Дижитал аргаар үйлдвэрлэсэн нимгэн шилэн нийлмэл фасад хавтангийн загварууд

Нимгэн шил ашиглах нь барилгын салбарт янз бүрийн даалгавруудыг биелүүлэх амлалт өгдөг. Нөөцийг илүү үр ашигтай ашиглах нь байгаль орчинд үзүүлэх ашиг тусаас гадна архитекторууд дизайны эрх чөлөөний шинэ түвшинд хүрэхийн тулд нимгэн шилийг ашиглаж болно. Сэндвичний онол дээр үндэслэн уян хатан нимгэн шилийг 3D хэвлэсэн задгай эсийн полимер цөмтэй хослуулан маш хатуу, хөнгөн жинтэй болгох боломжтой. нийлмэл элементүүд. Энэхүү нийтлэлд үйлдвэрлэлийн робот ашиглан нимгэн шилэн нийлмэл фасадны хавтанг дижитал үйлдвэрлэх эрэл хайгуулын оролдлогыг танилцуулж байна. Энэ нь компьютерийн тусламжтай дизайн (CAD), инженерчлэл (CAE), үйлдвэрлэл (CAM) зэрэг үйлдвэрээс үйлдвэр хүртэлх ажлын урсгалыг дижитал болгох тухай ойлголтыг тайлбарладаг. Энэхүү судалгаа нь тоон шинжилгээний хэрэгслүүдийг саадгүй нэгтгэх боломжийг олгодог параметрийн дизайны процессыг харуулж байна.
Нэмж дурдахад энэхүү үйл явц нь нимгэн шилэн нийлмэл хавтанг дижитал аргаар үйлдвэрлэх боломж, сорилтуудыг харуулж байна. Том форматтай нэмэлт бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх, гадаргууг боловсруулах, наах, угсрах зэрэг үйлдвэрлэлийн роботын гарны үйлдвэрлэлийн зарим үе шатыг энд тайлбарласан болно. Эцэст нь туршилтын болон тоон судалгаа, гадаргуугийн ачаалал дор нийлмэл хавтангийн механик шинж чанарыг үнэлэх замаар анх удаа нийлмэл хавтангийн механик шинж чанарын талаар гүнзгий ойлголттой болсон. Дижитал дизайн, үйлдвэрлэлийн ажлын урсгалын ерөнхий ойлголт, туршилтын судалгааны үр дүн нь хэлбэр дүрсийг тодорхойлох, дүн шинжилгээ хийх аргуудыг цаашид нэгтгэх, цаашдын судалгаанд өргөн хүрээтэй механик судалгаа хийх үндэслэл болдог.
Дижитал үйлдвэрлэлийн аргууд нь уламжлалт аргыг өөрчлөх, дизайны шинэ боломжуудыг бий болгох замаар үйлдвэрлэлийг сайжруулах боломжийг бидэнд олгодог [1]. Барилгын уламжлалт аргууд нь өртөг, үндсэн геометр, аюулгүй байдлын хувьд материалыг хэт их ашиглах хандлагатай байдаг. Барилгын ажлыг үйлдвэрүүдэд шилжүүлж, модульчлагдсан угсармал, робот техникийг ашиглан дизайны шинэ аргыг хэрэгжүүлснээр материалыг аюулгүй байдлыг алдагдуулахгүйгээр үр ашигтай ашиглах боломжтой болно. Дижитал үйлдвэрлэл нь илүү олон төрлийн, үр ашигтай, амбицтай геометрийн хэлбэрийг бий болгохын тулд дизайны төсөөллийг өргөжүүлэх боломжийг бидэнд олгодог. Зураг төсөл боловсруулах, тооцоолох үйл явц нь үндсэндээ дижитал хэлбэрт шилжсэн ч үйлдвэрлэл, угсралт нь уламжлалт аргаар гар аргаар хийгдсэн хэвээр байна. Илүү төвөгтэй чөлөөт хэлбэрийн бүтцийг даван туулахын тулд дижитал үйлдвэрлэлийн процесс улам бүр чухал болж байна. Эрх чөлөөний хүсэл эрмэлзэл, дизайны уян хатан байдал, ялангуяа фасадны хувьд тогтвортой өсч байна. Чөлөөт хэлбэрийн фасадууд нь харааны эффектээс гадна илүү үр дүнтэй бүтцийг бий болгох боломжийг олгодог, жишээлбэл, мембран эффектийг ашиглах замаар [2]. Нэмж дурдахад дижитал үйлдвэрлэлийн үйл явцын асар их боломж нь тэдгээрийн үр ашиг, дизайныг оновчтой болгох боломжид оршдог.
Энэхүү нийтлэлд дижитал технологийг нэмэлтээр үйлдвэрлэсэн полимер цөм, гадна талын нимгэн шилэн хавтангаас бүрдэх шинэлэг нийлмэл фасадны хавтанг зохион бүтээх, үйлдвэрлэхэд хэрхэн ашиглаж болохыг судлах болно. Нимгэн шил ашиглахтай холбоотой архитектурын шинэ боломжуудаас гадна байгаль орчин, эдийн засгийн шалгуурууд нь барилгын бүрхүүлийг барихад бага материал ашиглахад чухал түлхэц болсон. Уур амьсгалын өөрчлөлт, нөөцийн хомсдол, ирээдүйд эрчим хүчний үнэ өсч байгаа энэ үед шилийг илүү ухаалаг ашиглах ёстой. Электроникийн үйлдвэрээс 2 мм-ээс бага зузаантай нимгэн шилийг ашиглах нь фасадыг хөнгөн болгож, түүхий эд материалын хэрэглээг бууруулдаг.
