompozit panellərin mexaniki reaksiyasını araşdırmaq üçün (Mexaniki Sınaq bölməsində təsvir olunduğu kimi) onlar növbəti yarımbölmədə təsvir olunduğu kimi külək yükü sınaqlarına məruz qaldılar.
Fiziki sınaqların məqsədi külək yükləri altında xarici divarların kompozit panellərinin mexaniki xüsusiyyətlərini öyrənməkdir. Bu məqsədlə, 3 mm qalınlığında tam temperli şüşə xarici təbəqədən və 14 mm qalınlığında əlavə olaraq hazırlanmış nüvədən (PIPG-GF20-dən) ibarət kompozit panellər Henkel Loctite AA 3345 yapışdırıcısından istifadə etməklə yuxarıda təsvir edildiyi kimi hazırlanmışdır (şəkil 7). )). . Daha sonra kompozit panellər taxta çərçivədən və əsas strukturun yanlarına çəkilən metal vintlər ilə taxta dayaq çərçivəsinə bərkidilir. Perimetr ətrafında xətti dəstək şərtlərini mümkün qədər yaxından bərpa etmək üçün panelin perimetri ətrafında 30 vint yerləşdirildi (Şəkil 7-də soldakı qara xəttə baxın).
Test çərçivəsi daha sonra kompozit panelin arxasında külək təzyiqi və ya külək emişi tətbiq etməklə xarici sınaq divarına bağlandı (Şəkil 7, yuxarı sağ). Məlumatları qeyd etmək üçün rəqəmsal korrelyasiya sistemi (DIC) istifadə olunur. Bunun üçün kompozit panelin xarici şüşəsi üzərində mirvari səs-küy naxışı ilə çap olunmuş nazik elastik təbəqə ilə örtülür (şəkil 7, sağ altda). DIC bütün şüşə səthində bütün ölçmə nöqtələrinin nisbi mövqeyini qeyd etmək üçün iki kameradan istifadə edir. Saniyədə iki şəkil qeydə alınmış və qiymətləndirmə üçün istifadə edilmişdir. Kompozit panellərlə əhatə olunmuş kameradakı təzyiq ventilyator vasitəsilə 1000 Pa artımla maksimum 4000 Pa dəyərə qədər artırılır ki, hər yük səviyyəsi 10 saniyə saxlanılır.
Təcrübənin fiziki quruluşu eyni həndəsi ölçülərə malik ədədi modellə də təmsil olunur. Bunun üçün Ansys Mechanical ədədi proqramından istifadə olunur. Əsas struktur şüşə üçün 20 mm tərəfləri olan SOLID 185 altıbucaqlı elementlərdən və 3 mm tərəfləri olan SOLID 187 tetraedral elementlərdən istifadə edərək həndəsi şəbəkə idi. Modelləşdirməni sadələşdirmək üçün tədqiqatın bu mərhələsində istifadə olunan akrilatın ideal olaraq sərt və nazik olduğu və şüşə ilə əsas material arasında sərt bir əlaqə kimi müəyyən edildiyi güman edilir.
Kompozit panellər nüvədən kənarda düz xəttlə bərkidilir və şüşə panel 4000 Pa səth təzyiqi yükünə məruz qalır. Modelləşdirmədə həndəsi qeyri-xəttiliklər nəzərə alınsa da, bu mərhələdə yalnız xətti material modellərindən istifadə edilmişdir. öyrənmək. Bu şüşənin xətti elastik reaksiyası üçün etibarlı bir fərziyyə olsa da (E = 70.000 MPa), (özlü-elastik) polimer nüvə materialının istehsalçısının məlumat vərəqinə [17] görə, E = 8245 MPa xətti sərtlikdən istifadə edilmişdir. cari təhlil ciddi şəkildə nəzərdən keçirilməli və gələcək tədqiqatlarda öyrəniləcəkdir.
Burada təqdim olunan nəticələr əsasən 4000 Pa (=ˆ4kN/m2) qədər maksimum külək yüklərində deformasiyalar üçün qiymətləndirilir. Bunun üçün DIC üsulu ilə qeydə alınan təsvirlər ədədi simulyasiyanın (FEM) nəticələri ilə müqayisə edilib (şək. 8, sağ alt). Kənar bölgədə (yəni, panel perimetri) “ideal” xətti dayaqlarla 0 mm-lik ideal ümumi deformasiya FEM-də hesablandığı halda, DİK-i qiymətləndirərkən kənar bölgənin fiziki yerdəyişməsi nəzərə alınmalıdır. Bu, quraşdırma toleransları və sınaq çərçivəsinin və onun möhürlərinin deformasiyası ilə əlaqədardır. Müqayisə üçün, kənar bölgədə orta yerdəyişmə (şəkil 8-də kəsikli ağ xətt) panelin mərkəzindəki maksimum yerdəyişmədən çıxıldı. DIC və FEA tərəfindən müəyyən edilmiş yerdəyişmələr Cədvəl 1-də müqayisə edilir və 8-in yuxarı sol küncündə qrafik olaraq göstərilir.
