Prototeipiau o baneli ffasâd cyfansawdd gwydr tenau wedi'u gwneud yn ddigidol

Mae'r defnydd o wydr tenau yn addo cyflawni gwahanol dasgau yn y diwydiant adeiladu. Yn ogystal â manteision amgylcheddol defnydd mwy effeithlon o adnoddau, gall penseiri ddefnyddio gwydr tenau i gyflawni graddau newydd o ryddid dylunio. Yn seiliedig ar y ddamcaniaeth rhyngosod, gellir cyfuno gwydr tenau hyblyg â chraidd polymer cell agored printiedig 3D i ffurfio anhyblyg ac ysgafn iawn. elfennau cyfansawdd. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno ymgais archwiliadol i wneuthuriad digidol o baneli ffasâd cyfansawdd gwydr tenau gan ddefnyddio robotiaid diwydiannol. Mae'n esbonio'r cysyniad o ddigideiddio llifoedd gwaith ffatri-i-ffatri, gan gynnwys dylunio â chymorth cyfrifiadur (CAD), peirianneg (CAE), a gweithgynhyrchu (CAM). Mae'r astudiaeth yn dangos proses ddylunio parametrig sy'n galluogi integreiddio offer dadansoddi digidol yn ddi-dor.
Yn ogystal, mae'r broses hon yn dangos potensial a heriau gweithgynhyrchu paneli cyfansawdd gwydr tenau yn ddigidol. Mae rhai o'r camau gweithgynhyrchu a gyflawnir gan fraich robot diwydiannol, megis gweithgynhyrchu ychwanegion fformat mawr, peiriannu wyneb, gludo a phrosesau cydosod, yn cael eu hesbonio yma. Yn olaf, am y tro cyntaf, cafwyd dealltwriaeth ddofn o briodweddau mecanyddol paneli cyfansawdd trwy astudiaethau arbrofol a rhifiadol a gwerthusiad o briodweddau mecanyddol paneli cyfansawdd o dan lwytho wyneb. Mae'r cysyniad cyffredinol o lif gwaith dylunio a saernïo digidol, yn ogystal â chanlyniadau astudiaethau arbrofol, yn darparu sail ar gyfer integreiddio ymhellach y diffiniad o siâp a dulliau dadansoddi, yn ogystal ag ar gyfer cynnal astudiaethau mecanistig helaeth mewn astudiaethau yn y dyfodol.
Mae dulliau gweithgynhyrchu digidol yn ein galluogi i wella cynhyrchiant trwy drawsnewid dulliau traddodiadol a darparu posibiliadau dylunio newydd [1]. Mae dulliau adeiladu traddodiadol yn dueddol o orddefnyddio deunyddiau o ran cost, geometreg sylfaenol, a diogelwch. Trwy symud adeiladu i ffatrïoedd, gan ddefnyddio parod modiwlaidd a roboteg i weithredu dulliau dylunio newydd, gellir defnyddio deunyddiau'n effeithlon heb beryglu diogelwch. Mae gweithgynhyrchu digidol yn ein galluogi i ehangu ein dychymyg dylunio i greu siapiau geometrig mwy amrywiol, effeithlon ac uchelgeisiol. Er bod y prosesau dylunio a chyfrifo wedi'u digideiddio i raddau helaeth, mae gweithgynhyrchu a chydosod yn dal i gael eu gwneud â llaw i raddau helaeth mewn ffyrdd traddodiadol. Er mwyn ymdopi â strwythurau ffurf rydd cynyddol gymhleth, mae prosesau gweithgynhyrchu digidol yn dod yn fwyfwy pwysig. Mae'r awydd am ryddid a hyblygrwydd dylunio, yn enwedig o ran ffasadau, yn tyfu'n gyson. Yn ogystal â'r effaith weledol, mae ffasadau ffurf rydd hefyd yn caniatáu ichi greu strwythurau mwy effeithlon, er enghraifft, trwy ddefnyddio effeithiau pilen [2]. Yn ogystal, mae potensial mawr prosesau gweithgynhyrchu digidol yn gorwedd yn eu heffeithlonrwydd a'r posibilrwydd o optimeiddio dylunio.
Mae'r erthygl hon yn archwilio sut y gellir defnyddio technoleg ddigidol i ddylunio a gweithgynhyrchu panel ffasâd cyfansawdd arloesol sy'n cynnwys craidd polymer wedi'i saernïo'n ychwanegol a phaneli allanol gwydr tenau wedi'u bondio. Yn ogystal â'r posibiliadau pensaernïol newydd sy'n gysylltiedig â defnyddio gwydr tenau, mae meini prawf amgylcheddol ac economaidd hefyd wedi bod yn gymhellion pwysig dros ddefnyddio llai o ddeunydd i adeiladu amlen yr adeilad. Gyda newid yn yr hinsawdd, prinder adnoddau a phrisiau ynni cynyddol yn y dyfodol, rhaid defnyddio gwydr yn ddoethach. Mae'r defnydd o wydr tenau llai na 2 mm o drwch o'r diwydiant electroneg yn gwneud y ffasâd yn ysgafn ac yn lleihau'r defnydd o ddeunyddiau crai.