Нимгэн шилний уян хатан чанар өндөр учир архитектурын хэрэглээнд шинэ боломжуудыг нээж өгөхийн зэрэгцээ инженерийн шинэ сорилтуудыг бий болгодог [3,4,5,6]. Нимгэн шил ашиглан фасадны төслүүдийн хэрэгжилт хязгаарлагдмал байгаа хэдий ч нимгэн шилийг барилгын инженерчлэл, архитектурын судалгаанд улам бүр ашиглаж байна. Нимгэн шил нь уян харимхай хэв гажилтын өндөр чадвартай тул фасадыг ашиглахад хүчитгэсэн бүтцийн шийдлийг шаарддаг [7]. Муруй геометрийн [8] улмаас мембраны эффектийг ашиглахаас гадна полимер цөм болон наасан нимгэн шилэн гаднах хуудаснаас бүрдсэн олон давхаргат бүтэц нь инерцийн моментийг нэмэгдүүлэх боломжтой. Энэ арга нь шилнээс бага нягттай хатуу тунгалаг поликарбонат цөмийг ашигласнаар амлалтаа харуулсан. Эерэг механик нөлөөллөөс гадна аюулгүй байдлын нэмэлт шалгуурыг хангасан [9].
Дараах судалгааны арга нь ижил үзэл баримтлал дээр суурилдаг боловч нэмэлтээр бүтээгдсэн нээлттэй нүхтэй тунгалаг цөмийг ашигладаг. Энэ нь илүү өндөр геометрийн эрх чөлөө, дизайны боломжуудыг баталгаажуулж, барилгын физик функцийг нэгтгэх боломжийг олгодог [10]. Ийм нийлмэл хавтангууд нь ялангуяа механик туршилтанд [11] үр дүнтэй болох нь батлагдсан бөгөөд ашигласан шилний хэмжээг 80% хүртэл бууруулах амлалт өгч байна. Энэ нь зөвхөн шаардагдах нөөцийг багасгахаас гадна хавтангийн жинг мэдэгдэхүйц бууруулж, улмаар дэд бүтцийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх болно. Харин барилгын шинэ хэлбэр нь үйлдвэрлэлийн шинэ хэлбэрийг шаарддаг. Үр ашигтай бүтэц нь үр ашигтай үйлдвэрлэлийн процессыг шаарддаг. Дижитал дизайн нь дижитал үйлдвэрлэлд хувь нэмэр оруулдаг. Энэхүү нийтлэлд үйлдвэрлэлийн роботуудад зориулсан нимгэн шилэн нийлмэл хавтангийн дижитал үйлдвэрлэлийн процессын судалгааг толилуулж, зохиогчийн өмнөх судалгааг үргэлжлүүлж байна. Үйлдвэрлэлийн процессын автоматжуулалтыг нэмэгдүүлэхийн тулд анхны том форматтай прототипүүдийг файлаас үйлдвэр рүү шилжүүлэх ажлын урсгалыг дижитал болгоход гол анхаарлаа хандуулж байна.
Нийлмэл хавтан (Зураг 1) нь AM полимер цөмд ороосон хоёр нимгэн шилэн давхаргаас бүрдэнэ. Хоёр хэсэг нь цавуугаар холбогдсон байна. Энэхүү дизайны зорилго нь бүх хэсэгт ачааллыг аль болох үр ашигтай хуваарилах явдал юм. Гулзайлтын момент нь бүрхүүлийн хэвийн стрессийг үүсгэдэг. Хажуугийн хүч нь гол ба наалдамхай холбоосын зүслэгийг үүсгэдэг.
Сэндвичний бүтцийн гаднах давхарга нь нимгэн шилээр хийгдсэн байдаг. Зарчмын хувьд сод-шохойн силикат шилийг ашиглана. Зорилтот зузаан нь 2 мм-ээс бага бол дулааны хэмжилтийн процесс нь одоогийн технологийн хязгаарт хүрдэг. Химийн аргаар бэхжүүлсэн алюминосиликат шилийг дизайн (жишээ нь, хүйтэн атираат хавтан) эсвэл ашиглах [12] зэргээс шалтгаалан өндөр бат бэх шаардлагатай бол илүү тохиромжтой гэж үзэж болно. Гэрлийн дамжуулалт, байгаль орчныг хамгаалах функцууд нь нийлмэл материалд хэрэглэгддэг бусад материалуудтай харьцуулахад зураасны сайн эсэргүүцэл, харьцангуй өндөр Young модуль зэрэг сайн механик шинж чанаруудаар нэмэгдэнэ. Химийн аргаар хатууруулсан нимгэн шилний хэмжээ хязгаарлагдмал тул анхны том хэмжээний загварыг бүтээхэд бүрэн зөөлрүүлсэн 3 мм зузаантай сод шохойн шилээр хийсэн хавтанг ашигласан.
