Matumizi ya kioo nyembamba huahidi kutimiza kazi mbalimbali katika sekta ya ujenzi. Mbali na manufaa ya mazingira ya matumizi bora ya rasilimali, wasanifu wanaweza kutumia kioo nyembamba kufikia digrii mpya za uhuru wa kubuni. Kulingana na nadharia ya sandwich, glasi nyembamba inayoweza kunyumbulika inaweza kuunganishwa na msingi wa polima iliyochapishwa ya 3D ili kuunda ngumu sana na nyepesi.
vipengele vya mchanganyiko. Makala haya yanawasilisha jaribio la uchunguzi wa uundaji wa kidijitali wa paneli nyembamba za usoni zenye mchanganyiko wa glasi kwa kutumia roboti za viwandani. Inafafanua wazo la kuweka dijiti mtiririko wa kazi kutoka kiwanda hadi kiwanda, pamoja na muundo unaosaidiwa na kompyuta (CAD), uhandisi (CAE), na utengenezaji (CAM). Utafiti unaonyesha mchakato wa muundo wa parametric ambao huwezesha ujumuishaji usio na mshono wa zana za uchambuzi wa dijiti.
Kwa kuongeza, mchakato huu unaonyesha uwezekano na changamoto za utengenezaji wa paneli za mchanganyiko wa kioo nyembamba. Baadhi ya hatua za utengenezaji zinazofanywa na mkono wa roboti ya viwandani, kama vile utengenezaji wa viungio vya muundo mkubwa, uchakataji wa uso, uunganishaji na michakato ya kuunganisha, zimefafanuliwa hapa. Hatimaye, kwa mara ya kwanza, uelewa wa kina wa mali ya mitambo ya paneli za mchanganyiko umepatikana kupitia masomo ya majaribio na namba na tathmini ya mali ya mitambo ya paneli za composite chini ya upakiaji wa uso. Dhana ya jumla ya muundo wa kidijitali na mtiririko wa kazi wa uundaji, pamoja na matokeo ya tafiti za majaribio, hutoa msingi wa ujumuishaji zaidi wa njia za ufafanuzi wa umbo na uchanganuzi, na vile vile kufanya tafiti za kina za kiufundi katika masomo yajayo.
Mbinu za utengenezaji wa kidijitali huturuhusu kuboresha uzalishaji kwa kubadilisha mbinu za kitamaduni na kutoa uwezekano mpya wa kubuni [1]. Mbinu za jadi za ujenzi zina mwelekeo wa kutumia vifaa kupita kiasi kulingana na gharama, jiometri ya msingi, na usalama. Kwa kuhamisha ujenzi kwa viwanda, kwa kutumia uundaji wa kawaida na roboti kutekeleza mbinu mpya za usanifu, nyenzo zinaweza kutumika kwa ufanisi bila kuathiri usalama. Utengenezaji wa kidijitali huturuhusu kupanua mawazo yetu ya muundo ili kuunda maumbo tofauti zaidi, bora na kabambe ya kijiometri. Ingawa michakato ya usanifu na kukokotoa kwa kiasi kikubwa imewekwa kwenye dijiti, utengenezaji na uunganishaji bado unafanywa kwa mkono kwa njia za kitamaduni. Ili kukabiliana na miundo isiyolipishwa inayozidi kuwa ngumu, michakato ya utengenezaji wa kidijitali inazidi kuwa muhimu. Tamaa ya uhuru na kubadilika kwa muundo, haswa linapokuja suala la facades, inakua kwa kasi. Mbali na athari ya kuona, vitambaa vya umbo la bure pia hukuruhusu kuunda miundo yenye ufanisi zaidi, kwa mfano, kupitia matumizi ya athari za utando [2]. Kwa kuongeza, uwezo mkubwa wa michakato ya utengenezaji wa dijiti iko katika ufanisi wao na uwezekano wa uboreshaji wa muundo.
Makala haya yanachunguza jinsi teknolojia ya kidijitali inavyoweza kutumika kuunda na kutengeneza kidirisha cha ubunifu cha sehemu ya mbele cha usoni kinachojumuisha msingi wa polima uliobuniwa zaidi na paneli nyembamba za nje za glasi zilizounganishwa. Mbali na uwezekano mpya wa usanifu unaohusishwa na matumizi ya kioo nyembamba, vigezo vya mazingira na kiuchumi pia vimekuwa motisha muhimu kwa kutumia nyenzo kidogo kujenga bahasha ya jengo. Pamoja na mabadiliko ya hali ya hewa, uhaba wa rasilimali na kupanda kwa bei ya nishati katika siku zijazo, kioo lazima kitumike nadhifu. Matumizi ya kioo nyembamba chini ya 2 mm nene kutoka sekta ya umeme hufanya façade mwanga na kupunguza matumizi ya malighafi.