Oherwydd hyblygrwydd uchel gwydr tenau, mae'n agor posibiliadau newydd ar gyfer cymwysiadau pensaernïol ac ar yr un pryd yn gosod heriau peirianneg newydd [3,4,5,6]. Er bod gweithrediad presennol prosiectau ffasâd sy'n defnyddio gwydr tenau yn gyfyngedig, mae gwydr tenau yn cael ei ddefnyddio'n gynyddol mewn peirianneg sifil ac astudiaethau pensaernïol. Oherwydd gallu uchel gwydr tenau i ddadffurfiad elastig, mae angen atebion strwythurol atgyfnerthu i'w ddefnyddio mewn ffasadau [7]. Yn ogystal â manteisio ar yr effaith bilen oherwydd y geometreg grwm [8], gellir cynyddu moment y syrthni hefyd gan strwythur amlhaenog sy'n cynnwys craidd polymer a thaflen allanol wydr tenau wedi'i gludo. Mae'r dull hwn wedi dangos addewid oherwydd y defnydd o graidd polycarbonad tryloyw caled, sy'n llai trwchus na gwydr. Yn ogystal â'r camau mecanyddol cadarnhaol, bodlonwyd meini prawf diogelwch ychwanegol [9].
Mae'r dull yn yr astudiaeth ganlynol yn seiliedig ar yr un cysyniad, ond gan ddefnyddio craidd tryloyw mandwll agored wedi'i saernïo'n ychwanegol. Mae hyn yn gwarantu gradd uwch o ryddid geometrig a phosibiliadau dylunio, yn ogystal ag integreiddio swyddogaethau ffisegol yr adeilad [10]. Mae paneli cyfansawdd o'r fath wedi profi'n arbennig o effeithiol mewn profion mecanyddol [11] ac yn addo lleihau faint o wydr a ddefnyddir hyd at 80%. Bydd hyn nid yn unig yn lleihau'r adnoddau sydd eu hangen, ond hefyd yn lleihau pwysau'r paneli yn sylweddol, a thrwy hynny gynyddu effeithlonrwydd yr is-strwythur. Ond mae mathau newydd o adeiladu yn gofyn am fathau newydd o gynhyrchu. Mae angen prosesau gweithgynhyrchu effeithlon ar strwythurau effeithlon. Mae dylunio digidol yn cyfrannu at weithgynhyrchu digidol. Mae'r erthygl hon yn parhau ag ymchwil flaenorol yr awdur trwy gyflwyno astudiaeth o'r broses gweithgynhyrchu digidol o baneli cyfansawdd gwydr tenau ar gyfer robotiaid diwydiannol. Mae'r ffocws ar ddigideiddio llif gwaith ffeil-i-ffatri y prototeipiau fformat mawr cyntaf i gynyddu awtomeiddio'r broses weithgynhyrchu.
Mae'r panel cyfansawdd (Ffigur 1) yn cynnwys dwy droshaenau gwydr tenau wedi'u lapio o amgylch craidd polymer AM. Mae'r ddwy ran yn gysylltiedig â glud. Pwrpas y dyluniad hwn yw dosbarthu'r llwyth dros yr adran gyfan mor effeithlon â phosibl. Mae eiliadau plygu yn creu straen arferol yn y gragen. Mae grymoedd ochrol yn achosi straen cneifio yn y cymalau craidd a gludiog.
Mae haen allanol y strwythur rhyngosod wedi'i wneud o wydr tenau. Mewn egwyddor, defnyddir gwydr silicad soda-calch. Gyda thrwch targed < 2 mm, mae'r broses tymheru thermol yn cyrraedd y terfyn technolegol presennol. Gellir ystyried gwydr aluminosilicate wedi'i gryfhau'n gemegol yn arbennig o addas os oes angen cryfder uwch oherwydd dyluniad (ee paneli wedi'u plygu'n oer) neu ddefnydd [12]. Bydd y swyddogaethau trosglwyddo golau a diogelu'r amgylchedd yn cael eu hategu gan briodweddau mecanyddol da megis ymwrthedd crafu da a modwlws Young cymharol uchel o'i gymharu â deunyddiau eraill a ddefnyddir mewn cyfansoddion. Oherwydd y maint cyfyngedig sydd ar gael ar gyfer gwydr tenau wedi'i gryfhau'n gemegol, defnyddiwyd paneli o wydr calch soda-calch 3 mm o drwch llawn i greu'r prototeip cyntaf ar raddfa fawr.