Дэмжих бүтэц нь нийлмэл хавтангийн хэлбэртэй хэсэг гэж тооцогддог. Бараг бүх шинж чанарууд үүнд нөлөөлдөг. Нэмэлт үйлдвэрлэлийн аргын ачаар энэ нь дижитал үйлдвэрлэлийн үйл явцын төв юм. Термопластикыг хайлуулах замаар боловсруулдаг. Энэ нь тодорхой хэрэглээнд зориулж олон тооны өөр өөр полимер ашиглах боломжтой болгодог. Үндсэн элементүүдийн топологийг функцээс хамааран өөр өөр онцлон тэмдэглэж болно. Энэ зорилгоор хэлбэрийн дизайныг бүтцийн дизайн, функциональ дизайн, гоо зүйн дизайн, үйлдвэрлэлийн дизайн гэсэн дөрвөн дизайны ангилалд хувааж болно. Ангилал бүр өөр өөр зорилготой байж болох бөгөөд энэ нь өөр өөр топологи үүсгэдэг.
Урьдчилсан судалгааны явцад зарим үндсэн загваруудын загварт тохирсон эсэхийг шалгасан [11]. Механик талаас нь авч үзвэл, гироскопын гурван хугацааны хамгийн бага үндсэн гадаргуу нь онцгой үр дүнтэй байдаг. Энэ нь харьцангуй бага материалын зарцуулалтаар гулзайлтын өндөр механик эсэргүүцлийг хангадаг. Гадаргуугийн бүсэд нөхөн үржихүйн үндсэн эсийн бүтцээс гадна топологийг хэлбэрийг олох бусад аргуудаар үүсгэж болно. Стресс шугам үүсгэх нь хамгийн бага жинтэй үед хөшүүн байдлыг оновчтой болгох боломжит аргуудын нэг юм [13]. Гэсэн хэдий ч сэндвичэн барилгад өргөн хэрэглэгддэг зөгийн сархинаг бүтэц нь үйлдвэрлэлийн шугамыг хөгжүүлэх эхлэлийн цэг болсон. Энэхүү үндсэн хэлбэр нь үйлдвэрлэлийн хурдацтай ахиц дэвшилд хүргэдэг, ялангуяа багажийн замыг хялбархан програмчлах замаар. Түүний нийлмэл хавтан дээрх зан төлөвийг сайтар судалсан [14, 15, 16] бөгөөд гадаад төрхийг параметржүүлэх замаар олон янзаар өөрчлөх боломжтой бөгөөд мөн анхны оновчлолын үзэл баримтлалд ашиглаж болно.
Ашигласан шахмал процессоос хамааран полимерийг сонгохдоо олон тооны термопластик полимерүүдийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Жижиг хэмжээний материалын анхны урьдчилсан судалгаагаар фасадыг ашиглахад тохиромжтой гэж үзсэн полимерүүдийн тоог бууруулсан [11]. Поликарбонат (PC) нь халуунд тэсвэртэй, хэт ягаан туяанд тэсвэртэй, өндөр хатуулагтай учраас ирээдүйтэй юм. Поликарбонатыг боловсруулахад техникийн болон санхүүгийн нэмэлт хөрөнгө оруулалт шаардлагатай байсан тул этилен гликолоор өөрчлөгдсөн полиэтилен терефталатыг (PETG) анхны загваруудыг үйлдвэрлэхэд ашигласан. Энэ нь дулааны стресс, эд ангиудын хэв гажилтын эрсдэл багатай харьцангуй бага температурт боловсруулахад хялбар байдаг. Энд үзүүлсэн загвар нь PIPG хэмээх дахин боловсруулсан PETG-ээр хийгдсэн. Материалыг 60 градусын температурт дор хаяж 4 цагийн турш хатааж, 20% -ийн шилэн эслэг агуулсан мөхлөгт боловсруулав [17].
Цавуу нь полимер үндсэн бүтэц болон нимгэн шилэн тагны хооронд хүчтэй холбоог хангадаг. Нийлмэл хавтан нь гулзайлтын ачаалалд өртөх үед наалдамхай холбоосууд нь зүсэлтийн ачаалалд өртдөг. Тиймээс илүү хатуу наалдамхай бодисыг илүүд үздэг бөгөөд хазайлтыг багасгадаг. Тунгалаг наалдамхай бодис нь тунгалаг шилэнд наалдсан үед өндөр харагдах байдлыг хангахад тусалдаг. Цавууг сонгохдоо өөр нэг чухал хүчин зүйл бол үйлдвэрлэх чадвар, автоматжуулсан үйлдвэрлэлийн процесст нэгтгэх явдал юм. Энд уян хатан хатах хугацаа бүхий хэт ягаан туяагаар хатах цавуу нь бүрээсийн давхаргын байрлалыг ихээхэн хялбаршуулж чадна. Урьдчилсан туршилтын үндсэн дээр хэд хэдэн цавууг нимгэн шилэн нийлмэл хавтанд тохирох эсэхийг шалгасан [18]. Loctite® AA 3345™ хэт ягаан туяагаар эдгээдэг акрилат [19] нь дараах процесст онцгой тохиромжтой болох нь батлагдсан.