Kutokana na kubadilika kwa juu kwa kioo nyembamba, hufungua uwezekano mpya wa maombi ya usanifu na wakati huo huo hutoa changamoto mpya za uhandisi [3,4,5,6]. Wakati utekelezaji wa sasa wa miradi ya façade kwa kutumia glasi nyembamba ni mdogo, glasi nyembamba inazidi kutumika katika uhandisi wa umma na masomo ya usanifu. Kwa sababu ya uwezo wa juu wa glasi nyembamba kwa deformation ya elastic, matumizi yake katika facades inahitaji ufumbuzi wa kimuundo ulioimarishwa [7]. Kando na kutumia athari ya utando kutokana na jiometri iliyojipinda [8], muda wa hali ya hewa pia unaweza kuongezwa kwa muundo wa tabaka nyingi unaojumuisha msingi wa polima na karatasi ya nje ya glasi nyembamba iliyoangaziwa. Mbinu hii imeonyesha ahadi kutokana na matumizi ya msingi mgumu wa uwazi wa polycarbonate, ambao ni chini ya mnene kuliko kioo. Mbali na hatua nzuri ya mitambo, vigezo vya ziada vya usalama vilifikiwa [9].
Mtazamo katika utafiti ufuatao unatokana na dhana hiyo hiyo, lakini kwa kutumia msingi unaopitisha mwanga wa pore uliobuniwa zaidi. Hii inahakikisha kiwango cha juu cha uhuru wa kijiometri na uwezekano wa kubuni, pamoja na ushirikiano wa kazi za kimwili za jengo [10]. Paneli kama hizo za mchanganyiko zimethibitisha ufanisi hasa katika upimaji wa mitambo [11] na kuahidi kupunguza kiasi cha kioo kinachotumiwa na hadi 80%. Hii sio tu kupunguza rasilimali zinazohitajika, lakini pia kupunguza kwa kiasi kikubwa uzito wa paneli, na hivyo kuongeza ufanisi wa muundo mdogo. Lakini aina mpya za ujenzi zinahitaji aina mpya za uzalishaji. Miundo yenye ufanisi inahitaji michakato ya ufanisi ya utengenezaji. Ubunifu wa kidijitali huchangia utengenezaji wa kidijitali. Makala haya yanaendelea na utafiti wa awali wa mwandishi kwa kuwasilisha utafiti wa mchakato wa utengenezaji wa kidijitali wa paneli za mchanganyiko wa glasi nyembamba za roboti za viwandani. Lengo ni kuweka kidijitali utendakazi wa faili hadi kiwanda wa prototypes za kwanza za umbizo kubwa ili kuongeza uwekaji otomatiki wa mchakato wa utengenezaji.
Paneli ya mchanganyiko (Kielelezo 1) ina vioo viwili vyembamba vilivyowekelewa kuzunguka msingi wa polima ya AM. Sehemu mbili zimeunganishwa na gundi. Madhumuni ya kubuni hii ni kusambaza mzigo juu ya sehemu nzima kwa ufanisi iwezekanavyo. Nyakati za kujikunja huunda mikazo ya kawaida kwenye ganda. Nguvu za baadaye husababisha mkazo wa shear katika viungo vya msingi na wambiso.
Safu ya nje ya muundo wa sandwich hufanywa kwa glasi nyembamba. Kimsingi, glasi ya silicate ya soda-chokaa itatumika. Kwa unene unaolengwa chini ya mm 2, mchakato wa kuwasha joto hufikia kikomo cha sasa cha teknolojia. Kioo cha aluminosilicate kilichoimarishwa kwa kemikali kinaweza kuchukuliwa kuwa kinafaa hasa ikiwa nguvu ya juu zaidi inahitajika kutokana na muundo (km paneli zilizokunjwa baridi) au matumizi [12]. Usambazaji mwanga na vitendaji vya ulinzi wa mazingira vitakamilishwa na sifa nzuri za kimitambo kama vile ukinzani mzuri wa mikwaruzo na moduli ya juu kiasi ya Young ikilinganishwa na nyenzo nyingine zinazotumiwa katika composites. Kwa sababu ya ukubwa mdogo unaopatikana kwa glasi nyembamba iliyoimarishwa kwa kemikali, paneli za glasi ya chokaa yenye unene wa mm 3 zilitumiwa kuunda mfano wa kwanza wa kiwango kikubwa.