Ystyrir bod y strwythur ategol yn rhan siâp o'r panel cyfansawdd. Mae bron pob nodwedd yn cael ei effeithio ganddo. Diolch i'r dull gweithgynhyrchu ychwanegion, mae hefyd yn ganolog i'r broses gweithgynhyrchu digidol. Mae thermoplastigion yn cael eu prosesu trwy asio. Mae hyn yn ei gwneud hi'n bosibl defnyddio nifer fawr o wahanol bolymerau ar gyfer cymwysiadau penodol. Gellir dylunio topoleg y prif elfennau gyda phwyslais gwahanol yn dibynnu ar eu swyddogaeth. At y diben hwn, gellir rhannu dyluniad siâp yn y pedwar categori dylunio canlynol: dylunio strwythurol, dylunio swyddogaethol, dylunio esthetig, a dylunio cynhyrchu. Gall fod gan bob categori wahanol ddibenion, a all arwain at dopolegau gwahanol.
Yn ystod yr astudiaeth ragarweiniol, profwyd rhai o'r prif ddyluniadau am addasrwydd eu dyluniad [11]. O safbwynt mecanyddol, mae arwyneb craidd lleiafswm tri chyfnod y gyrosgop yn arbennig o effeithiol. Mae hyn yn darparu ymwrthedd mecanyddol uchel i blygu ar ddefnydd cymharol isel o ddeunydd. Yn ogystal â'r strwythurau cellog sylfaenol a atgynhyrchir yn y rhanbarthau arwyneb, gall y topoleg hefyd gael ei gynhyrchu gan dechnegau canfod siâp eraill. Cynhyrchu llinell straen yw un o'r ffyrdd posibl o wneud y gorau o anystwythder ar y pwysau isaf posibl [13]. Fodd bynnag, mae'r strwythur diliau, a ddefnyddir yn helaeth mewn adeiladwaith rhyngosod, wedi'i ddefnyddio fel man cychwyn ar gyfer datblygu'r llinell gynhyrchu. Mae'r ffurf sylfaenol hon yn arwain at gynnydd cyflym mewn cynhyrchu, yn enwedig trwy raglennu llwybr offer hawdd. Mae ei ymddygiad mewn paneli cyfansawdd wedi'i astudio'n helaeth [14, 15, 16] a gellir newid yr ymddangosiad mewn sawl ffordd trwy baramedroli a gellir ei ddefnyddio hefyd ar gyfer cysyniadau optimeiddio cychwynnol.
Mae yna lawer o bolymerau thermoplastig i'w hystyried wrth ddewis polymer, yn dibynnu ar y broses allwthio a ddefnyddir. Mae astudiaethau rhagarweiniol cychwynnol o ddeunyddiau ar raddfa fach wedi lleihau nifer y polymerau a ystyrir yn addas i'w defnyddio mewn ffasadau [11]. Mae polycarbonad (PC) yn addawol oherwydd ei wrthwynebiad gwres, ymwrthedd UV ac anhyblygedd uchel. Oherwydd y buddsoddiad technegol ac ariannol ychwanegol sydd ei angen i brosesu polycarbonad, defnyddiwyd polyethylen terephthalate wedi'i addasu ethylene glycol (PETG) i gynhyrchu'r prototeipiau cyntaf. Mae'n arbennig o hawdd prosesu ar dymheredd cymharol isel gyda risg isel o straen thermol ac anffurfiad cydrannau. Mae'r prototeip a ddangosir yma wedi'i wneud o PETG wedi'i ailgylchu o'r enw PIPG. Sychwyd y deunydd yn rhagarweiniol ar 60 ° C am o leiaf 4 h a'i brosesu'n ronynnau gyda chynnwys ffibr gwydr o 20% [17].
Mae'r glud yn darparu bond cryf rhwng y strwythur craidd polymer a'r caead gwydr tenau. Pan fydd paneli cyfansawdd yn destun llwythi plygu, mae'r cymalau gludiog yn destun straen cneifio. Felly, mae glud caletach yn cael ei ffafrio a gall leihau gwyriad. Mae gludyddion clir hefyd yn helpu i ddarparu ansawdd gweledol uchel wrth eu bondio â gwydr clir. Ffactor pwysig arall wrth ddewis glud yw gweithgynhyrchu ac integreiddio i brosesau cynhyrchu awtomataidd. Yma gall gludyddion halltu UV gydag amseroedd halltu hyblyg symleiddio lleoliad yr haenau clawr yn fawr. Yn seiliedig ar brofion rhagarweiniol, profwyd cyfres o gludyddion am eu haddasrwydd ar gyfer paneli cyfansawdd gwydr tenau [18]. Profodd Loctite® AA 3345™ acrylate UV y gellir ei wella [19] yn arbennig o addas ar gyfer y broses ganlynol.
Er mwyn manteisio ar bosibiliadau gweithgynhyrchu ychwanegion a hyblygrwydd gwydr tenau, cynlluniwyd y broses gyfan i weithio'n ddigidol ac yn barametrig. Defnyddir Grasshopper fel rhyngwyneb rhaglennu gweledol, gan osgoi rhyngwynebau rhwng gwahanol raglenni. Bydd pob disgyblaeth (peirianneg, peirianneg a gweithgynhyrchu) yn cefnogi ac yn ategu ei gilydd mewn un ffeil gydag adborth uniongyrchol gan y gweithredwr. Ar y cam hwn o'r astudiaeth, mae'r llif gwaith yn dal i gael ei ddatblygu ac yn dilyn y patrwm a ddangosir yn Ffigur 2. Gellir grwpio'r gwahanol amcanion yn gategorïau o fewn disgyblaethau.