Eksperimental modelin dörd tətbiq olunan yük səviyyəsi qiymətləndirmə üçün nəzarət nöqtələri kimi istifadə edilmiş və FEM-də qiymətləndirilmişdir. Yüklənməmiş vəziyyətdə kompozit plitənin maksimum mərkəzi yerdəyişməsi 2,18 mm-də 4000 Pa yük səviyyəsində DIC ölçmələri ilə müəyyən edilmişdir. Daha aşağı yüklərdə (2000 Pa-a qədər) FEA yerdəyişmələri hələ də eksperimental dəyərləri dəqiq şəkildə təkrarlaya bilsə də, daha yüksək yüklərdə deformasiyanın qeyri-xətti artımını dəqiq hesablamaq mümkün deyil.
Bununla belə, tədqiqatlar kompozit panellərin həddindən artıq külək yüklərinə tab gətirə biləcəyini göstərdi. Yüngül panellərin yüksək sərtliyi xüsusilə seçilir. Kirchhoff plitələrinin [20] xətti nəzəriyyəsinə əsaslanan analitik hesablamalardan istifadə etməklə, 4000 Pa-da 2,18 mm-lik deformasiya eyni sərhəd şəraitində 12 mm qalınlığında tək şüşə lövhənin deformasiyasına uyğun gəlir. Nəticədə, bu kompozit paneldə şüşənin qalınlığı (istehsalda enerji tələb edir) 2 x 3 mm şüşəyə qədər azaldıla bilər, nəticədə 50% materiala qənaət edilir. Panelin ümumi çəkisinin azaldılması montaj baxımından əlavə üstünlüklər təmin edir. 30 kq-lıq kompozit panel iki nəfər tərəfindən asanlıqla idarə oluna bildiyi halda, ənənəvi 50 kq-lıq şüşə panel təhlükəsiz hərəkət etmək üçün texniki dəstək tələb edir. Mexanik davranışı dəqiq şəkildə təmsil etmək üçün gələcək tədqiqatlarda daha ətraflı ədədi modellər tələb olunacaq. Sonlu elementlərin təhlili polimerlər üçün daha geniş qeyri-xətti material modelləri və yapışqan bağların modelləşdirilməsi ilə daha da təkmilləşdirilə bilər.
Rəqəmsal proseslərin inkişafı və təkmilləşdirilməsi tikinti sənayesində iqtisadi və ekoloji göstəricilərin yaxşılaşdırılmasında əsas rol oynayır. Bundan əlavə, fasadlarda nazik şüşədən istifadə enerji və resurs qənaəti vəd edir və memarlıq üçün yeni imkanlar açır. Bununla belə, şüşənin kiçik qalınlığına görə, şüşəni adekvat şəkildə gücləndirmək üçün yeni dizayn həlləri tələb olunur. Buna görə də, bu məqalədə təqdim olunan tədqiqat nazik şüşədən və bərkidilmiş gücləndirilmiş 3D çaplı polimer əsas strukturlardan hazırlanmış kompozit panellər konsepsiyasını araşdırır. Dizayndan istehsala qədər bütün istehsal prosesi rəqəmsallaşdırılıb və avtomatlaşdırılıb. Grasshopper-ın köməyi ilə gələcək fasadlarda nazik şüşə kompozit panellərin istifadəsini təmin etmək üçün fayldan fabrikə iş prosesi hazırlanmışdır.
İlk prototipin istehsalı robot istehsalının mümkünlüyünü və çətinliklərini nümayiş etdirdi. Əlavə və çıxarıcı istehsal artıq yaxşı inteqrasiya olunsa da, tam avtomatlaşdırılmış yapışqan tətbiqi və yığılması, xüsusən də gələcək tədqiqatlarda həll edilməli olan əlavə problemlər yaradır. İlkin mexaniki sınaq və əlaqəli sonlu elementlərin tədqiqat modelləşdirməsi nəticəsində yüngül və nazik fiberglas panellərin hətta həddindən artıq külək yükü şəraitində belə, nəzərdə tutulan fasad tətbiqləri üçün kifayət qədər əyilmə sərtliyini təmin etdiyi göstərilmişdir. Müəlliflərin davam edən tədqiqatları fasad tətbiqləri üçün rəqəmsal olaraq hazırlanmış nazik şüşə kompozit panellərin potensialını daha da araşdıracaq və onların effektivliyini nümayiş etdirəcək.
Müəlliflər bu tədqiqat işi ilə bağlı bütün dəstəkçilərə təşəkkür etmək istəyirlər. EFRE SAB maliyyələşdirmə proqramı sayəsində ekstruder və freze qurğusu ilə manipulyatorun alınması üçün maliyyə resursları təmin etmək üçün №-li qrant şəklində Avropa İttifaqı fondlarından maliyyələşdirilir. 100537005. Bundan əlavə, AiF-ZIM bu tədqiqat işinə əhəmiyyətli dəstək verən Glaswerkstätten Glas Ahne ilə əməkdaşlıqda Glasfur3D tədqiqat layihəsini (qrant nömrəsi ZF4123725WZ9) maliyyələşdirməsinə görə tanınıb. Nəhayət, Fridrix Siemens Laboratoriyası və onun əməkdaşları, xüsusən Feliks Heqevald və tələbə köməkçisi Conatan Holzer bu məqalənin əsasını təşkil edən istehsal və fiziki sınaqların texniki dəstəyini və həyata keçirilməsini etiraf edirlər.