Muundo unaounga mkono unazingatiwa kama sehemu ya umbo la paneli ya mchanganyiko. Karibu sifa zote huathiriwa nayo. Shukrani kwa njia ya utengenezaji wa nyongeza, pia ni kitovu cha mchakato wa utengenezaji wa dijiti. Thermoplastics ni kusindika kwa fusing. Hii inafanya uwezekano wa kutumia idadi kubwa ya polima tofauti kwa programu maalum. Topolojia ya mambo kuu inaweza kuundwa kwa msisitizo tofauti kulingana na kazi zao. Kwa kusudi hili, muundo wa sura unaweza kugawanywa katika aina nne zifuatazo za muundo: muundo wa muundo, muundo wa kazi, muundo wa urembo, na muundo wa uzalishaji. Kila jamii inaweza kuwa na madhumuni tofauti, ambayo inaweza kusababisha topolojia tofauti.
Wakati wa utafiti wa awali, baadhi ya miundo kuu ilijaribiwa kufaa kwa muundo wao [11]. Kutoka kwa mtazamo wa mitambo, uso wa chini wa msingi wa muda wa tatu wa gyroscope ni ufanisi hasa. Hii hutoa upinzani wa juu wa mitambo kwa kupiga kwa matumizi ya chini ya nyenzo. Kando na miundo ya msingi ya seli zinazozalishwa tena katika maeneo ya uso, topolojia pia inaweza kuzalishwa na mbinu nyingine za kutafuta umbo. Uzalishaji wa mstari wa mkazo ni mojawapo ya njia zinazowezekana za kuongeza ugumu kwa uzani wa chini kabisa [13]. Walakini, muundo wa asali, unaotumiwa sana katika ujenzi wa sandwich, umetumika kama kianzio cha ukuzaji wa laini ya uzalishaji. Fomu hii ya msingi husababisha maendeleo ya haraka katika uzalishaji, haswa kupitia upangaji rahisi wa njia ya zana. Tabia yake katika paneli za mchanganyiko imesomwa kwa kina [14, 15, 16] na mwonekano unaweza kubadilishwa kwa njia nyingi kupitia uwekaji vigezo na pia inaweza kutumika kwa dhana za uboreshaji za awali.
Kuna polima nyingi za thermoplastic za kuzingatia wakati wa kuchagua polima, kulingana na mchakato wa extrusion kutumika. Masomo ya awali ya nyenzo ndogo ndogo yamepunguza idadi ya polima zinazochukuliwa kuwa zinafaa kutumika katika facades [11]. Polycarbonate (PC) inaahidi kutokana na upinzani wake wa joto, upinzani wa UV na rigidity ya juu. Kwa sababu ya uwekezaji wa ziada wa kiufundi na kifedha unaohitajika kusindika polycarbonate, ethylene glikoli iliyobadilishwa polyethilini terephthalate (PETG) ilitumiwa kutoa prototypes za kwanza. Ni rahisi sana kusindika kwa joto la chini na hatari ya chini ya mkazo wa joto na deformation ya sehemu. Mfano unaoonyeshwa hapa umetengenezwa kutoka kwa PETG iliyorejeshwa iitwayo PIPG. Nyenzo hiyo ilikaushwa hapo awali kwa 60°C kwa angalau saa 4 na kusindika kuwa CHEMBE na maudhui ya nyuzi za glasi ya 20% [17].
Adhesive hutoa dhamana kali kati ya muundo wa msingi wa polymer na kifuniko cha kioo nyembamba. Wakati paneli za mchanganyiko zinakabiliwa na mizigo ya kupiga, viungo vya wambiso vinakabiliwa na mkazo wa shear. Kwa hiyo, adhesive ngumu inapendekezwa na inaweza kupunguza deflection. Viambatisho vilivyo wazi pia husaidia kutoa ubora wa juu wa kuona wakati umeunganishwa kwenye kioo wazi. Jambo lingine muhimu wakati wa kuchagua adhesive ni manufacturability na ushirikiano katika michakato ya uzalishaji wa automatiska. Viungio vya kuponya vya UV vilivyo na nyakati rahisi za kuponya vinaweza kurahisisha sana uwekaji wa tabaka za kifuniko. Kulingana na majaribio ya awali, mfululizo wa viambatisho vilijaribiwa kufaa kwao kwa paneli nyembamba za mchanganyiko wa glasi [18]. Loctite® AA 3345™ UV akrilati inayoweza kutibika [19] imethibitika kufaa hasa kwa mchakato ufuatao.
Ili kuchukua fursa ya uwezekano wa viwanda vya kuongeza na kubadilika kwa kioo nyembamba, mchakato mzima uliundwa kufanya kazi kwa digital na parametrically. Panzi hutumiwa kama kiolesura cha programu cha kuona, kuzuia miingiliano kati ya programu tofauti. Taaluma zote (uhandisi, uhandisi na utengenezaji) zitasaidia na kukamilishana katika faili moja na maoni ya moja kwa moja kutoka kwa opereta. Katika hatua hii ya utafiti, mtiririko wa kazi bado unaendelezwa na unafuata muundo ulioonyeshwa kwenye Mchoro 2. Malengo tofauti yanaweza kupangwa katika makundi ndani ya taaluma.