Er bod cynhyrchu paneli rhyngosod yn y papur hwn wedi'i awtomeiddio gyda pharatoi dylunio a gwneuthuriad sy'n canolbwyntio ar y defnyddiwr, nid yw integreiddio a dilysu offer peirianneg unigol wedi'i wireddu'n llawn. Yn seiliedig ar ddyluniad parametrig geometreg y ffasâd, mae'n bosibl dylunio cragen allanol yr adeilad ar y lefel macro (ffasâd) a meso (paneli ffasâd). Yn yr ail gam, nod y ddolen adborth peirianneg yw gwerthuso diogelwch ac addasrwydd yn ogystal â hyfywedd gwneuthuriad llenfur. Yn olaf, mae'r paneli canlyniadol yn barod ar gyfer cynhyrchu digidol. Mae'r rhaglen yn prosesu'r strwythur craidd datblygedig mewn cod G y gellir ei ddarllen gan beiriant ac yn ei baratoi ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion, ôl-brosesu tynnol a bondio gwydr.
Ystyrir y broses ddylunio ar ddwy lefel wahanol. Yn ogystal â'r ffaith bod siâp macro y ffasadau yn effeithio ar geometreg pob panel cyfansawdd, gellir dylunio topoleg y craidd ei hun hefyd ar y lefel meso. Wrth ddefnyddio model ffasâd parametrig, gall y siâp a'r ymddangosiad gael eu dylanwadu gan yr adrannau ffasâd enghreifftiol gan ddefnyddio'r llithryddion a ddangosir yn Ffigur 3. Felly, mae cyfanswm yr arwyneb yn cynnwys arwyneb graddadwy a ddiffinnir gan y defnyddiwr y gellir ei ddadffurfio gan ddefnyddio atynwyr pwynt a'i addasu gan gan nodi isafswm ac uchafswm gradd anffurfiad. Mae hyn yn darparu lefel uchel o hyblygrwydd wrth ddylunio amlenni adeiladu. Fodd bynnag, mae'r lefel hon o ryddid wedi'i chyfyngu gan gyfyngiadau technegol a gweithgynhyrchu, sydd wedyn yn cael eu chwarae gan yr algorithmau yn y rhan beirianneg.
Yn ogystal ag uchder a lled y ffasâd cyfan, pennir rhaniad y paneli ffasâd. Fel ar gyfer paneli ffasâd unigol, gellir eu diffinio'n fwy manwl gywir ar y lefel meso. Mae hyn yn effeithio ar dopoleg y strwythur craidd ei hun, yn ogystal â thrwch y gwydr. Mae gan y ddau newidyn hyn, yn ogystal â maint y panel, berthynas bwysig â modelu peirianneg fecanyddol. Gellir cynnal dyluniad a datblygiad y lefel macro a meso gyfan o ran optimeiddio yn y pedwar categori o strwythur, swyddogaeth, estheteg a dylunio cynnyrch. Gall defnyddwyr ddatblygu edrychiad a theimlad cyffredinol amlen yr adeilad trwy flaenoriaethu'r meysydd hyn.
Cefnogir y prosiect gan y rhan peirianneg gan ddefnyddio dolen adborth. I'r perwyl hwn, diffinnir nodau ac amodau ffiniau yn y categori optimeiddio a ddangosir yn Ffig. 2. Maent yn darparu coridorau sy'n dechnegol ymarferol, yn gorfforol gadarn, ac yn ddiogel i'w hadeiladu o safbwynt peirianneg, sy'n cael effaith sylweddol ar ddyluniad. Dyma'r man cychwyn ar gyfer offer amrywiol y gellir eu hintegreiddio'n uniongyrchol i Grasshopper. Mewn ymchwiliadau pellach, gellir gwerthuso priodweddau mecanyddol gan ddefnyddio Dadansoddiad Elfennau Meidraidd (FEM) neu hyd yn oed gyfrifiadau dadansoddol.
Yn ogystal, gall astudiaethau ymbelydredd solar, dadansoddiad llinell-golwg, a modelu hyd heulwen werthuso effaith paneli cyfansawdd ar ffiseg adeiladu. Mae'n bwysig peidio â chyfyngu'n ormodol ar gyflymder, effeithlonrwydd a hyblygrwydd y broses ddylunio. O'r herwydd, mae'r canlyniadau a geir yma wedi'u cynllunio i roi arweiniad a chymorth ychwanegol i'r broses ddylunio ac nid ydynt yn cymryd lle dadansoddiad manwl a chyfiawnhad ar ddiwedd y broses ddylunio. Mae'r cynllun strategol hwn yn gosod y sylfaen ar gyfer ymchwil bendant pellach ar gyfer canlyniadau profedig. Er enghraifft, ychydig a wyddys eto am ymddygiad mecanyddol paneli cyfansawdd o dan amodau llwyth a chymorth amrywiol.