Нэмэлт үйлдвэрлэх боломж, нимгэн шилний уян хатан чанарыг ашиглахын тулд бүх процессыг дижитал болон параметрийн аргаар ажиллахаар зохион бүтээсэн. Царцаа нь өөр өөр програмуудын хоорондын интерфейсээс зайлсхийж, визуал програмчлалын интерфейс болгон ашигладаг. Бүх салбарууд (инженер, инженерчлэл, үйлдвэрлэл) нь операторын шууд санал хүсэлтийн дагуу нэг файлд бие биенээ дэмжиж, нөхөх болно. Судалгааны энэ үе шатанд ажлын урсгал нь боловсруулалтын шатандаа байгаа бөгөөд Зураг 2-т үзүүлсэн хэв маягийн дагуу явагдана. Төрөл бүрийн зорилтуудыг салбаруудын хүрээнд ангилж болно.
Энэхүү нийтлэл дэх сэндвич хавтангийн үйлдвэрлэл нь хэрэглэгчдэд төвлөрсөн дизайн, үйлдвэрлэлийн бэлтгэлийн тусламжтайгаар автоматжуулсан боловч инженерийн багаж хэрэгслийг нэгтгэх, баталгаажуулах ажлыг бүрэн хэрэгжүүлээгүй байна. Гадна чимэглэлийн геометрийн параметрийн загвар дээр үндэслэн барилгын гаднах бүрхүүлийг макро түвшинд (фасад) болон мезо (фасад хавтан) хийх боломжтой. Хоёрдахь үе шатанд инженерийн санал хүсэлтийн гогцоо нь хөшигний ханыг бүтээх аюулгүй байдал, тохиромжтой байдал, амьдрах чадварыг үнэлэх зорилготой юм. Эцэст нь, үүссэн хавтангууд нь дижитал үйлдвэрлэлд бэлэн болсон байна. Хөтөлбөр нь боловсруулсан үндсэн бүтцийг машинд уншигдах G-кодоор боловсруулж, нэмэлт үйлдвэрлэл, хасалтын дараах боловсруулалт, шилэн холбоход бэлтгэдэг.
Загварын үйл явцыг хоёр өөр түвшинд авч үздэг. Фасадны макро хэлбэр нь нийлмэл хавтан бүрийн геометрт нөлөөлдөгөөс гадна голын топологийг өөрөө мезо түвшинд боловсруулж болно. Параметрт фасадны загварыг ашиглах үед зураг 3-т үзүүлсэн гулсуурыг ашиглан фасадны жишээн хэсгүүдийн хэлбэр, гадаад төрх байдалд нөлөөлж болно. Иймээс нийт гадаргуу нь хэрэглэгчийн тодорхойлсон масштабтай гадаргуугаас бүрдэх бөгөөд цэгийн татагчийг ашиглан хэв гажилт хийж, өөрчлөх боломжтой. хэв гажилтын хамгийн бага ба дээд хэмжээг зааж өгөх. Энэ нь барилгын дугтуйны дизайн хийхэд өндөр уян хатан байдлыг хангадаг. Гэсэн хэдий ч энэхүү эрх чөлөөний зэрэг нь техникийн болон үйлдвэрлэлийн хязгаарлалтаар хязгаарлагддаг бөгөөд дараа нь инженерийн хэсэг дэх алгоритмуудаар тоглуулдаг.
Бүх фасадын өндөр, өргөнөөс гадна фасадны хавтангийн хуваагдлыг тодорхойлно. Тусдаа фасадны хавтангийн хувьд тэдгээрийг мезо түвшинд илүү нарийн тодорхойлж болно. Энэ нь үндсэн бүтцийн топологи, шилний зузаан зэрэгт нөлөөлдөг. Эдгээр хоёр хувьсагч, түүнчлэн самбарын хэмжээ нь механик инженерийн загварчлалтай чухал хамааралтай байдаг. Бүхэл бүтэн макро болон мезо түвшний дизайн, боловсруулалтыг бүтэц, үйл ажиллагаа, гоо зүй, бүтээгдэхүүний дизайны дөрвөн ангилалд оновчтой болгох үүднээс хийж болно. Хэрэглэгчид эдгээр хэсгүүдийг эрэмбэлэх замаар барилгын дугтуйны ерөнхий дүр төрхийг бий болгож чадна.
Төслийг инженерийн хэсэг нь санал хүсэлтийн гогцоо ашиглан дэмждэг. Үүний тулд зорилго, хилийн нөхцлүүдийг 2-р зурагт үзүүлсэн оновчлолын ангилалд тодорхойлсон.Тэдгээр нь инженерийн үүднээс авч үзвэл техникийн хувьд боломжтой, физикийн хувьд найдвартай, аюулгүй коридороор хангадаг бөгөөд энэ нь зураг төсөл боловсруулахад чухал нөлөө үзүүлдэг. Энэ нь царцаа руу шууд нэгтгэж болох янз бүрийн хэрэгслүүдийн эхлэлийн цэг юм. Цаашдын судалгаанд механик шинж чанарыг Төгсгөлийн элементүүдийн шинжилгээ (FEM) эсвэл бүр аналитик тооцоолол ашиглан үнэлж болно.
Нэмж дурдахад, нарны цацрагийн судалгаа, харааны шугамын шинжилгээ, нарны үргэлжлэх хугацааны загварчлал зэрэг нь нийлмэл хавтангийн барилгын физикт үзүүлэх нөлөөг үнэлэх боломжтой. Зураг төслийн үйл явцын хурд, үр ашиг, уян хатан байдлыг хэт хязгаарлахгүй байх нь чухал юм. Иймээс эндээс олж авсан үр дүн нь дизайны үйл явцад нэмэлт удирдамж, дэмжлэг үзүүлэх зорилготой бөгөөд дизайны үйл явцын төгсгөлд нарийвчилсан дүн шинжилгээ, үндэслэлийг орлохгүй. Энэхүү стратеги төлөвлөгөө нь батлагдсан үр дүнд хүрэхийн тулд цаашдын судалгаа шинжилгээний үндэс суурийг тавьдаг. Жишээлбэл, янз бүрийн ачаалал, дэмжлэгийн нөхцөлд нийлмэл хавтангийн механик үйл ажиллагааны талаар бараг л мэддэггүй.