Ingawa utayarishaji wa paneli za sandwich katika karatasi hii umejiendesha kiotomatiki kwa usanifu unaozingatia mtumiaji na utayarishaji wa uundaji, ujumuishaji na uthibitishaji wa zana za uhandisi za kibinafsi haujatekelezwa kikamilifu. Kulingana na muundo wa parametric wa jiometri ya facade, inawezekana kutengeneza shell ya nje ya jengo kwenye ngazi ya macro (facade) na meso (paneli za facade). Katika hatua ya pili, kitanzi cha maoni ya uhandisi kinalenga kutathmini usalama na ufaafu pamoja na uwezekano wa kutengeneza ukuta wa pazia. Hatimaye, paneli zinazosababisha ziko tayari kwa uzalishaji wa digital. Mpango huu huchakata muundo wa msingi uliotengenezwa katika msimbo wa G unaoweza kusomeka kwa mashine na kuutayarisha kwa ajili ya utengenezaji wa ziada, upunguzaji wa baada ya usindikaji na uunganishaji wa glasi.
Mchakato wa kubuni unazingatiwa katika viwango viwili tofauti. Mbali na ukweli kwamba sura ya jumla ya facades huathiri jiometri ya kila jopo la mchanganyiko, topolojia ya msingi yenyewe inaweza pia kuundwa kwa kiwango cha meso. Wakati wa kutumia mfano wa facade ya parametric, sura na mwonekano vinaweza kuathiriwa na sehemu za facade za mfano kwa kutumia slaidi zilizoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Kwa hivyo, uso wa jumla unajumuisha uso unaoelezewa na mtumiaji unaoweza kuharibika kwa kutumia vivutio vya uhakika na kurekebishwa na kubainisha kiwango cha chini na kiwango cha juu cha deformation. Hii inatoa kiwango cha juu cha kubadilika katika muundo wa bahasha za ujenzi. Walakini, kiwango hiki cha uhuru kinadhibitiwa na vikwazo vya kiufundi na utengenezaji, ambavyo huchezwa na algorithms katika sehemu ya uhandisi.
Mbali na urefu na upana wa façade nzima, mgawanyiko wa paneli za façade umeamua. Kuhusu paneli za uso wa mtu binafsi, zinaweza kufafanuliwa kwa usahihi zaidi katika kiwango cha meso. Hii inathiri topolojia ya muundo wa msingi yenyewe, pamoja na unene wa kioo. Vigezo hivi viwili, pamoja na ukubwa wa jopo, vina uhusiano muhimu na uundaji wa uhandisi wa mitambo. Ubunifu na ukuzaji wa kiwango kizima cha jumla na meso kinaweza kufanywa kwa suala la utoshelezaji katika kategoria nne za muundo, kazi, aesthetics na muundo wa bidhaa. Watumiaji wanaweza kukuza mwonekano na hisia za jumla za bahasha ya jengo kwa kuyapa kipaumbele maeneo haya.
Mradi huu unasaidiwa na sehemu ya uhandisi kwa kutumia kitanzi cha maoni. Kufikia hili, malengo na masharti ya mipaka yamefafanuliwa katika kategoria ya uboreshaji iliyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 2. Hutoa korido ambazo zinaweza kutekelezeka kiufundi, zenye sauti, na salama kujengwa kutoka kwa mtazamo wa uhandisi, ambao una athari kubwa kwenye muundo. Hii ndio mahali pa kuanzia kwa zana anuwai ambazo zinaweza kuunganishwa moja kwa moja kwenye Grasshopper. Katika uchunguzi zaidi, sifa za kiufundi zinaweza kutathminiwa kwa kutumia Uchanganuzi wa Kipengele Kilichokamilika (FEM) au hata hesabu za uchanganuzi.
Zaidi ya hayo, tafiti za mionzi ya jua, uchanganuzi wa mstari wa kuona, na uundaji wa muda wa jua zinaweza kutathmini athari za paneli za mchanganyiko kwenye fizikia ya ujenzi. Ni muhimu sio kupunguza sana kasi, ufanisi na kubadilika kwa mchakato wa kubuni. Kwa hivyo, matokeo yaliyopatikana hapa yameundwa ili kutoa mwongozo na usaidizi wa ziada kwa mchakato wa kubuni na sio mbadala wa uchambuzi wa kina na uhalali mwishoni mwa mchakato wa kubuni. Mpango mkakati huu unaweka msingi wa utafiti zaidi wa kategoria kwa matokeo yaliyothibitishwa. Kwa mfano, bado haijulikani kidogo kuhusu tabia ya mitambo ya paneli za mchanganyiko chini ya hali mbalimbali za mzigo na usaidizi.