Unwaith y bydd y dyluniad a'r peirianneg wedi'i gwblhau, mae'r model yn barod ar gyfer cynhyrchu digidol. Rhennir y broses weithgynhyrchu yn bedwar is-gam (Ffig. 4). Yn gyntaf, cafodd y prif strwythur ei wneud yn ychwanegyn gan ddefnyddio cyfleuster argraffu 3D robotig ar raddfa fawr. Yna caiff yr wyneb ei falu gan ddefnyddio'r un system robotig i wella ansawdd yr wyneb sy'n ofynnol ar gyfer bondio da. Ar ôl melino, mae'r glud yn cael ei gymhwyso ar hyd y strwythur craidd gan ddefnyddio system dosio a ddyluniwyd yn arbennig wedi'i gosod ar yr un system robotig a ddefnyddir ar gyfer y broses argraffu a melino. Yn olaf, mae'r gwydr yn cael ei osod a'i osod cyn halltu UV y cymal bondio.
Ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion, rhaid cyfieithu topoleg ddiffiniedig y strwythur sylfaenol i iaith beiriant CNC (GCode). Ar gyfer canlyniadau unffurf ac o ansawdd uchel, y nod yw argraffu pob haen heb i'r ffroenell allwthiwr ddisgyn. Mae hyn yn atal gorbwysedd diangen ar ddechrau a diwedd y symudiad. Felly, ysgrifennwyd sgript cenhedlaeth taflwybr barhaus ar gyfer y patrwm celloedd a ddefnyddir. Bydd hyn yn creu polylin parametrig barhaus gyda'r un mannau cychwyn a diwedd, sy'n addasu i faint y panel a ddewiswyd, nifer a maint y crwybrau yn unol â'r dyluniad. Yn ogystal, gellir pennu paramedrau megis lled llinell ac uchder llinell cyn gosod llinellau i gyrraedd uchder dymunol y prif strwythur. Y cam nesaf yn y sgript yw ysgrifennu'r gorchmynion cod G.
Gwneir hyn trwy gofnodi cyfesurynnau pob pwynt ar y llinell gyda gwybodaeth peiriant ychwanegol fel echelinau perthnasol eraill ar gyfer lleoli a rheoli cyfaint allwthio. Yna gellir trosglwyddo'r cod G sy'n deillio ohono i beiriannau cynhyrchu. Yn yr enghraifft hon, defnyddir braich robot diwydiannol Comau NJ165 ar reilffordd llinol i reoli allwthiwr CEAD E25 yn ôl y cod G (Ffigur 5). Roedd y prototeip cyntaf yn defnyddio PETG ôl-ddiwydiannol gyda chynnwys ffibr gwydr o 20%. O ran profion mecanyddol, mae'r maint targed yn agos at faint y diwydiant adeiladu, felly dimensiynau'r brif elfen yw 1983 × 876 mm gyda chelloedd diliau 6 × 4. 6 mm a 2 mm o uchder.
Mae profion rhagarweiniol wedi dangos bod gwahaniaeth mewn cryfder gludiog rhwng gludiog a resin argraffu 3D yn dibynnu ar ei briodweddau arwyneb. I wneud hyn, mae sbesimenau prawf gweithgynhyrchu ychwanegion yn cael eu gludo neu eu lamineiddio i wydr ac yn destun tensiwn neu gneifio. Yn ystod prosesu mecanyddol rhagarweiniol o'r wyneb polymer trwy melino, cynyddodd y cryfder yn sylweddol (Ffig. 6). Yn ogystal, mae'n gwella gwastadrwydd y craidd ac yn atal diffygion a achosir gan or-allwthio. Mae'r acrylate UV curadwy LOCTITE® AA 3345™ [19] a ddefnyddir yma yn sensitif i amodau prosesu.
Mae hyn yn aml yn arwain at wyriad safonol uwch ar gyfer y samplau prawf bond. Ar ôl gweithgynhyrchu ychwanegion, melinwyd y strwythur craidd ar beiriant melino proffil. Mae'r cod G sydd ei angen ar gyfer y gweithrediad hwn yn cael ei gynhyrchu'n awtomatig o lwybrau offer a grëwyd eisoes ar gyfer y broses argraffu 3D. Mae angen argraffu'r strwythur craidd ychydig yn uwch na'r uchder craidd a fwriedir. Yn yr enghraifft hon, mae'r strwythur craidd 18 mm o drwch wedi'i ostwng i 14 mm.
