डिजिटली बनवलेल्या पातळ काचेच्या संमिश्र दर्शनी पॅनेलचे प्रोटोटाइप

पातळ काचेचा वापर बांधकाम उद्योगातील विविध कार्ये पूर्ण करण्याचे आश्वासन देतो. संसाधनांच्या अधिक कार्यक्षम वापराच्या पर्यावरणीय फायद्यांव्यतिरिक्त, वास्तुविशारद डिझाइन स्वातंत्र्याच्या नवीन डिग्री प्राप्त करण्यासाठी पातळ काच वापरू शकतात. सँडविच सिद्धांतावर आधारित, लवचिक पातळ काच 3D मुद्रित ओपन-सेल पॉलिमर कोरसह एकत्र केली जाऊ शकते जेणेकरुन ते अतिशय कठोर आणि हलके बनू शकेल. संमिश्र घटक. हा लेख औद्योगिक रोबोट वापरून पातळ काचेच्या-संमिश्र दर्शनी पॅनेलच्या डिजिटल फॅब्रिकेशनचा शोधात्मक प्रयत्न सादर करतो. हे संगणक-अनुदानित डिझाइन (CAD), अभियांत्रिकी (CAE) आणि उत्पादन (CAM) सह फॅक्टरी-टू-फॅक्टरी वर्कफ्लो डिजिटायझेशनची संकल्पना स्पष्ट करते. अभ्यास एक पॅरामेट्रिक डिझाइन प्रक्रिया दर्शवितो जी डिजिटल विश्लेषण साधनांचे अखंड एकत्रीकरण सक्षम करते.
याशिवाय, ही प्रक्रिया पातळ काचेच्या संमिश्र पॅनेलचे डिजिटली उत्पादन करण्याची क्षमता आणि आव्हाने दर्शवते. औद्योगिक रोबोट हाताने केलेल्या उत्पादनाच्या काही पायऱ्या, जसे की लार्ज-फॉर्मेट ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग, पृष्ठभाग मशीनिंग, ग्लूइंग आणि असेंबली प्रक्रिया, येथे स्पष्ट केल्या आहेत. शेवटी, प्रथमच, संमिश्र पॅनेलच्या यांत्रिक गुणधर्मांची सखोल माहिती प्रायोगिक आणि संख्यात्मक अभ्यासाद्वारे आणि पृष्ठभाग लोडिंग अंतर्गत मिश्रित पॅनेलच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन करून प्राप्त केली गेली आहे. डिजिटल डिझाइन आणि फॅब्रिकेशन वर्कफ्लोची एकंदर संकल्पना, तसेच प्रायोगिक अभ्यासाचे परिणाम, आकार व्याख्या आणि विश्लेषण पद्धतींच्या पुढील एकात्मतेसाठी तसेच भविष्यातील अभ्यासांमध्ये व्यापक यांत्रिक अभ्यास आयोजित करण्यासाठी आधार प्रदान करतात.
डिजिटल उत्पादन पद्धती आम्हाला पारंपारिक पद्धती बदलून आणि नवीन डिझाइन शक्यता प्रदान करून उत्पादन सुधारण्याची परवानगी देतात [१]. पारंपारिक बांधकाम पद्धती खर्च, मूलभूत भूमिती आणि सुरक्षिततेच्या दृष्टीने सामग्रीचा अतिवापर करतात. नवीन डिझाइन पद्धती अंमलात आणण्यासाठी मॉड्युलर प्रीफेब्रिकेशन आणि रोबोटिक्सचा वापर करून कारखान्यांमध्ये बांधकाम हलवून, सुरक्षिततेशी तडजोड न करता सामग्री कार्यक्षमतेने वापरली जाऊ शकते. डिजिटल उत्पादन आम्हाला अधिक वैविध्यपूर्ण, कार्यक्षम आणि महत्त्वाकांक्षी भौमितिक आकार तयार करण्यासाठी आमच्या डिझाइन कल्पनाशक्तीचा विस्तार करण्यास अनुमती देते. डिझाईन आणि गणना प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणावर डिजिटायझेशन केल्या गेल्या आहेत, तरीही उत्पादन आणि असेंब्ली हे पारंपारिक पद्धतीने हाताने केले जाते. वाढत्या क्लिष्ट फ्री-फॉर्म स्ट्रक्चर्सचा सामना करण्यासाठी, डिजिटल मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रिया अधिक महत्त्वाच्या होत आहेत. स्वातंत्र्य आणि डिझाइन लवचिकतेची इच्छा, विशेषत: जेव्हा दर्शनी भागांचा विचार केला जातो तेव्हा हळूहळू वाढत आहे. व्हिज्युअल इफेक्ट व्यतिरिक्त, फ्री-फॉर्म दर्शनी भाग देखील आपल्याला अधिक कार्यक्षम संरचना तयार करण्यास अनुमती देतात, उदाहरणार्थ, झिल्ली प्रभावांच्या वापराद्वारे [२]. याव्यतिरिक्त, डिजिटल उत्पादन प्रक्रियेची मोठी क्षमता त्यांच्या कार्यक्षमतेमध्ये आणि डिझाइन ऑप्टिमायझेशनच्या शक्यतेमध्ये आहे.
हा लेख ॲडिटीव्हली फॅब्रिकेटेड पॉलिमर कोर आणि बॉन्डेड पातळ काचेच्या बाह्य पॅनेलचा समावेश असलेल्या अभिनव संमिश्र दर्शनी पॅनेलची रचना आणि निर्मिती करण्यासाठी डिजिटल तंत्रज्ञानाचा वापर कसा केला जाऊ शकतो हे शोधतो. पातळ काचेच्या वापराशी संबंधित नवीन वास्तुशिल्प शक्यतांव्यतिरिक्त, पर्यावरणीय आणि आर्थिक निकष देखील इमारत लिफाफा बांधण्यासाठी कमी सामग्री वापरण्यासाठी महत्त्वपूर्ण प्रेरणा आहेत. हवामानातील बदल, संसाधनांची कमतरता आणि भविष्यात ऊर्जेच्या वाढत्या किमतींमुळे काचेचा अधिक स्मार्ट वापर करणे आवश्यक आहे. इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगातील 2 मिमी पेक्षा कमी जाडीच्या पातळ काचेच्या वापरामुळे दर्शनी भाग हलका होतो आणि कच्च्या मालाचा वापर कमी होतो.