Mara tu usanifu na uhandisi ukamilika, mtindo huo uko tayari kwa uzalishaji wa kidijitali. Mchakato wa utengenezaji umegawanywa katika hatua nne ndogo (Mchoro 4). Kwanza, muundo mkuu ulitengenezwa kwa kuongezea kwa kutumia kituo kikubwa cha uchapishaji cha 3D cha roboti. Kisha uso husagwa kwa kutumia mfumo sawa wa roboti ili kuboresha ubora wa uso unaohitajika kwa kuunganisha vizuri. Baada ya kusaga, wambiso hutumiwa pamoja na muundo wa msingi kwa kutumia mfumo maalum wa kipimo uliowekwa kwenye mfumo sawa wa roboti unaotumiwa kwa uchapishaji na mchakato wa kusaga. Hatimaye, kioo kimewekwa na kuwekwa kabla ya uponyaji wa UV wa kiungo kilichounganishwa.
Kwa utengenezaji wa nyongeza, topolojia iliyobainishwa ya muundo msingi lazima itafsiriwe katika lugha ya mashine ya CNC (GCode). Kwa matokeo ya sare na ubora wa juu, lengo ni kuchapisha kila safu bila pua ya extruder kuanguka. Hii inazuia shinikizo la ziada lisilohitajika mwanzoni na mwisho wa harakati. Kwa hivyo, hati inayoendelea ya kizazi cha trajectory iliandikwa kwa muundo wa seli inayotumika. Hii itaunda polyline inayoendelea ya parametric yenye sehemu sawa za kuanzia na za mwisho, ambazo hubadilika kulingana na saizi ya paneli iliyochaguliwa, nambari na saizi ya masega kulingana na muundo. Kwa kuongeza, vigezo kama vile upana wa mstari na urefu wa mstari vinaweza kutajwa kabla ya kuwekewa mistari ili kufikia urefu unaohitajika wa muundo mkuu. Hatua inayofuata katika hati ni kuandika amri za G-code.
Hii inafanywa kwa kurekodi viwianishi vya kila nukta kwenye mstari na maelezo ya ziada ya mashine kama vile shoka zingine zinazofaa za kuweka na kudhibiti sauti ya kuzidisha. Msimbo unaotokana wa G unaweza kisha kuhamishiwa kwenye mashine za uzalishaji. Katika mfano huu, mkono wa roboti wa viwanda wa Comau NJ165 kwenye reli ya mstari hutumiwa kudhibiti extruder ya CEAD E25 kulingana na msimbo wa G (Mchoro 5). Mfano wa kwanza ulitumia PETG ya baada ya viwanda na maudhui ya nyuzi za glasi ya 20%. Kwa upande wa upimaji wa mitambo, ukubwa wa lengo ni karibu na ukubwa wa sekta ya ujenzi, hivyo vipimo vya kipengele kikuu ni 1983 × 876 mm na seli 6 × 4 za asali. 6 mm na urefu wa 2 mm.
Uchunguzi wa awali umeonyesha kuwa kuna tofauti katika nguvu ya wambiso kati ya wambiso na resin ya uchapishaji ya 3D kulingana na sifa zake za uso. Ili kufanya hivyo, vielelezo vya majaribio ya utengenezaji wa nyongeza hutiwa gundi au laminated kwenye glasi na kukabiliwa na mvutano au kukata nywele. Wakati wa usindikaji wa awali wa mitambo ya uso wa polymer kwa kusaga, nguvu iliongezeka kwa kiasi kikubwa (Mchoro 6). Kwa kuongeza, inaboresha usawa wa msingi na kuzuia kasoro zinazosababishwa na extrusion zaidi. Akrilati ya UV inayoweza kutibika LOCTITE® AA 3345™ [19] inayotumika hapa ni nyeti kwa hali ya uchakataji.
Hii mara nyingi husababisha mkengeuko wa hali ya juu zaidi kwa sampuli za majaribio ya dhamana. Baada ya utengenezaji wa nyongeza, muundo wa msingi uliwekwa kwenye mashine ya kusaga wasifu. Msimbo wa G unaohitajika kwa utendakazi huu unatolewa kiotomatiki kutoka kwa njia za zana ambazo tayari zimeundwa kwa ajili ya mchakato wa uchapishaji wa 3D. Muundo wa msingi unahitaji kuchapishwa juu kidogo kuliko urefu wa msingi uliokusudiwa. Katika mfano huu, muundo wa msingi wa mm 18 mm umepunguzwa hadi 14 mm.