Mae'r rhan hon o'r broses weithgynhyrchu yn her fawr ar gyfer awtomeiddio llawn. Mae'r defnydd o gludyddion yn gosod gofynion uchel ar gywirdeb a manwl gywirdeb peiriannau. Defnyddir y system dosio niwmatig i gymhwyso'r glud ar hyd y strwythur craidd. Mae'n cael ei arwain gan y robot ar hyd yr wyneb melino yn unol â'r llwybr offeryn diffiniedig. Mae'n ymddangos bod disodli'r domen ddosbarthu draddodiadol â brwsh yn arbennig o fanteisiol. Mae hyn yn caniatáu i gludyddion gludedd isel gael eu dosbarthu'n unffurf yn ôl cyfaint. Mae'r swm hwn yn cael ei bennu gan y pwysau yn y system a chyflymder y robot. I gael mwy o fanylder ac ansawdd bondio uchel, mae'n well cael cyflymderau teithio isel o 200 i 800 mm / mun.
Rhoddwyd acrylig gyda gludedd cyfartalog o 1500 mPa*s ar wal y craidd polymer 6 mm o led gan ddefnyddio brwsh dosio â diamedr mewnol o 0.84 mm a lled brwsh o 5 ar bwysau cymhwysol o 0.3 i 0.6 mbar. mm. Yna caiff y gludydd ei wasgaru dros wyneb yr is-haen ac mae'n ffurfio haen drwchus 1 mm oherwydd tensiwn arwyneb. Ni ellir awtomeiddio union benderfyniad trwch y gludiog eto. Mae hyd y broses yn faen prawf pwysig ar gyfer dewis glud. Mae gan y strwythur craidd a gynhyrchir yma hyd trac o 26 m ac felly amser ymgeisio o 30 i 60 munud.
Ar ôl cymhwyso'r glud, gosodwch y ffenestr gwydr dwbl yn ei le. Oherwydd trwch isel y deunydd, mae gwydr tenau eisoes wedi'i ddadffurfio'n gryf gan ei bwysau ei hun ac felly mae'n rhaid ei osod mor gyfartal â phosib. Ar gyfer hyn, defnyddir cwpanau sugno gwydr niwmatig gyda chwpanau sugno gwasgaredig amser. Fe'i gosodir ar y gydran gan ddefnyddio craen, ac yn y dyfodol gellir ei osod yn uniongyrchol gan ddefnyddio robotiaid. Gosodwyd y plât gwydr yn gyfochrog ag wyneb y craidd ar yr haen gludiog. Oherwydd y pwysau ysgafnach, mae plât gwydr ychwanegol (4 i 6 mm o drwch) yn cynyddu'r pwysau arno.
Dylai'r canlyniad fod yn wlychu'r wyneb gwydr yn llwyr ar hyd y strwythur craidd, fel y gellir ei farnu o arolygiad gweledol cychwynnol o wahaniaethau lliw gweladwy. Gall y broses ymgeisio hefyd gael effaith sylweddol ar ansawdd y cymal bondio terfynol. Ar ôl eu bondio, ni ddylid symud y paneli gwydr gan y bydd hyn yn arwain at weddillion gludiog gweladwy ar y gwydr a diffygion yn yr haen gludiog gwirioneddol. Yn olaf, mae'r glud yn cael ei wella ag ymbelydredd UV ar donfedd o 365 nm. I wneud hyn, mae lamp UV gyda dwysedd pŵer o 6 mW/cm2 yn cael ei basio'n raddol dros yr arwyneb gludiog cyfan am 60 s.
Mae'r cysyniad o baneli cyfansawdd gwydr tenau ysgafn ac addasadwy gyda chraidd polymer wedi'i saernïo'n ychwanegyn a drafodir yma wedi'i fwriadu i'w ddefnyddio mewn ffasadau yn y dyfodol. Felly, rhaid i baneli cyfansawdd gydymffurfio â safonau cymwys a bodloni'r gofynion ar gyfer gwladwriaethau terfyn gwasanaeth (SLS), gwladwriaethau terfyn cryfder eithaf (ULS) a gofynion diogelwch. Felly, rhaid i baneli cyfansawdd fod yn ddiogel, yn gryf ac yn ddigon anystwyth i wrthsefyll llwythi (fel llwythi wyneb) heb dorri neu anffurfiad gormodol. Er mwyn ymchwilio i ymateb mecanyddol paneli cyfansawdd gwydr tenau a luniwyd yn flaenorol (fel y disgrifir yn yr adran Profion Mecanyddol), buont yn destun profion llwyth gwynt fel y disgrifir yn yr is-adran nesaf.
Pwrpas profion corfforol yw astudio priodweddau mecanyddol paneli cyfansawdd o waliau allanol o dan lwythi gwynt. I'r perwyl hwn, lluniwyd paneli cyfansawdd yn cynnwys dalen allanol gwydr tymherus llawn 3 mm o drwch a chraidd 14 mm o drwch wedi'i wneud â ychwanegyn (o PIPG-GF20) fel y disgrifir uchod gan ddefnyddio adlyn Henkel Loctite AA 3345 (Ffig. 7 ar y chwith). )). . Yna caiff y paneli cyfansawdd eu cysylltu â'r ffrâm cynnal pren gyda sgriwiau metel sy'n cael eu gyrru trwy'r ffrâm bren ac i mewn i ochrau'r prif strwythur. Gosodwyd sgriwiau 30 o amgylch perimedr y panel (gweler y llinell ddu ar y chwith yn Ffig. 7) i atgynhyrchu'r amodau cynnal llinellol o amgylch y perimedr mor agos â phosibl.