पातळ काचेच्या उच्च लवचिकतेमुळे, ते आर्किटेक्चरल ऍप्लिकेशन्ससाठी नवीन शक्यता उघडते आणि त्याच वेळी नवीन अभियांत्रिकी आव्हाने निर्माण करते [3,4,5,6]. पातळ काच वापरून दर्शनी प्रकल्पांची सध्याची अंमलबजावणी मर्यादित असली तरी, सिव्हिल इंजिनीअरिंग आणि आर्किटेक्चरल अभ्यासात पातळ काच अधिक प्रमाणात वापरला जात आहे. पातळ काचेच्या लवचिक विकृतीच्या उच्च क्षमतेमुळे, दर्शनी भागात त्याचा वापर करण्यासाठी प्रबलित स्ट्रक्चरल सोल्यूशन्स [७] आवश्यक आहेत. वक्र भूमिती [८] मुळे पडद्याच्या प्रभावाचे शोषण करण्याव्यतिरिक्त, पॉलिमर कोर आणि चिकट पातळ काचेच्या बाहेरील शीट असलेल्या बहुस्तरीय संरचनेद्वारे जडत्वाचा क्षण देखील वाढविला जाऊ शकतो. काचेपेक्षा कमी दाट असलेल्या कठोर पारदर्शक पॉली कार्बोनेट कोरच्या वापरामुळे या दृष्टिकोनाने आश्वासन दिले आहे. सकारात्मक यांत्रिक कृती व्यतिरिक्त, अतिरिक्त सुरक्षा निकष पूर्ण केले गेले [9].
पुढील अभ्यासातील दृष्टीकोन समान संकल्पनेवर आधारित आहे, परंतु जोडणीने तयार केलेला ओपन-पोर ट्रान्सलुसेंट कोर वापरून आहे. हे उच्च दर्जाच्या भौमितिक स्वातंत्र्य आणि डिझाइन शक्यतांची हमी देते, तसेच इमारतीच्या भौतिक कार्यांचे एकत्रीकरण करते [१०]. अशा संमिश्र पॅनल्सने यांत्रिक चाचणी [११] मध्ये विशेषतः प्रभावी सिद्ध केले आहे आणि काचेचे प्रमाण ८०% पर्यंत कमी करण्याचे वचन दिले आहे. हे केवळ आवश्यक संसाधने कमी करणार नाही तर पॅनेलचे वजन देखील लक्षणीयरीत्या कमी करेल, ज्यामुळे सबस्ट्रक्चरची कार्यक्षमता वाढेल. परंतु बांधकामाच्या नवीन प्रकारांना उत्पादनाचे नवीन प्रकार आवश्यक आहेत. कार्यक्षम संरचनांना कार्यक्षम उत्पादन प्रक्रियेची आवश्यकता असते. डिजिटल डिझाइन डिजिटल उत्पादनात योगदान देते. हा लेख औद्योगिक रोबोट्ससाठी पातळ काचेच्या संमिश्र पॅनेलच्या डिजिटल उत्पादन प्रक्रियेचा अभ्यास सादर करून लेखकाचे मागील संशोधन चालू ठेवतो. उत्पादन प्रक्रियेचे ऑटोमेशन वाढवण्यासाठी पहिल्या मोठ्या स्वरूपातील प्रोटोटाइपच्या फाईल-टू-फॅक्टरी वर्कफ्लोचे डिजिटायझेशन करण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे.
संयुक्त पॅनेलमध्ये (आकृती 1) AM पॉलिमर कोरभोवती गुंडाळलेले दोन पातळ काचेचे आच्छादन असतात. दोन भाग गोंद सह जोडलेले आहेत. या डिझाइनचा उद्देश संपूर्ण विभागावर लोड शक्य तितक्या कार्यक्षमतेने वितरित करणे आहे. झुकण्याचे क्षण शेलमध्ये सामान्य ताण निर्माण करतात. पार्श्व बलांमुळे कोर आणि चिकट जोड्यांमध्ये कातरणे तणाव निर्माण होतो.
सँडविचच्या संरचनेचा बाह्य स्तर पातळ काचेचा बनलेला असतो. तत्त्वानुसार, सोडा-चुना सिलिकेट ग्लास वापरला जाईल. लक्ष्य जाडी < 2 मिमी सह, थर्मल टेम्परिंग प्रक्रिया सध्याच्या तांत्रिक मर्यादेपर्यंत पोहोचते. डिझाईनमुळे (उदा. कोल्ड फोल्डेड पॅनेल) किंवा [१२] वापरल्यामुळे जास्त ताकदीची आवश्यकता असल्यास रासायनिकदृष्ट्या मजबूत केलेला ॲल्युमिनोसिलिकेट ग्लास विशेषतः योग्य मानला जाऊ शकतो. कंपोझिटमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या इतर सामग्रीच्या तुलनेत चांगला स्क्रॅच प्रतिरोध आणि तुलनेने उच्च यंग्स मोड्यूलस यासारख्या चांगल्या यांत्रिक गुणधर्मांद्वारे प्रकाश प्रसारण आणि पर्यावरण संरक्षण कार्ये पूरक असतील. रासायनिकदृष्ट्या कडक केलेल्या पातळ काचेसाठी उपलब्ध मर्यादित आकारामुळे, प्रथम मोठ्या प्रमाणात प्रोटोटाइप तयार करण्यासाठी पूर्णपणे टेम्पर्ड 3 मिमी जाड सोडा-चुना ग्लासचे पॅनेल वापरले गेले.