Sehemu hii ya mchakato wa utengenezaji ni changamoto kubwa kwa automatisering kamili. Matumizi ya adhesives huweka mahitaji makubwa juu ya usahihi na usahihi wa mashine. Mfumo wa dosing ya nyumatiki hutumiwa kutumia wambiso pamoja na muundo wa msingi. Inaongozwa na roboti kando ya uso wa kusaga kwa mujibu wa njia ya chombo kilichoelezwa. Inabadilika kuwa kuchukua nafasi ya ncha ya jadi ya kusambaza na brashi ni faida sana. Hii inaruhusu adhesives ya chini ya mnato kutolewa kwa usawa kwa kiasi. Kiasi hiki kinatambuliwa na shinikizo katika mfumo na kasi ya roboti. Kwa usahihi zaidi na ubora wa juu wa kuunganisha, kasi ya chini ya usafiri ya 200 hadi 800 mm / min inapendekezwa.
Acrylate yenye mnato wa wastani wa 1500 mPa*s iliwekwa kwenye ukuta wa msingi wa polima 6 mm kwa upana kwa kutumia brashi ya kipimo na kipenyo cha ndani cha 0.84 mm na upana wa brashi wa 5 kwa shinikizo lililowekwa la 0.3 hadi 0.6 mbar. mm. Kisha wambiso huenea juu ya uso wa substrate na hufanya safu ya 1 mm nene kutokana na mvutano wa uso. Uamuzi halisi wa unene wa wambiso bado hauwezi kuwa otomatiki. Muda wa mchakato ni kigezo muhimu cha kuchagua wambiso. Muundo wa msingi unaozalishwa hapa una urefu wa wimbo wa 26 m na kwa hiyo muda wa maombi wa dakika 30 hadi 60.
Baada ya kutumia wambiso, weka dirisha la glasi mbili mahali. Kwa sababu ya unene wa chini wa nyenzo, glasi nyembamba tayari imeharibiwa sana na uzito wake na kwa hivyo lazima iwekwe sawasawa iwezekanavyo. Kwa hili, vikombe vya kunyonya vya kioo vya nyumatiki na vikombe vya kunyonya vilivyotawanywa wakati hutumiwa. Imewekwa kwenye sehemu kwa kutumia crane, na katika siku zijazo inaweza kuwekwa moja kwa moja kwa kutumia robots. Sahani ya kioo iliwekwa sambamba na uso wa msingi kwenye safu ya wambiso. Kutokana na uzito nyepesi, sahani ya kioo ya ziada (4 hadi 6 mm nene) huongeza shinikizo juu yake.
Matokeo yake yanapaswa kuwa mvua kamili ya uso wa kioo kando ya muundo wa msingi, kama inavyoweza kuhukumiwa kutoka kwa ukaguzi wa awali wa kuona wa tofauti zinazoonekana za rangi. Mchakato wa maombi pia unaweza kuwa na athari kubwa kwa ubora wa kiungo kilichounganishwa cha mwisho. Mara baada ya kuunganishwa, paneli za kioo hazipaswi kuhamishwa kwa sababu hii itasababisha mabaki ya wambiso inayoonekana kwenye kioo na kasoro katika safu halisi ya wambiso. Hatimaye, wambiso huponywa na mionzi ya UV kwa urefu wa 365 nm. Kwa kufanya hivyo, taa ya UV yenye wiani wa nguvu ya 6 mW / cm2 inapitishwa hatua kwa hatua juu ya uso mzima wa wambiso kwa 60 s.
Dhana ya paneli za mchanganyiko wa glasi nyembamba na uzani mwepesi na unaoweza kubinafsishwa na msingi wa polima uliotungwa zaidi unaojadiliwa hapa imekusudiwa kutumika katika facade za siku zijazo. Kwa hivyo, vidirisha vya mchanganyiko lazima vizingatie viwango vinavyotumika na kukidhi mahitaji ya hali za kikomo cha huduma (SLS), hali za kikomo cha mwisho cha nguvu (ULS) na mahitaji ya usalama. Kwa hivyo, paneli za mchanganyiko lazima ziwe salama, ziwe na nguvu, na ziwe ngumu vya kutosha kuhimili mizigo (kama vile mizigo ya uso) bila kuvunjika au deformation nyingi. Ili kuchunguza mwitikio wa kiufundi wa paneli za mchanganyiko wa glasi nyembamba zilizoundwa hapo awali (kama ilivyoelezwa katika sehemu ya Majaribio ya Kimitambo), zilifanyiwa majaribio ya mzigo wa upepo kama ilivyoelezwa katika kifungu kidogo kinachofuata.
Madhumuni ya kupima kimwili ni kujifunza mali ya mitambo ya paneli za composite za kuta za nje chini ya mizigo ya upepo. Ili kufikia mwisho huu, paneli za mchanganyiko zinazojumuisha karatasi ya nje ya kioo yenye hasira ya mm 3 na unene wa 14 mm (kutoka PIPG-GF20) zilitungwa kama ilivyoelezwa hapo juu kwa kutumia gundi ya Henkel Loctite AA 3345 (Mchoro 7 kushoto). )). . Kisha paneli za mchanganyiko zimeunganishwa kwenye sura ya msaada wa kuni na screws za chuma ambazo zinaendeshwa kupitia sura ya mbao na kwenye pande za muundo mkuu. Screw 30 ziliwekwa karibu na mzunguko wa paneli (tazama mstari mweusi upande wa kushoto katika Mchoro 7) ili kuzalisha hali ya usaidizi wa mstari karibu na mzunguko kwa karibu iwezekanavyo.