Дизайн, инженерийн ажил дууссаны дараа загвар нь дижитал үйлдвэрлэлд бэлэн болно. Үйлдвэрлэлийн процессыг дөрвөн дэд үе шатанд хуваадаг (Зураг 4). Нэгдүгээрт, үндсэн бүтцийг том хэмжээний робот 3D хэвлэх байгууламж ашиглан нэмэлтээр хийсэн. Дараа нь гадаргууг сайн холбоход шаардагдах гадаргуугийн чанарыг сайжруулахын тулд ижил робот системийг ашиглан тээрэмддэг. Тээрэмдсэний дараа цавууг хэвлэх, тээрэмдэх процесст ашигладаг ижил робот систем дээр суурилуулсан тусгайлан боловсруулсан тунгийн системийг ашиглан үндсэн бүтцийн дагуу хэрэглэнэ. Эцэст нь шилийг суурилуулж, холбосон холбоосыг хэт ягаан туяагаар хатууруулахаас өмнө тавьдаг.
Нэмэлт үйлдвэрлэлийн хувьд үндсэн бүтцийн тодорхойлсон топологийг CNC машины хэл рүү (GCode) орчуулах шаардлагатай. Нэг төрлийн, өндөр чанартай үр дүнд хүрэхийн тулд экструдерын цорго унахгүйгээр давхарга бүрийг хэвлэх зорилготой. Энэ нь хөдөлгөөний эхэн ба төгсгөлд хүсээгүй хэт даралтаас сэргийлнэ. Тиймээс хэрэглэж буй эсийн хэв маягт зориулж тасралтгүй траектор үүсгэх скриптийг бичсэн. Энэ нь ижил эхлэл болон төгсгөлийн цэгүүд бүхий параметрийн тасралтгүй полилиныг үүсгэх бөгөөд энэ нь дизайны дагуу сонгосон самбарын хэмжээ, зөгийн сархинагуудын тоо, хэмжээтэй нийцдэг. Үүнээс гадна шугамын өргөн, шугамын өндөр зэрэг параметрүүдийг шугам тавихаас өмнө үндсэн бүтцийн хүссэн өндрийг хүрэхийн тулд зааж өгч болно. Скриптийн дараагийн алхам бол G-кодын командуудыг бичих явдал юм.
Энэ нь шугаман дээрх цэг бүрийн координатыг байрлуулах, шахах эзэлхүүнийг хянах бусад холбогдох тэнхлэгүүд гэх мэт машины нэмэлт мэдээлэл бүхий тэмдэглэснээр хийгддэг. Үүний үр дүнд G-код нь үйлдвэрлэлийн машин руу шилжиж болно. Энэ жишээнд шугаман төмөр зам дээрх Comau NJ165 үйлдвэрийн роботын гарыг G-кодын дагуу CEAD E25 экструдерийг удирдахад ашиглаж байна (Зураг 5). Эхний загвар нь 20% шилэн шилэн агууламжтай үйлдвэрлэлийн дараах үеийн PETG ашигласан. Механик туршилтын хувьд зорилтот хэмжээ нь барилгын үйлдвэрлэлийн хэмжээтэй ойролцоо байдаг тул үндсэн элементийн хэмжээсүүд нь 6 × 4 зөгийн сархинагаас бүрдсэн үүртэй 1983 × 876 мм байна. 6 мм ба 2 мм өндөр.
Урьдчилсан туршилтаар наалдамхай болон 3D хэвлэх давирхайн гадаргуугийн шинж чанараас хамааран наалдамхай бат бэхийн ялгаа байгааг харуулсан. Үүнийг хийхийн тулд нэмэлт үйлдвэрлэлийн туршилтын дээжийг шилэнд нааж эсвэл давхарлаж, хурцадмал эсвэл зүслэгт оруулдаг. Полимер гадаргууг тээрэмдэх замаар урьдчилсан механик боловсруулалтын явцад хүч чадал ихээхэн нэмэгдсэн (Зураг 6). Үүнээс гадна, энэ нь голын тэгш байдлыг сайжруулж, хэт шахалтын улмаас үүссэн согогоос сэргийлдэг. Энд ашигласан хэт ягаан туяанд тэсвэртэй LOCTITE® AA 3345™ [19] акрилат нь боловсруулалтын нөхцөлд мэдрэмтгий байдаг.
Энэ нь ихэвчлэн бондын туршилтын дээжийн стандарт хазайлтад хүргэдэг. Нэмэлт үйлдвэрлэсний дараа үндсэн бүтцийг профиль тээрэмдэх машин дээр тээрэмдсэн. Энэ үйлдэлд шаардагдах G-код нь 3D хэвлэх процесст аль хэдийн үүсгэсэн багажны замуудаас автоматаар үүсгэгддэг. Цөмийн бүтцийг төлөвлөсөн гол өндрөөс арай өндөр хэвлэх шаардлагатай. Энэ жишээнд 18 мм-ийн зузаантай голын бүтцийг 14 мм болгон багасгасан.