सपोर्टिंग स्ट्रक्चर हा कंपोझिट पॅनेलचा आकाराचा भाग मानला जातो. जवळजवळ सर्व गुणधर्मांवर त्याचा परिणाम होतो. ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग पद्धतीबद्दल धन्यवाद, हे डिजिटल उत्पादन प्रक्रियेचे केंद्र देखील आहे. थर्मोप्लास्टिक्सवर फ्यूजिंगद्वारे प्रक्रिया केली जाते. हे विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी मोठ्या संख्येने भिन्न पॉलिमर वापरणे शक्य करते. मुख्य घटकांचे टोपोलॉजी त्यांच्या कार्यावर अवलंबून वेगवेगळ्या जोर देऊन डिझाइन केले जाऊ शकते. या उद्देशासाठी, आकार डिझाइन खालील चार डिझाइन श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकते: स्ट्रक्चरल डिझाइन, फंक्शनल डिझाइन, सौंदर्याचा डिझाइन आणि उत्पादन डिझाइन. प्रत्येक श्रेणीचे वेगवेगळे उद्देश असू शकतात, ज्यामुळे भिन्न टोपोलॉजी होऊ शकतात.
प्राथमिक अभ्यासादरम्यान, काही मुख्य डिझाईन्स त्यांच्या डिझाइनच्या योग्यतेसाठी तपासल्या गेल्या [११]. यांत्रिक दृष्टिकोनातून, जायरोस्कोपची तीन-कालावधी किमान कोर पृष्ठभाग विशेषतः प्रभावी आहे. हे तुलनेने कमी सामग्रीच्या वापरावर वाकण्यासाठी उच्च यांत्रिक प्रतिकार प्रदान करते. पृष्ठभागाच्या प्रदेशात पुनरुत्पादित सेल्युलर मूलभूत संरचनांव्यतिरिक्त, टोपोलॉजी इतर आकार शोधण्याच्या तंत्राद्वारे देखील तयार केली जाऊ शकते. सर्वात कमी संभाव्य वजन [१३] वर कडकपणा ऑप्टिमाइझ करण्याचा एक संभाव्य मार्ग म्हणजे स्ट्रेस लाइन जनरेशन. तथापि, सँडविच बांधकामांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणाऱ्या हनीकॉम्ब स्ट्रक्चरचा वापर उत्पादन लाइनच्या विकासासाठी प्रारंभ बिंदू म्हणून केला गेला आहे. या मूळ स्वरूपामुळे उत्पादनात जलद प्रगती होते, विशेषत: सुलभ टूलपाथ प्रोग्रामिंगद्वारे. संमिश्र पॅनेलमधील त्याचे वर्तन विस्तृतपणे अभ्यासले गेले आहे [14, 15, 16] आणि स्वरूप पॅरामीटरायझेशनद्वारे अनेक प्रकारे बदलले जाऊ शकते आणि प्रारंभिक ऑप्टिमायझेशन संकल्पनांसाठी देखील वापरले जाऊ शकते.
पॉलिमर निवडताना विचारात घेण्यासाठी अनेक थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर आहेत, वापरलेल्या एक्सट्रूजन प्रक्रियेवर अवलंबून. लहान-प्रमाणातील सामग्रीच्या प्रारंभिक प्राथमिक अभ्यासामुळे दर्शनी भागात वापरण्यासाठी योग्य मानल्या जाणाऱ्या पॉलिमरची संख्या कमी झाली आहे [११]. पॉली कार्बोनेट (पीसी) त्याच्या उष्णता प्रतिरोधकतेमुळे, अतिनील प्रतिकार आणि उच्च कडकपणामुळे आशादायक आहे. पॉली कार्बोनेटवर प्रक्रिया करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या अतिरिक्त तांत्रिक आणि आर्थिक गुंतवणुकीमुळे, इथिलीन ग्लायकॉल मॉडिफाइड पॉलीथिलीन टेरेफ्थालेट (PETG) चा वापर प्रथम प्रोटोटाइप तयार करण्यासाठी केला गेला. थर्मल ताण आणि घटक विकृत होण्याचा कमी धोका असलेल्या तुलनेने कमी तापमानात प्रक्रिया करणे विशेषतः सोपे आहे. येथे दर्शविलेले प्रोटोटाइप पीआयपीजी नावाच्या पुनर्नवीनीकरण केलेल्या पीईटीजीपासून बनवले आहे. सामग्री प्राथमिकपणे 60°C वर किमान 4 तासांसाठी वाळवली गेली आणि 20% [१७] ग्लास फायबर सामग्रीसह ग्रॅन्युलमध्ये प्रक्रिया केली गेली.
चिपकणारा पॉलिमर कोर स्ट्रक्चर आणि पातळ काचेच्या झाकण दरम्यान मजबूत बंध प्रदान करतो. जेव्हा संमिश्र पॅनेल वाकलेल्या भारांच्या अधीन असतात, तेव्हा चिकट जोड्यांवर कातरणे ताण येतो. म्हणून, कठोर चिकटपणाला प्राधान्य दिले जाते आणि ते विक्षेपण कमी करू शकते. स्वच्छ काचेला जोडलेले असताना स्पष्ट चिकटवता उच्च दृश्य गुणवत्ता प्रदान करण्यात मदत करतात. चिकटवता निवडताना आणखी एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे उत्पादनक्षमता आणि स्वयंचलित उत्पादन प्रक्रियेत एकत्रीकरण. येथे लवचिक क्यूरिंग वेळेसह यूव्ही क्युरिंग ॲडेसिव्ह कव्हर लेयर्सची स्थिती मोठ्या प्रमाणात सुलभ करू शकतात. प्राथमिक चाचण्यांच्या आधारे, पातळ काचेच्या संमिश्र पॅनेलसाठी त्यांच्या योग्यतेसाठी चिकटलेल्या मालिकेची चाचणी घेण्यात आली [१८]. Loctite® AA 3345™ UV क्युरेबल ऍक्रिलेट [19] खालील प्रक्रियेसाठी विशेषतः योग्य असल्याचे सिद्ध झाले आहे.
ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगच्या शक्यतांचा फायदा घेण्यासाठी आणि पातळ काचेच्या लवचिकतेचा फायदा घेण्यासाठी, संपूर्ण प्रक्रिया डिजिटल आणि पॅरामेट्रिकली कार्य करण्यासाठी डिझाइन केली गेली होती. विविध प्रोग्राम्समधील इंटरफेस टाळून ग्रॅशॉपरचा वापर व्हिज्युअल प्रोग्रामिंग इंटरफेस म्हणून केला जातो. सर्व शाखा (अभियांत्रिकी, अभियांत्रिकी आणि उत्पादन) ऑपरेटरकडून थेट अभिप्रायासह एका फाईलमध्ये एकमेकांना समर्थन आणि पूरक असतील. अभ्यासाच्या या टप्प्यावर, कार्यप्रवाह अद्याप विकासाधीन आहे आणि आकृती 2 मध्ये दर्शविलेल्या पॅटर्नचे अनुसरण करते. विविध उद्दिष्टांचे विभागांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते.