Kisha fremu ya majaribio ilitiwa muhuri kwa ukuta wa nje wa majaribio kwa kutumia shinikizo la upepo au uvutaji wa upepo nyuma ya paneli ya mchanganyiko (Mchoro 7, juu kulia). Mfumo wa uunganisho wa dijiti (DIC) hutumiwa kurekodi data. Kwa kufanya hivyo, kioo cha nje cha jopo la mchanganyiko kinafunikwa na karatasi nyembamba ya elastic iliyochapishwa juu yake na muundo wa kelele ya pearline (Mchoro 7, chini ya kulia). DIC hutumia kamera mbili kurekodi nafasi inayolingana ya sehemu zote za vipimo kwenye uso mzima wa glasi. Picha mbili kwa sekunde zilirekodiwa na kutumika kwa tathmini. Shinikizo katika chumba, iliyozungukwa na paneli za mchanganyiko, huongezeka kwa njia ya shabiki katika nyongeza 1000 Pa hadi thamani ya juu ya 4000 Pa, ili kila ngazi ya mzigo ihifadhiwe kwa sekunde 10.
Mpangilio wa kimwili wa jaribio pia unawakilishwa na mfano wa nambari na vipimo sawa vya kijiometri. Kwa hili, mpango wa nambari Ansys Mechanical hutumiwa. Muundo wa msingi ulikuwa mesh ya kijiometri kwa kutumia vipengele vya SOLID 185 vya hexagonal na pande 20 mm kwa kioo na vipengele vya SOLID 187 vya tetrahedral na pande 3 mm. Ili kurahisisha uundaji, katika hatua hii ya utafiti, inadhaniwa hapa kwamba akriti inayotumiwa ni ngumu na nyembamba, na inafafanuliwa kama kifungo kigumu kati ya glasi na nyenzo za msingi.
Paneli za mchanganyiko zimewekwa kwa mstari wa moja kwa moja nje ya msingi, na jopo la kioo linakabiliwa na mzigo wa shinikizo la uso wa 4000 Pa. Ingawa mashirika yasiyo ya kijiometri yalizingatiwa katika uundaji wa mfano, mifano ya vifaa vya mstari pekee ilitumiwa katika hatua hii ya kusoma. Ingawa hii ni dhana halali ya mwitikio wa laini wa glasi (E = 70,000 MPa), kulingana na karatasi ya mtengenezaji wa nyenzo za msingi za polymeric (viscoelastic) [17], ugumu wa mstari E = 8245 MPa ulitumika katika uchambuzi wa sasa unapaswa kuzingatiwa kwa umakini na utasomwa katika utafiti ujao.
Matokeo yaliyowasilishwa hapa yanatathminiwa hasa kwa kasoro katika mizigo ya juu ya upepo hadi 4000 Pa (= ˆ4kN/m2). Kwa hili, picha zilizorekodiwa na njia ya DIC zililinganishwa na matokeo ya simulation ya nambari (FEM) (Mchoro 8, chini kulia). Ingawa jumla ya aina bora ya 0 mm yenye viambatisho vya mstari "bora" katika eneo la ukingo (yaani, mzunguko wa paneli) inakokotolewa katika FEM, uhamishaji halisi wa eneo la ukingo lazima uzingatiwe wakati wa kutathmini DIC. Hii ni kutokana na uvumilivu wa ufungaji na deformation ya sura ya mtihani na mihuri yake. Kwa kulinganisha, wastani wa uhamisho katika eneo la makali (mstari mweupe uliopigwa kwenye Mchoro 8) ulitolewa kutoka kwa upeo wa juu wa uhamisho katikati ya jopo. Uhamisho uliobainishwa na DIC na FEA unalinganishwa katika Jedwali la 1 na unaonyeshwa kwa picha katika kona ya juu kushoto ya Mchoro 8.
Viwango vinne vya upakiaji vilivyotumika vya modeli ya majaribio vilitumika kama vidhibiti vya kutathminiwa na kutathminiwa katika FEM. Upeo wa juu wa uhamisho wa kati wa sahani ya mchanganyiko katika hali ya kupakuliwa imedhamiriwa na vipimo vya DIC kwa kiwango cha mzigo wa 4000 Pa saa 2.18 mm. Ingawa uhamishaji wa FEA kwa mizigo ya chini (hadi 2000 Pa) bado unaweza kuzalisha tena thamani za majaribio kwa usahihi, ongezeko lisilo la mstari la mzigo kwenye mizigo ya juu haliwezi kuhesabiwa kwa usahihi.