Yna cafodd y ffrâm brawf ei selio i'r wal brawf allanol trwy gymhwyso pwysedd gwynt neu sugno gwynt y tu ôl i'r panel cyfansawdd (Ffigur 7, ar y dde uchaf). Defnyddir system cydberthynas ddigidol (DIC) i gofnodi data. I wneud hyn, mae gwydr allanol y panel cyfansawdd wedi'i orchuddio â dalen elastig denau wedi'i argraffu arno gyda phatrwm sŵn pearline (Ffig. 7, gwaelod dde). Mae DIC yn defnyddio dau gamera i gofnodi lleoliad cymharol yr holl bwyntiau mesur ar yr wyneb gwydr cyfan. Cafodd dwy ddelwedd yr eiliad eu recordio a'u defnyddio ar gyfer gwerthuso. Cynyddir y pwysau yn y siambr, wedi'i amgylchynu gan baneli cyfansawdd, trwy gefnogwr mewn cynyddiadau 1000 Pa hyd at uchafswm gwerth o 4000 Pa, fel bod pob lefel llwyth yn cael ei gynnal am 10 eiliad.
Mae gosodiad ffisegol yr arbrawf hefyd yn cael ei gynrychioli gan fodel rhifiadol gyda'r un dimensiynau geometrig. Ar gyfer hyn, defnyddir y rhaglen rifiadol Ansys Mechanical. Y strwythur craidd oedd rhwyll geometrig gan ddefnyddio elfennau hecsagonol SOLID 185 gydag ochrau 20 mm ar gyfer gwydr ac elfennau tetrahedrol SOLID 187 gydag ochrau 3 mm. Er mwyn symleiddio'r modelu, ar y cam hwn o'r astudiaeth, rhagdybir yma fod yr acrylate a ddefnyddir yn ddelfrydol yn anhyblyg ac yn denau, ac fe'i diffinnir fel bond anhyblyg rhwng y gwydr a'r deunydd craidd.
Mae'r paneli cyfansawdd wedi'u gosod mewn llinell syth y tu allan i'r craidd, ac mae'r panel gwydr yn destun llwyth pwysau arwyneb o 4000 Pa. Er bod aflinoliaethau geometrig wedi'u hystyried yn y modelu, dim ond modelau deunydd llinol a ddefnyddiwyd ar y cam hwn o'r astudio. Er bod hon yn dybiaeth ddilys ar gyfer ymateb elastig llinellol gwydr (E = 70,000 MPa), yn ôl taflen ddata gwneuthurwr y deunydd craidd polymerig (viscoelastig) [17], defnyddiwyd anystwythder llinol E = 8245 MPa yn dylid ystyried y dadansoddiad presennol yn drylwyr a chaiff ei astudio mewn ymchwil yn y dyfodol.
Mae'r canlyniadau a gyflwynir yma yn cael eu gwerthuso'n bennaf ar gyfer anffurfiadau ar lwythi gwynt mwyaf hyd at 4000 Pa (= ˆ4kN/m2). Ar gyfer hyn, cymharwyd y delweddau a gofnodwyd gan y dull DIC â chanlyniadau efelychiad rhifiadol (FEM) (Ffig. 8, gwaelod dde). Er bod cyfanswm straen delfrydol o 0 mm gyda chynhalwyr llinellol “delfrydol” yn y rhanbarth ymyl (hy, perimedr panel) yn cael ei gyfrifo yn y FEM, rhaid ystyried dadleoliad ffisegol y rhanbarth ymyl wrth werthuso'r DIC. Mae hyn oherwydd goddefiannau gosod ac anffurfiad y ffrâm prawf a'i seliau. Er mwyn cymharu, tynnwyd y dadleoliad cyfartalog yn y rhanbarth ymyl (llinell wen wedi'i malu yn Ffig. 8) o'r dadleoliad mwyaf yng nghanol y panel. Mae'r dadleoliadau a bennir gan DIC a FEA yn cael eu cymharu yn Nhabl 1 ac fe'u dangosir yn graffigol yng nghornel chwith uchaf Ffig. 8.
Defnyddiwyd pedair lefel llwyth cymhwysol y model arbrofol fel pwyntiau rheoli ar gyfer gwerthuso a'u gwerthuso yn y FEM. Penderfynwyd ar ddadleoliad canolog uchaf y plât cyfansawdd yn y cyflwr dadlwytho gan fesuriadau DIC ar lefel llwyth o 4000 Pa ar 2.18 mm. Er y gall dadleoliadau FEA ar lwythi is (hyd at 2000 Pa) atgynhyrchu gwerthoedd arbrofol yn gywir o hyd, ni ellir cyfrifo'r cynnydd aflinol mewn straen ar lwythi uwch yn gywir.