जरी या पेपरमधील सँडविच पॅनेलचे उत्पादन वापरकर्ता-केंद्रित डिझाइन आणि फॅब्रिकेशन तयारीसह स्वयंचलित केले गेले असले तरी, वैयक्तिक अभियांत्रिकी साधनांचे एकत्रीकरण आणि प्रमाणीकरण पूर्णपणे साकार झालेले नाही. दर्शनी भूमितीच्या पॅरामेट्रिक डिझाइनच्या आधारे, मॅक्रो स्तरावर (मुख्य भाग) आणि मेसो (फेसॅड पॅनेल) इमारतीच्या बाह्य शेलची रचना करणे शक्य आहे. दुसऱ्या टप्प्यात, अभियांत्रिकी फीडबॅक लूपचे उद्दिष्ट सुरक्षा आणि उपयुक्तता तसेच पडद्याच्या भिंतीच्या फॅब्रिकेशनच्या व्यवहार्यतेचे मूल्यांकन करणे आहे. शेवटी, परिणामी पॅनेल डिजिटल उत्पादनासाठी तयार आहेत. प्रोग्राम मशीन-वाचण्यायोग्य जी-कोडमध्ये विकसित कोर स्ट्रक्चरवर प्रक्रिया करतो आणि त्याला ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग, वजाबाकी पोस्ट-प्रोसेसिंग आणि ग्लास बाँडिंगसाठी तयार करतो.
डिझाइन प्रक्रिया दोन वेगवेगळ्या स्तरांवर विचारात घेतली जाते. दर्शनी भागांचा मॅक्रो आकार प्रत्येक संमिश्र पॅनेलच्या भूमितीवर परिणाम करतो या व्यतिरिक्त, कोरचे टोपोलॉजी देखील मेसो स्तरावर डिझाइन केले जाऊ शकते. पॅरामेट्रिक दर्शनी भाग मॉडेल वापरताना, आकृती 3 मध्ये दर्शविलेल्या स्लाइडरचा वापर करून दर्शनी भागाच्या उदाहरणाद्वारे आकार आणि देखावा प्रभावित होऊ शकतो. अशा प्रकारे, एकूण पृष्ठभागामध्ये वापरकर्ता-परिभाषित स्केलेबल पृष्ठभाग असतो ज्याला पॉइंट ॲट्रॅक्टर्स वापरून विकृत केले जाऊ शकते आणि सुधारित केले जाऊ शकते. विकृतीची किमान आणि कमाल डिग्री निर्दिष्ट करणे. हे बिल्डिंग लिफाफेच्या डिझाइनमध्ये उच्च प्रमाणात लवचिकता प्रदान करते. तथापि, स्वातंत्र्याची ही डिग्री तांत्रिक आणि उत्पादन मर्यादांद्वारे मर्यादित आहे, जी नंतर अभियांत्रिकी भागामध्ये अल्गोरिदमद्वारे खेळली जाते.
संपूर्ण दर्शनी भागाची उंची आणि रुंदी व्यतिरिक्त, दर्शनी पॅनेलचे विभाजन निश्चित केले जाते. वैयक्तिक दर्शनी पॅनेलसाठी, ते मेसो स्तरावर अधिक अचूकपणे परिभाषित केले जाऊ शकतात. हे कोर स्ट्रक्चरच्या टोपोलॉजीवर तसेच काचेच्या जाडीवर परिणाम करते. हे दोन व्हेरिएबल्स, तसेच पॅनेलचा आकार, यांत्रिक अभियांत्रिकी मॉडेलिंगशी एक महत्त्वाचा संबंध आहे. संपूर्ण मॅक्रो आणि मेसो स्तराची रचना आणि विकास रचना, कार्य, सौंदर्यशास्त्र आणि उत्पादन डिझाइन या चार श्रेणींमध्ये ऑप्टिमायझेशनच्या दृष्टीने केले जाऊ शकते. वापरकर्ते या भागांना प्राधान्य देऊन इमारतीच्या लिफाफ्याचे एकूण स्वरूप आणि अनुभव विकसित करू शकतात.
फीडबॅक लूप वापरून अभियांत्रिकी भागाद्वारे प्रकल्प समर्थित आहे. यासाठी, आकृती 2 मध्ये दर्शविलेल्या ऑप्टिमायझेशन श्रेणीमध्ये उद्दिष्टे आणि सीमा परिस्थिती परिभाषित केल्या आहेत. ते कॉरिडॉर प्रदान करतात जे तांत्रिकदृष्ट्या व्यवहार्य, भौतिकदृष्ट्या योग्य आणि अभियांत्रिकीच्या दृष्टिकोनातून तयार करण्यासाठी सुरक्षित आहेत, ज्याचा डिझाइनवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. हे विविध साधनांसाठी प्रारंभिक बिंदू आहे जे थेट ग्रासॉपरमध्ये एकत्रित केले जाऊ शकतात. पुढील तपासणीमध्ये, यांत्रिक गुणधर्मांचे मूल्यांकन मर्यादित घटक विश्लेषण (FEM) किंवा विश्लेषणात्मक गणना वापरून केले जाऊ शकते.