Walakini, tafiti zimeonyesha kuwa paneli zenye mchanganyiko zinaweza kuhimili mizigo ya upepo mkali. Ugumu wa juu wa paneli nyepesi husimama haswa. Kwa kutumia hesabu za uchanganuzi kulingana na nadharia ya mstari wa bamba za Kirchhoff [20], mgeuko wa mm 2.18 kwa 4000 Pa unalingana na urekebishaji wa sahani moja ya glasi yenye unene wa mm 12 chini ya hali sawa za mpaka. Matokeo yake, unene wa kioo (ambayo ni nishati kubwa katika uzalishaji) katika jopo hili la mchanganyiko inaweza kupunguzwa hadi kioo 2 x 3mm, na kusababisha kuokoa nyenzo kwa 50%. Kupunguza uzito wa jumla wa jopo hutoa faida za ziada katika suala la mkusanyiko. Ingawa paneli ya mchanganyiko ya kilo 30 inaweza kushughulikiwa kwa urahisi na watu wawili, paneli ya jadi ya glasi ya kilo 50 inahitaji usaidizi wa kiufundi ili kusonga kwa usalama. Ili kuwakilisha kwa usahihi tabia ya mitambo, mifano ya kina zaidi ya nambari itahitajika katika masomo yajayo. Uchanganuzi wa vipengele vya mwisho unaweza kuimarishwa zaidi kwa mifano ya kina zaidi ya nyenzo zisizo na mstari kwa polima na uundaji wa dhamana ya wambiso.
Ukuzaji na uboreshaji wa michakato ya kidijitali huchukua jukumu muhimu katika kuboresha utendaji wa kiuchumi na kimazingira katika tasnia ya ujenzi. Kwa kuongeza, matumizi ya kioo nyembamba katika façades huahidi kuokoa nishati na rasilimali na kufungua uwezekano mpya wa usanifu. Hata hivyo, kutokana na unene mdogo wa kioo, ufumbuzi mpya wa kubuni unahitajika ili kuimarisha kioo kwa kutosha. Kwa hiyo, utafiti uliotolewa katika makala hii unachunguza dhana ya paneli za mchanganyiko zilizofanywa kutoka kioo nyembamba na miundo ya msingi ya polymer iliyoimarishwa ya 3D iliyochapishwa. Mchakato mzima wa uzalishaji kutoka kwa muundo hadi utayarishaji umewekwa kidijitali na kuendeshwa kiotomatiki. Kwa usaidizi wa Grasshopper, utiririshaji wa faili hadi kiwanda uliundwa ili kuwezesha matumizi ya paneli nyembamba za mchanganyiko wa glasi katika facade za siku zijazo.
Uzalishaji wa mfano wa kwanza ulionyesha uwezekano na changamoto za utengenezaji wa roboti. Ingawa utengenezaji wa viungio na upunguzaji tayari umeunganishwa vyema, utumaji wa wambiso otomatiki na kusanyiko haswa unawasilisha changamoto za ziada kushughulikiwa katika utafiti wa siku zijazo. Kupitia majaribio ya awali ya kimitambo na uundaji wa kielelezo chenye kikomo cha utafiti, imeonyeshwa kuwa paneli nyepesi na nyembamba za nyuzinyuzi hutoa ugumu wa kutosha wa kuinama kwa programu zinazokusudiwa za uso, hata chini ya hali mbaya ya mzigo wa upepo. Utafiti unaoendelea wa waandishi utachunguza zaidi uwezo wa paneli za mchanganyiko za kioo nyembamba zilizotungwa kidijitali kwa ajili ya matumizi ya facade na kuonyesha ufanisi wake.
Waandishi wangependa kuwashukuru wafuasi wote wanaohusishwa na kazi hii ya utafiti. Shukrani kwa mpango wa ufadhili wa EFRE SAB unaofadhiliwa kutoka kwa fedha za Umoja wa Ulaya kwa njia ya ruzuku No kutoa rasilimali za kifedha kwa ununuzi wa manipulator na extruder na kifaa cha kusaga. 100537005. Aidha, AiF-ZIM ilitambuliwa kwa kufadhili mradi wa utafiti wa Glasfur3D (nambari ya ruzuku ZF4123725WZ9) kwa ushirikiano na Glaswerkstätten Glas Ahne, ambayo ilitoa msaada mkubwa kwa kazi hii ya utafiti. Hatimaye, Maabara ya Friedrich Siemens na washiriki wake, hasa Felix Hegewald na msaidizi wa wanafunzi Jonathan Holzerr, wanakubali usaidizi wa kiufundi na utekelezaji wa uundaji na upimaji wa kimwili ambao uliunda msingi wa karatasi hii.
Muda wa kutuma: Aug-04-2023