Үйлдвэрлэлийн энэ хэсэг нь бүрэн автоматжуулалтын хувьд томоохон сорилт юм. Цавууг ашиглах нь машинуудын нарийвчлал, нарийвчлалд өндөр шаардлага тавьдаг. Пневматик тунгийн системийг үндсэн бүтцийн дагуу цавуу хэрэглэхэд ашигладаг. Энэ нь тодорхойлсон багажийн замын дагуу тээрэмдэх гадаргуугийн дагуу роботоор удирддаг. Уламжлалт түгээлтийн үзүүрийг сойзоор солих нь ялангуяа ашигтай байдаг. Энэ нь бага зуурамтгай чанар бүхий цавууг эзлэхүүнээр жигд тараах боломжийг олгодог. Энэ хэмжээ нь систем дэх даралт болон роботын хурдаар тодорхойлогддог. Илүү нарийвчлалтай, өндөр чанартай холбохын тулд 200-аас 800 мм/мин хурдтай явахыг илүүд үздэг.
Дундаж зуурамтгай чанар нь 1500 мПа*с акрилатыг 0.3-0.6 мбар даралтын дор 0.84 мм-ийн дотоод диаметртэй, 5-ын өргөнтэй тунгийн сойз ашиглан 6 мм өргөнтэй полимер голын хананд түрхэв. мм. Дараа нь цавуу нь субстратын гадаргуу дээр тархаж, гадаргуугийн хурцадмал байдлаас болж 1 мм зузаантай давхарга үүсгэдэг. Цавууны зузааныг яг нарийн тодорхойлох ажлыг автоматжуулах боломжгүй байна. Процессын үргэлжлэх хугацаа нь цавуу сонгох чухал шалгуур юм. Энд үйлдвэрлэсэн гол бүтэц нь 26 м урт замтай тул хэрэглэх хугацаа 30-60 минут байна.
Цавууг түрхсэний дараа давхар бүрхүүлтэй цонхыг байранд нь суулгана. Материалын бага зузаантай тул нимгэн шил нь өөрийн жингээр аль хэдийн хүчтэй гажигтай байдаг тул аль болох жигд байрлуулах ёстой. Үүний тулд цаг хугацаагаар сарнисан сорох аягатай хийн шилэн сорох аяга ашигладаг. Энэ нь кран ашиглан эд анги дээр байрлуулсан бөгөөд ирээдүйд робот ашиглан шууд байрлуулж болно. Шилэн хавтанг наалдамхай давхарга дээр голын гадаргуутай зэрэгцээ байрлуулсан. Илүү хөнгөн жинтэй тул нэмэлт шилэн хавтан (4-6 мм зузаантай) нь даралтыг нэмэгдүүлдэг.
Үр дүн нь үндсэн бүтцийн дагуу шилэн гадаргууг бүрэн норгох ёстой бөгөөд энэ нь харагдахуйц өнгөний ялгааг анхны харааны үзлэгээр дүгнэж болно. Өргөдөл гаргах үйл явц нь эцсийн холбосон холболтын чанарт ихээхэн нөлөөлдөг. Нэгэнт наалдсаны дараа шилэн хавтанг хөдөлгөж болохгүй, учир нь энэ нь шилэн дээр харагдахуйц наалдамхай үлдэгдэл болон бодит наалдамхай давхаргад гэмтэл учруулах болно. Эцэст нь наалдамхай бодисыг 365 нм долгионы урттай хэт ягаан туяаны цацрагаар хатаана. Үүнийг хийхийн тулд 6 мВт / см2 эрчим хүчний нягттай хэт ягаан туяаны чийдэнг наалдамхай гадаргууг бүхэлд нь 60 секундын турш аажмаар дамжуулдаг.
Энд авч үзсэн нэмэлтээр үйлдвэрлэсэн полимер цөм бүхий хөнгөн жинтэй, тохируулж болохуйц нимгэн шилэн нийлмэл хавтангийн тухай ойлголтыг ирээдүйн фасадад ашиглахад зориулагдсан болно. Тиймээс нийлмэл хавтан нь холбогдох стандартад нийцэж, үйлчилгээний хязгаарын төлөв (SLS), эцсийн бат бэхийн хязгаарын төлөв (ULS) болон аюулгүй байдлын шаардлагыг хангасан байх ёстой. Тиймээс нийлмэл хавтан нь эвдрэл, хэт их хэв гажилтгүйгээр ачааллыг (гадаргуугийн ачаалал гэх мэт) тэсвэрлэх чадвартай, найдвартай, бат бөх, хатуу байх ёстой. Өмнө нь үйлдвэрлэсэн нимгэн шилэн нийлмэл хавтангийн механик хариу урвалыг судлахын тулд (Механик туршилтын хэсэгт тайлбарласны дагуу) тэдгээрийг дараагийн дэд хэсэгт тайлбарласны дагуу салхины ачааллын туршилтанд хамруулсан.