याव्यतिरिक्त, सौर किरणोत्सर्ग अभ्यास, दृष्टी-रेखेचे ​​विश्लेषण आणि सूर्यप्रकाश कालावधी मॉडेलिंग भौतिकशास्त्राच्या बांधकामावर संयुक्त पॅनेलच्या प्रभावाचे मूल्यांकन करू शकतात. डिझाइन प्रक्रियेची गती, कार्यक्षमता आणि लवचिकता यावर जास्त मर्यादा न घालणे महत्वाचे आहे. जसे की, येथे प्राप्त झालेले परिणाम डिझाईन प्रक्रियेला अतिरिक्त मार्गदर्शन आणि समर्थन देण्यासाठी डिझाइन केले गेले आहेत आणि ते डिझाइन प्रक्रियेच्या शेवटी तपशीलवार विश्लेषण आणि समर्थनासाठी पर्याय नाहीत. ही धोरणात्मक योजना सिद्ध परिणामांसाठी पुढील स्पष्ट संशोधनाचा पाया घालते. उदाहरणार्थ, विविध भार आणि समर्थन परिस्थितींमध्ये संयुक्त पॅनेलच्या यांत्रिक वर्तनाबद्दल अद्याप फारसे माहिती नाही.
डिझाइन आणि अभियांत्रिकी पूर्ण झाल्यानंतर, मॉडेल डिजिटल उत्पादनासाठी तयार आहे. उत्पादन प्रक्रिया चार उप-चरणांमध्ये विभागली गेली आहे (चित्र 4). प्रथम, मोठ्या प्रमाणावरील रोबोटिक 3D प्रिंटिंग सुविधेचा वापर करून मुख्य संरचनेची जोडणी केली गेली. चांगल्या बाँडिंगसाठी आवश्यक पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी त्याच रोबोटिक प्रणालीचा वापर करून पृष्ठभाग नंतर दळला जातो. मिलिंग केल्यानंतर, प्रिंटिंग आणि मिलिंग प्रक्रियेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या त्याच रोबोटिक सिस्टीमवर बसवलेल्या खास डिझाईन केलेल्या डोसिंग सिस्टमचा वापर करून कोर स्ट्रक्चरच्या बाजूने चिकटवले जाते. शेवटी, बॉन्डेड जॉइंटच्या यूव्ही क्युअरिंगपूर्वी काच स्थापित केला जातो आणि घातला जातो.
ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगसाठी, अंतर्निहित संरचनेचे परिभाषित टोपोलॉजी सीएनसी मशीन लँग्वेज (जीकोड) मध्ये भाषांतरित करणे आवश्यक आहे. एकसमान आणि उच्च गुणवत्तेच्या परिणामांसाठी, एक्सट्रूडर नोजल बंद न पडता प्रत्येक स्तर मुद्रित करणे हे लक्ष्य आहे. हे चळवळीच्या सुरूवातीस आणि शेवटी अवांछित ओव्हरप्रेशर प्रतिबंधित करते. म्हणून, वापरल्या जाणाऱ्या सेल पॅटर्नसाठी सतत ट्रॅजेक्टोरी जनरेशन लिपी लिहिली गेली. हे समान प्रारंभ आणि शेवटच्या बिंदूंसह पॅरामेट्रिक सतत पॉलीलाइन तयार करेल, जे डिझाइननुसार निवडलेल्या पॅनेलच्या आकार, संख्या आणि हनीकॉम्ब्सच्या आकाराशी जुळवून घेते. याव्यतिरिक्त, मुख्य संरचनेची इच्छित उंची प्राप्त करण्यासाठी ओळी घालण्यापूर्वी ओळीची रुंदी आणि रेषेची उंची यासारखे पॅरामीटर्स निर्दिष्ट केले जाऊ शकतात. स्क्रिप्टमधील पुढील पायरी म्हणजे जी-कोड कमांड्स लिहिणे.
हे अतिरिक्त मशीन माहितीसह रेषेवरील प्रत्येक बिंदूचे निर्देशांक रेकॉर्ड करून केले जाते जसे की पोझिशनिंग आणि एक्सट्रूजन व्हॉल्यूम नियंत्रणासाठी इतर संबंधित अक्ष. परिणामी जी-कोड नंतर उत्पादन मशीनमध्ये हस्तांतरित केला जाऊ शकतो. या उदाहरणात, जी-कोड (आकृती 5) नुसार CEAD E25 एक्सट्रूडर नियंत्रित करण्यासाठी रेखीय रेल्वेवरील Comau NJ165 औद्योगिक रोबोट आर्म वापरला जातो. पहिल्या प्रोटोटाइपमध्ये 20% ग्लास फायबर सामग्रीसह पोस्ट-इंडस्ट्रियल PETG वापरला गेला. यांत्रिक चाचणीच्या दृष्टीने, लक्ष्य आकार बांधकाम उद्योगाच्या आकाराच्या जवळ आहे, म्हणून मुख्य घटकाची परिमाणे 6 × 4 हनीकॉम्ब पेशींसह 1983 × 876 मिमी आहेत. 6 मिमी आणि 2 मिमी उंच.
प्राथमिक चाचण्यांमधून असे दिसून आले आहे की चिकट आणि 3D प्रिंटिंग राळ यांच्या पृष्ठभागाच्या गुणधर्मांवर अवलंबून असलेल्या चिकट शक्तीमध्ये फरक आहे. हे करण्यासाठी, ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग चाचणी नमुने काचेवर चिकटलेले किंवा लॅमिनेटेड केले जातात आणि तणाव किंवा कातरणे अधीन असतात. मिलिंगद्वारे पॉलिमर पृष्ठभागाच्या प्राथमिक यांत्रिक प्रक्रियेदरम्यान, ताकद लक्षणीय वाढली (चित्र 6). याव्यतिरिक्त, ते कोरची सपाटता सुधारते आणि अति-उत्पादनामुळे होणारे दोष टाळते. येथे वापरलेले UV उपचार करण्यायोग्य LOCTITE® AA 3345™ [19] ऍक्रिलेट प्रक्रिया परिस्थितीसाठी संवेदनशील आहे.
याचा परिणाम अनेकदा बाँड चाचणी नमुन्यांसाठी उच्च मानक विचलनात होतो. ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगनंतर, कोर स्ट्रक्चर प्रोफाइल मिलिंग मशीनवर मिल्ड केले गेले. या ऑपरेशनसाठी आवश्यक असलेला G-कोड 3D प्रिंटिंग प्रक्रियेसाठी आधीच तयार केलेल्या टूलपॅथमधून स्वयंचलितपणे तयार केला जातो. कोर रचना अपेक्षित कोर उंचीपेक्षा किंचित जास्त मुद्रित करणे आवश्यक आहे. या उदाहरणात, 18 मिमी जाडीची कोर रचना 14 मिमी पर्यंत कमी केली गेली आहे.