Fodd bynnag, mae astudiaethau wedi dangos y gall paneli cyfansawdd wrthsefyll llwythi gwynt eithafol. Mae anhyblygedd uchel y paneli ysgafn yn sefyll allan yn arbennig. Gan ddefnyddio cyfrifiadau dadansoddol yn seiliedig ar theori llinol platiau Kirchhoff [20], mae dadffurfiad o 2.18 mm ar 4000 Pa yn cyfateb i ddadffurfiad plât gwydr sengl 12 mm o drwch o dan yr un amodau terfyn. O ganlyniad, gellir lleihau trwch y gwydr (sy'n ynni-ddwys wrth gynhyrchu) yn y panel cyfansawdd hwn i wydr 2 x 3mm, gan arwain at arbediad materol o 50%. Mae lleihau pwysau cyffredinol y panel yn darparu buddion ychwanegol o ran cydosod. Er y gall dau berson drin panel cyfansawdd 30 kg yn hawdd, mae angen cymorth technegol ar banel gwydr 50 kg traddodiadol i symud yn ddiogel. Er mwyn cynrychioli'r ymddygiad mecanyddol yn gywir, bydd angen modelau rhifiadol manylach mewn astudiaethau yn y dyfodol. Gellir gwella dadansoddiad elfen gyfyngedig ymhellach gyda modelau deunydd aflinol ehangach ar gyfer polymerau a modelu bondiau gludiog.
Mae datblygu a gwella prosesau digidol yn chwarae rhan allweddol wrth wella perfformiad economaidd ac amgylcheddol yn y diwydiant adeiladu. Yn ogystal, mae defnyddio gwydr tenau mewn ffasadau yn addo arbedion ynni ac adnoddau ac yn agor posibiliadau newydd ar gyfer pensaernïaeth. Fodd bynnag, oherwydd trwch bach y gwydr, mae angen atebion dylunio newydd i atgyfnerthu'r gwydr yn ddigonol. Felly, mae'r astudiaeth a gyflwynir yn yr erthygl hon yn archwilio'r cysyniad o baneli cyfansawdd wedi'u gwneud o wydr tenau a strwythurau craidd polymer printiedig 3D wedi'u hatgyfnerthu wedi'u bondio. Mae'r broses gynhyrchu gyfan o ddylunio i gynhyrchu wedi'i digideiddio a'i hawtomeiddio. Gyda chymorth Grasshopper, datblygwyd llif gwaith ffeil-i-ffatri i alluogi defnyddio paneli cyfansawdd gwydr tenau mewn ffasadau yn y dyfodol.
Roedd cynhyrchu'r prototeip cyntaf yn dangos dichonoldeb a heriau gweithgynhyrchu robotig. Er bod gweithgynhyrchu ychwanegion a thynnu eisoes wedi'u hintegreiddio'n dda, mae cymhwyso a chydosod adlyn cwbl awtomataidd yn arbennig yn cyflwyno heriau ychwanegol i'w hystyried mewn ymchwil yn y dyfodol. Trwy brofion mecanyddol rhagarweiniol a modelu ymchwil elfen gyfyngedig cysylltiedig, dangoswyd bod paneli gwydr ffibr ysgafn a denau yn darparu digon o anystwythder plygu ar gyfer eu cymwysiadau ffasâd arfaethedig, hyd yn oed o dan amodau llwyth gwynt eithafol. Bydd ymchwil barhaus yr awduron yn archwilio ymhellach i botensial paneli cyfansawdd gwydr tenau wedi'u gwneud yn ddigidol ar gyfer cymwysiadau ffasadau ac yn dangos eu heffeithiolrwydd.
Hoffai'r awduron ddiolch i'r holl gefnogwyr sy'n gysylltiedig â'r gwaith ymchwil hwn. Diolch i raglen ariannu SAB EFRE a ariennir o gronfeydd yr Undeb Ewropeaidd ar ffurf grant Rhif i ddarparu adnoddau ariannol ar gyfer prynu manipulator gydag allwthiwr a dyfais melino. 100537005. Yn ogystal, cydnabuwyd AiF-ZIM am ariannu prosiect ymchwil Glasfur3D (rhif grant ZF4123725WZ9) mewn cydweithrediad â Glaswerkstätten Glas Ahne, a roddodd gefnogaeth sylweddol ar gyfer y gwaith ymchwil hwn. Yn olaf, mae Labordy Friedrich Siemens a’i gydweithwyr, yn enwedig Felix Hegewald a’r cynorthwyydd myfyrwyr Jonathan Holzerr, yn cydnabod cefnogaeth dechnegol a gweithrediad y gwneuthuriad a’r profion corfforol a fu’n sail i’r papur hwn.