Физик туршилтын зорилго нь салхины ачааллын дор гадна хананы нийлмэл хавтангийн механик шинж чанарыг судлах явдал юм. Үүний тулд дээр дурдсанчлан Henkel Loctite AA 3345 цавуугаар 3 мм-ийн зузаантай бүрэн дарагдсан шилэн гадна хуудас болон 14 мм-ийн зузаантай нэмэлт материалаас бүрдэх нийлмэл хавтангуудыг Henkel Loctite AA 3345 цавуугаар хийсэн (Зүүн 7-р зураг). )). . Дараа нь нийлмэл хавтангууд нь модон хүрээ болон үндсэн бүтцийн хажуу тал руу чиглүүлдэг металл боолтоор модон тулгуур хүрээтэй бэхлэгддэг. Периметрийн эргэн тойронд шугаман дэмжлэгийн нөхцлийг аль болох ойртуулахын тулд самбарын периметрийн эргэн тойронд 30 боолтыг байрлуулсан (Зураг 7-ийн зүүн талын хар шугамыг үзнэ үү).
Дараа нь туршилтын хүрээг нийлмэл хавтангийн ард салхины даралт буюу салхи сорох замаар туршилтын гадна талын хананд битүүмжилсэн (Зураг 7, баруун дээд талд). Өгөгдлийг бүртгэхэд дижитал корреляцийн системийг (DIC) ашигладаг. Үүнийг хийхийн тулд нийлмэл хавтангийн гадна талын шилийг сувдан чимээ шуугиантай хэв маягаар хэвлэсэн нимгэн уян хуудсаар хучсан байна (Зураг 7, баруун доод талд). DIC нь шилэн гадаргуу дээрх бүх хэмжилтийн цэгүүдийн харьцангуй байрлалыг бүртгэхийн тулд хоёр камер ашигладаг. Секундэд хоёр зураг бичиж, үнэлгээнд ашигласан. Нийлмэл хавтангаар хүрээлэгдсэн камер дахь даралтыг сэнсний тусламжтайгаар 1000 Па-аар хамгийн ихдээ 4000 Па хүртэл өсгөж, ачааллын түвшин бүрийг 10 секундын турш хадгална.
Туршилтын физик тохиргоог мөн ижил геометрийн хэмжээс бүхий тоон загвараар төлөөлдөг. Үүний тулд Ansys Mechanical тоон програмыг ашигладаг. Гол бүтэц нь шилэнд зориулсан 20 мм талтай SOLID 185 зургаан өнцөгт элемент, 3 мм талтай SOLID 187 тетраэдр элементүүдийг ашигласан геометрийн тор байв. Загварчлалыг хялбарчлахын тулд судалгааны энэ үе шатанд ашигласан акрилат нь хамгийн тохиромжтой хатуу бөгөөд нимгэн бөгөөд шил ба үндсэн материалын хоорондох хатуу холбоо гэж тодорхойлогддог.
Нийлмэл хавтангууд нь үндсэн хэсгийн гадна шулуун шугамаар бэхлэгдсэн бөгөөд шилэн хавтан нь 4000 Па-ийн гадаргуугийн даралтын ачаалалд өртдөг. Загвар хийхдээ геометрийн шугаман бус байдлыг харгалзан үзсэн боловч энэ үе шатанд зөвхөн шугаман материалын загварыг ашигласан. судлах. Хэдийгээр энэ нь шилний шугаман уян харимхай байдлын (E = 70,000 МПа) хүчинтэй таамаглал боловч (наалдамхай) полимер үндсэн материал үйлдвэрлэгчийн мэдээллийн хуудасны дагуу [17] шугаман хөшүүн чанар E = 8245 МПа-г ашигласан. одоогийн шинжилгээг нухацтай авч үзэх ёстой бөгөөд цаашдын судалгаанд судлах болно.
Энд үзүүлсэн үр дүнг 4000 Па (=ˆ4кН/м2) хүртэлх салхины хамгийн их ачаалалтай үед хэв гажилтын хувьд голчлон үнэлэв. Үүний тулд DIC аргаар бичсэн зургуудыг тоон симуляцийн (FEM) үр дүнтэй харьцуулсан (Зураг 8, баруун доод талд). Захын бүс дэх "хамгийн тохиромжтой" шугаман тулгууртай (өөрөөр хэлбэл хавтангийн периметр) 0 мм-ийн хамгийн тохиромжтой нийт суналтыг FEM-д тооцдог бол DIC-ийг үнэлэхдээ захын бүсийн физик шилжилтийг харгалзан үзэх шаардлагатай. Энэ нь туршилтын хүрээ ба түүний битүүмжлэлийг суурилуулах хүлцэл, хэв гажилттай холбоотой юм. Харьцуулахын тулд ирмэгийн бүс дэх дундаж шилжилтийг (8-р зураг дээрх тасархай цагаан шугам) самбарын төв дэх хамгийн их шилжилтээс хассан. DIC болон FEA-ийн тодорхойлсон шилжилтийг 1-р хүснэгтэд харьцуулж, 8-р зургийн зүүн дээд буланд графикаар үзүүлэв.
Туршилтын загварт ашигласан дөрвөн ачааллын түвшинг үнэлгээний хяналтын цэг болгон ашиглаж, FEM-д үнэлэв. Ачаалалгүй төлөвт нийлмэл хавтангийн хамгийн их төвийн шилжилтийг 2.18 мм-ийн 4000 Па ачааллын түвшинд DIC хэмжилтээр тодорхойлсон. Бага ачаалалтай үед (2000 Па хүртэл) FEA-ийн шилжилт нь туршилтын утгыг үнэн зөв гаргаж чаддаг ч өндөр ачаалалтай үед хүчдэлийн шугаман бус өсөлтийг нарийн тооцоолох боломжгүй юм.