उत्पादन प्रक्रियेचा हा भाग पूर्ण ऑटोमेशनसाठी एक मोठे आव्हान आहे. चिकटवता वापरल्याने मशीनच्या अचूकतेवर आणि अचूकतेवर जास्त मागणी असते. वायवीय डोसिंग सिस्टीमचा वापर कोर स्ट्रक्चरसह चिकटवता लागू करण्यासाठी केला जातो. परिभाषित साधन मार्गानुसार मिलिंग पृष्ठभागावर रोबोटद्वारे मार्गदर्शन केले जाते. असे दिसून आले की पारंपारिक डिस्पेंसिंग टीप ब्रशने बदलणे विशेषतः फायदेशीर आहे. हे कमी स्निग्धता चिकटवता खंडानुसार एकसमान वितरीत करण्यास अनुमती देते. ही रक्कम सिस्टीममधील दाब आणि रोबोटचा वेग यावरून ठरते. अधिक सुस्पष्टता आणि उच्च बाँडिंग गुणवत्तेसाठी, 200 ते 800 मिमी/मिनिट या कमी प्रवास गतीला प्राधान्य दिले जाते.
1500 mPa*s ची सरासरी स्निग्धता असलेले Acrylate 0.84 mm आतील व्यास आणि 0.3 ते 0.6 mbar च्या दाबाने 5 रुंदी असलेल्या ब्रशचा वापर करून पॉलिमर कोरच्या 6 मिमी रुंदीच्या भिंतीवर लावले गेले. मिमी त्यानंतर चिकट थराच्या पृष्ठभागावर पसरला जातो आणि पृष्ठभागावरील ताणामुळे 1 मिमी जाडीचा थर तयार होतो. चिकट जाडीचे अचूक निर्धारण अद्याप स्वयंचलित केले जाऊ शकत नाही. ॲडहेसिव्ह निवडण्यासाठी प्रक्रियेचा कालावधी हा एक महत्त्वाचा निकष आहे. येथे तयार केलेल्या कोर स्ट्रक्चरची ट्रॅक लांबी 26 मीटर आहे आणि म्हणून 30 ते 60 मिनिटांचा अर्ज वेळ आहे.
चिकटवल्यानंतर, दुहेरी-चकचकीत विंडो त्या जागी स्थापित करा. सामग्रीच्या कमी जाडीमुळे, पातळ काच आधीच त्याच्या स्वतःच्या वजनाने जोरदारपणे विकृत आहे आणि म्हणून शक्य तितक्या समान रीतीने स्थित असणे आवश्यक आहे. यासाठी, वायवीय काचेच्या सक्शन कपसह टाइम-डिस्पर्स्ड सक्शन कप वापरतात. हे क्रेन वापरून घटकावर ठेवले जाते आणि भविष्यात रोबोट वापरून थेट ठेवले जाऊ शकते. काचेच्या प्लेटला चिकट थरावर कोरच्या पृष्ठभागाच्या समांतर ठेवले होते. हलक्या वजनामुळे, अतिरिक्त काचेची प्लेट (4 ते 6 मिमी जाडी) त्यावर दबाव वाढवते.
परिणाम म्हणजे मूळ संरचनेच्या बाजूने काचेच्या पृष्ठभागाचे संपूर्ण ओले करणे, जसे की दृश्यमान रंगाच्या फरकांच्या सुरुवातीच्या दृश्य तपासणीवरून ठरवले जाऊ शकते. अर्ज प्रक्रियेचा अंतिम बंध जोडण्याच्या गुणवत्तेवर देखील लक्षणीय परिणाम होऊ शकतो. एकदा बॉन्ड झाल्यानंतर, काचेचे पटल हलवता कामा नये कारण यामुळे काचेवर दिसणारे चिकट अवशेष आणि वास्तविक चिकट थरामध्ये दोष निर्माण होतात. शेवटी, 365 nm च्या तरंगलांबीवर अतिनील किरणोत्सर्गाने चिकटून बरे केले जाते. हे करण्यासाठी, 6 mW/cm2 पॉवर डेन्सिटी असलेला UV दिवा हळूहळू संपूर्ण चिकट पृष्ठभागावर 60 s साठी पास केला जातो.
हलक्या वजनाच्या आणि सानुकूल करण्यायोग्य पातळ काचेच्या संमिश्र पॅनल्सची संकल्पना, ज्याची येथे चर्चा केली गेली आहे, ज्यामध्ये ॲडिटीव्हली फॅब्रिकेटेड पॉलिमर कोर आहे ते भविष्यातील दर्शनी भागांमध्ये वापरण्यासाठी आहे. अशा प्रकारे, संयुक्त पॅनेलने लागू मानकांचे पालन केले पाहिजे आणि सेवा मर्यादा राज्ये (SLS), अंतिम सामर्थ्य मर्यादा राज्ये (ULS) आणि सुरक्षितता आवश्यकता पूर्ण केल्या पाहिजेत. म्हणून, संमिश्र पटल सुरक्षित, मजबूत आणि भार (जसे की पृष्ठभागावरील भार) तुटल्याशिवाय किंवा जास्त विकृत न होता सहन करू शकतील इतके कडक असले पाहिजेत. पूर्वी तयार केलेल्या पातळ काचेच्या संमिश्र पॅनेलच्या यांत्रिक प्रतिसादाची तपासणी करण्यासाठी (मेकॅनिकल चाचणी विभागात वर्णन केल्याप्रमाणे), पुढील उपविभागात वर्णन केल्याप्रमाणे त्यांना पवन लोड चाचण्या केल्या गेल्या.
वाऱ्याच्या भाराखाली बाह्य भिंतींच्या संमिश्र पॅनेलच्या यांत्रिक गुणधर्मांचा अभ्यास करणे हा भौतिक चाचणीचा उद्देश आहे. यासाठी, हेन्केल लोकटाइट AA 3345 ॲडेसिव्ह (चित्र 7 डावीकडे) वापरून वर वर्णन केल्याप्रमाणे 3 मिमी जाड पूर्ण टेम्पर्ड ग्लास बाह्य शीट आणि 14 मिमी जाड ॲडिटीव्हली फॅब्रिकेटेड कोर (PIPG-GF20 मधून) असलेले संयुक्त पॅनेल तयार केले गेले. )). . संमिश्र पटल नंतर लाकडाच्या सपोर्ट फ्रेमला मेटल स्क्रूसह जोडले जातात जे लाकडाच्या फ्रेममधून आणि मुख्य संरचनेच्या बाजूंनी चालवले जातात. पॅनेलच्या परिमितीभोवती 30 स्क्रू ठेवण्यात आले होते (चित्र 7 मधील डावीकडील काळी रेषा पहा) परिमितीभोवती रेखीय समर्थन परिस्थिती शक्य तितक्या जवळून पुनरुत्पादित करण्यासाठी.
संमिश्र पॅनेलच्या मागे वारा दाब किंवा वारा सक्शन लागू करून चाचणी फ्रेम बाहेरील चाचणी भिंतीवर सील केली गेली (आकृती 7, वर उजवीकडे). डेटा रेकॉर्ड करण्यासाठी डिजिटल सहसंबंध प्रणाली (DIC) वापरली जाते. हे करण्यासाठी, कंपोझिट पॅनेलची बाहेरील काच पातळ लवचिक शीटने झाकलेली असते ज्यावर मोत्याच्या नॉइज पॅटर्नसह मुद्रित केले जाते (चित्र 7, तळाशी उजवीकडे). संपूर्ण काचेच्या पृष्ठभागावरील सर्व मापन बिंदूंची सापेक्ष स्थिती रेकॉर्ड करण्यासाठी DIC दोन कॅमेरे वापरते. प्रति सेकंद दोन प्रतिमा रेकॉर्ड केल्या गेल्या आणि मूल्यांकनासाठी वापरल्या गेल्या. संमिश्र पटलांनी वेढलेल्या चेंबरमधील दाब पंख्याद्वारे 1000 Pa वाढीमध्ये कमाल 4000 Pa पर्यंत वाढविला जातो, ज्यामुळे प्रत्येक लोड पातळी 10 सेकंदांसाठी राखली जाते.
प्रयोगाचा भौतिक सेटअप समान भौमितिक परिमाणांसह संख्यात्मक मॉडेलद्वारे देखील दर्शविला जातो. यासाठी Ansys Mechanical हा अंकीय कार्यक्रम वापरला जातो. मुख्य रचना काचेसाठी 20 मिमी बाजूंसह सॉलिड 185 षटकोनी घटक आणि 3 मिमी बाजूंसह सॉलिड 187 टेट्राहेड्रल घटक वापरून भौमितिक जाळी होती. मॉडेलिंग सोपी करण्यासाठी, अभ्यासाच्या या टप्प्यावर, येथे असे गृहीत धरले जाते की वापरलेले ऍक्रिलेट आदर्शपणे कठोर आणि पातळ आहे आणि काच आणि मुख्य सामग्रीमधील कठोर बंधन म्हणून परिभाषित केले आहे.
संमिश्र पॅनेल कोरच्या बाहेर एका सरळ रेषेत निश्चित केले जातात, आणि काचेच्या पॅनेलवर 4000 Pa च्या पृष्ठभागावरील दाबाचा भार असतो. जरी मॉडेलिंगमध्ये भौमितिक नॉनलाइनरिटी विचारात घेतल्या गेल्या होत्या, परंतु या टप्प्यावर फक्त रेखीय सामग्रीचे मॉडेल वापरले गेले. अभ्यास काचेच्या (E = 70,000 MPa) रेखीय लवचिक प्रतिसादासाठी हे एक वैध गृहितक असले तरी, (व्हिस्कोइलास्टिक) पॉलिमरिक कोर मटेरियल [१७] च्या निर्मात्याच्या डेटा शीटनुसार, रेखीय कडकपणा E = 8245 MPa वापरला गेला. वर्तमान विश्लेषणाचा कठोरपणे विचार केला पाहिजे आणि भविष्यातील संशोधनात त्याचा अभ्यास केला जाईल.
येथे सादर केलेल्या परिणामांचे मूल्यमापन प्रामुख्याने 4000 Pa (=4kN/m2) पर्यंत जास्तीत जास्त वाऱ्याच्या भारावरील विकृतीसाठी केले जाते. यासाठी, डीआयसी पद्धतीद्वारे रेकॉर्ड केलेल्या प्रतिमांची संख्यात्मक अनुकरण (एफईएम) (चित्र 8, तळाशी उजवीकडे) च्या परिणामांशी तुलना केली गेली. FEM मध्ये "आदर्श" रेखीय समर्थनांसह 0 मिमीचा आदर्श एकूण ताण (म्हणजे, पॅनेल परिमिती) FEM मध्ये मोजला जात असताना, DIC चे मूल्यमापन करताना किनारी प्रदेशाचे भौतिक विस्थापन लक्षात घेतले पाहिजे. हे इंस्टॉलेशन सहनशीलता आणि चाचणी फ्रेम आणि त्याच्या सीलच्या विकृतीमुळे आहे. तुलनेसाठी, किनारी प्रदेशातील सरासरी विस्थापन (चित्र 8 मधील पांढरी रेषा) पॅनेलच्या मध्यभागी असलेल्या कमाल विस्थापनातून वजा केले गेले. DIC आणि FEA द्वारे निर्धारित विस्थापनांची तुलना तक्ता 1 मध्ये केली आहे आणि चित्र 8 च्या वरच्या डाव्या कोपर्यात ग्राफिकरित्या दर्शविली आहे.
प्रायोगिक मॉडेलचे चार लागू लोड स्तर मूल्यमापनासाठी नियंत्रण बिंदू म्हणून वापरले गेले आणि FEM मध्ये मूल्यांकन केले गेले. अनलोड केलेल्या अवस्थेतील संमिश्र प्लेटचे कमाल मध्यवर्ती विस्थापन 2.18 मिमी वर 4000 Pa च्या लोड स्तरावर DIC मापनांद्वारे निर्धारित केले गेले. कमी भारांवर (2000 Pa पर्यंत) FEA विस्थापन अद्यापही प्रायोगिक मूल्ये अचूकपणे पुनरुत्पादित करू शकतात, परंतु उच्च भारांवर ताणामध्ये नॉन-रेखीय वाढ अचूकपणे मोजली जाऊ शकत नाही.