Гэсэн хэдий ч нийлмэл хавтан нь салхины хүчтэй ачааллыг тэсвэрлэх чадвартай болохыг судалгаагаар тогтоосон. Хөнгөн хавтангийн өндөр хатуулаг нь онцгой анхаарал татдаг. Кирхгофын хавтангийн шугаман онол [20] дээр үндэслэсэн аналитик тооцоог ашиглан 4000 Па-д 2.18 мм-ийн хэв гажилт нь хилийн ижил нөхцөлд 12 мм зузаантай нэг шилэн хавтангийн хэв гажилттай тохирч байна. Үүний үр дүнд энэхүү нийлмэл хавтангийн шилний зузааныг (үйлдвэрлэлд эрчим хүч их зарцуулдаг) 2 х 3 мм хэмжээтэй шил болгон багасгаж, материалыг 50% хэмнэдэг. Самбарын нийт жинг багасгах нь угсралтын хувьд нэмэлт ашиг тусыг өгдөг. 30 кг жинтэй нийлмэл хавтанг хоёр хүн амархан зохицуулдаг бол уламжлалт 50 кг жинтэй шилэн хавтанг аюулгүй хөдөлгөхөд техникийн дэмжлэг шаардлагатай. Механик зан үйлийг үнэн зөв илэрхийлэхийн тулд цаашдын судалгаанд илүү нарийвчилсан тоон загвар шаардлагатай болно. Төгсгөлийн элементийн шинжилгээг полимер болон наалдамхай холболтын загварчлалын шугаман бус материалын илүү өргөн загвараар сайжруулж болно.
Барилгын салбарын эдийн засаг, байгаль орчны үзүүлэлтийг сайжруулахад дижитал үйл явцыг хөгжүүлэх, сайжруулах гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Үүнээс гадна фасадны нимгэн шилийг ашиглах нь эрчим хүч, нөөцийн хэмнэлтийг амлаж, архитектурт шинэ боломжуудыг нээж өгдөг. Гэсэн хэдий ч шилний зузаан бага тул шилийг хангалттай бэхжүүлэхийн тулд шинэ дизайны шийдлүүд шаардлагатай. Тиймээс энэ өгүүлэлд үзүүлсэн судалгаа нь нимгэн шилээр хийсэн нийлмэл хавтангууд болон бэхэлсэн 3D хэвлэмэл полимер үндсэн бүтцийн тухай ойлголтыг судлах болно. Зураг төсөл боловсруулахаас эхлээд үйлдвэрлэл хүртэлх бүх үйл явцыг дижитал болгож, автоматжуулсан. Grasshopper-ийн тусламжтайгаар ирээдүйн фасадуудад нимгэн шилэн нийлмэл хавтанг ашиглах боломжтой болгохын тулд файлаас үйлдвэрт шилжих ажлын урсгалыг боловсруулсан.
Эхний прототипийг үйлдвэрлэх нь робот үйлдвэрлэх боломж, бэрхшээлийг харуулсан. Нэмэлт болон хасах үйлдвэрлэл нь аль хэдийн сайн нэгдсэн боловч бүрэн автоматжуулсан наалдамхай хэрэглээ, угсралт нь цаашдын судалгаанд шийдвэрлэх нэмэлт сорилтуудыг бий болгож байна. Урьдчилсан механик туршилт болон төгсгөлөг элементийн судалгааны загварчлалын тусламжтайгаар хөнгөн, нимгэн шилэн хавтангууд нь салхины хэт ачааллын нөхцөлд ч гэсэн фасадны зориулалтаар ашиглахад хангалттай гулзайлтын хөшүүн байдлыг хангадаг болохыг харуулсан. Зохиогчдын хийж буй судалгаа нь фасадны хэрэглээнд зориулж дижитал аргаар үйлдвэрлэсэн нимгэн шилэн нийлмэл хавтангийн боломжийг судалж, тэдгээрийн үр нөлөөг харуулах болно.
Зохиогчид энэхүү судалгааны ажилтай холбоотой бүх дэмжигчиддээ талархал илэрхийлье. EFRE SAB-ийн санхүүжилтийн хөтөлбөрийн ачаар Европын Холбооны сангаас экструдер, тээрэмдэх төхөөрөмж бүхий манипулятор худалдан авахад зориулж санхүүгийн эх үүсвэрээр хангах №1 буцалтгүй тусламж хэлбэрээр санхүүждэг. 100537005. Нэмж дурдахад, AiF-ZIM нь энэхүү судалгааны ажилд томоохон дэмжлэг үзүүлсэн Glaswerkstätten Glas Ahne-тэй хамтран Glasfur3D судалгааны төслийг (буцалтгүй тусламжийн дугаар ZF4123725WZ9) санхүүжүүлснээ хүлээн зөвшөөрөв. Эцэст нь Фридрих Сименсийн лаборатори болон түүний хамтран ажиллагсад, ялангуяа Феликс Хегевальд болон оюутны туслах Жонатан Холцерр нар энэхүү нийтлэлийн үндэс болсон зохиомж, физик туршилтын техникийн дэмжлэг, хэрэгжилтийг хүлээн зөвшөөрч байна.