तथापि, अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की संमिश्र पॅनेल वाऱ्याच्या तीव्र भारांना तोंड देऊ शकतात. लाइटवेट पॅनेल्सची उच्च कडकपणा विशेषतः बाहेर दिसते. किर्चहॉफ प्लेट्स [२०] च्या रेखीय सिद्धांतावर आधारित विश्लेषणात्मक गणनांचा वापर करून, 4000 Pa वर 2.18 मिमी विकृती समान सीमा परिस्थितीत 12 मिमी जाडीच्या एका ग्लास प्लेटच्या विकृतीशी संबंधित आहे. परिणामी, या संमिश्र पॅनेलमधील काचेची जाडी (जे उत्पादनामध्ये ऊर्जा केंद्रित आहे) 2 x 3 मिमी काचेपर्यंत कमी केले जाऊ शकते, परिणामी सामग्रीची 50% बचत होते. पॅनेलचे एकूण वजन कमी करणे असेंबलीच्या दृष्टीने अतिरिक्त फायदे प्रदान करते. 30 किलोग्रॅमचे कंपोझिट पॅनल दोन लोक सहजपणे हाताळू शकतात, तर पारंपारिक 50 किलोग्रॅमच्या काचेच्या पॅनेलला सुरक्षितपणे हलवण्यासाठी तांत्रिक सहाय्य आवश्यक आहे. यांत्रिक वर्तनाचे अचूक प्रतिनिधित्व करण्यासाठी, भविष्यातील अभ्यासामध्ये अधिक तपशीलवार संख्यात्मक मॉडेल आवश्यक असतील. पॉलिमर आणि ॲडहेसिव्ह बाँड मॉडेलिंगसाठी अधिक विस्तृत नॉनलाइनर मटेरियल मॉडेलसह मर्यादित घटक विश्लेषण आणखी वाढवले ​​जाऊ शकते.
बांधकाम उद्योगातील आर्थिक आणि पर्यावरणीय कामगिरी सुधारण्यात डिजिटल प्रक्रियांचा विकास आणि सुधारणा ही महत्त्वाची भूमिका बजावते. याव्यतिरिक्त, दर्शनी भागात पातळ काचेचा वापर ऊर्जा आणि संसाधन बचतीचे वचन देतो आणि आर्किटेक्चरसाठी नवीन शक्यता उघडतो. तथापि, काचेच्या लहान जाडीमुळे, काचेला पुरेसे मजबुत करण्यासाठी नवीन डिझाइन सोल्यूशन्स आवश्यक आहेत. म्हणून, या लेखात सादर केलेला अभ्यास पातळ काच आणि बॉन्डेड प्रबलित 3D मुद्रित पॉलिमर कोर स्ट्रक्चर्सपासून बनवलेल्या संमिश्र पॅनेलची संकल्पना एक्सप्लोर करतो. डिझाइनपासून उत्पादनापर्यंतची संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया डिजिटल आणि स्वयंचलित केली गेली आहे. ग्रासॉपरच्या मदतीने, भविष्यातील दर्शनी भागात पातळ काचेच्या संमिश्र पॅनेलचा वापर सक्षम करण्यासाठी फाईल-टू-फॅक्टरी वर्कफ्लो विकसित करण्यात आला.
पहिल्या प्रोटोटाइपच्या उत्पादनाने रोबोटिक उत्पादनाची व्यवहार्यता आणि आव्हाने दर्शविली. additive आणि subtractive मॅन्युफॅक्चरिंग आधीच चांगल्या प्रकारे एकत्रित केलेले असताना, पूर्णपणे स्वयंचलित ॲडहेसिव्ह ॲप्लिकेशन आणि असेंबली विशेषतः भविष्यातील संशोधनात संबोधित करण्यासाठी अतिरिक्त आव्हाने उपस्थित करतात. प्राथमिक यांत्रिक चाचणी आणि संबंधित मर्यादित घटक संशोधन मॉडेलिंगद्वारे, हे दर्शविले गेले आहे की हलके आणि पातळ फायबरग्लास पॅनेल त्यांच्या इच्छित दर्शनी ऍप्लिकेशन्ससाठी पुरेसा वाकलेला कडकपणा प्रदान करतात, अगदी वाऱ्याच्या भाराच्या परिस्थितीतही. लेखकांचे चालू असलेले संशोधन दर्शनी ऍप्लिकेशन्ससाठी डिजिटली बनावटीच्या पातळ काचेच्या संमिश्र पॅनेलच्या संभाव्यतेचा शोध घेईल आणि त्यांची प्रभावीता दर्शवेल.
या संशोधन कार्याशी संबंधित सर्व समर्थकांचे लेखक आभार मानू इच्छितात. एक्सट्रूडर आणि मिलिंग डिव्हाइससह मॅनिपुलेटरच्या खरेदीसाठी आर्थिक संसाधने प्रदान करण्यासाठी अनुदान क्रमांकाच्या स्वरूपात युरोपियन युनियनच्या निधीतून निधी प्राप्त झालेल्या EFRE SAB निधी कार्यक्रमाबद्दल धन्यवाद. 100537005. या व्यतिरिक्त, AiF-ZIM ला Glaswerkstätten Glas Ahne च्या सहकार्याने Glasfur3D संशोधन प्रकल्पासाठी (अनुदान क्रमांक ZF4123725WZ9) निधी देण्यासाठी मान्यता मिळाली, ज्याने या संशोधन कार्यासाठी महत्त्वपूर्ण समर्थन प्रदान केले. शेवटी, फ्रेडरिक सीमेन्स प्रयोगशाळा आणि त्याचे सहयोगी, विशेषत: फेलिक्स हेगेवाल्ड आणि विद्यार्थी सहाय्यक जोनाथन होल्झर, या पेपरसाठी आधारभूत बनावट आणि भौतिक चाचणीच्या तांत्रिक समर्थनाची आणि अंमलबजावणीची कबुली देतात.