Përdorimi i xhamit të hollë premton të përmbushë detyra të ndryshme në industrinë e ndërtimit. Përveç përfitimeve mjedisore të përdorimit më efikas të burimeve, arkitektët mund të përdorin xhami të hollë për të arritur shkallë të reja të lirisë së projektimit. Bazuar në teorinë e sanduiçit, xhami i hollë fleksibël mund të kombinohet me një bërthamë polimer me qeliza të hapura të printuara 3D për të formuar shumë të ngurtë dhe të lehtë.
elemente të përbëra. Ky artikull paraqet një përpjekje eksploruese për fabrikimin dixhital të paneleve të hollë të fasadës me përbërje xhami duke përdorur robotë industrialë. Ai shpjegon konceptin e dixhitalizimit të flukseve të punës nga fabrika në fabrikë, duke përfshirë dizajnin me ndihmën e kompjuterit (CAD), inxhinierinë (CAE) dhe prodhimin (CAM). Studimi demonstron një proces dizajni parametrik që mundëson integrimin pa probleme të mjeteve të analizës dixhitale.
Përveç kësaj, ky proces demonstron potencialin dhe sfidat e prodhimit dixhital të paneleve të përbëra prej qelqi të hollë. Disa nga hapat e prodhimit të kryera nga një krah roboti industrial, të tilla si prodhimi i aditivëve me format të madh, përpunimi i sipërfaqes, proceset e ngjitjes dhe montimit, shpjegohen këtu. Së fundi, për herë të parë, një kuptim i thellë i vetive mekanike të paneleve të përbëra është arritur përmes studimeve eksperimentale dhe numerike dhe vlerësimit të vetive mekanike të paneleve të përbëra nën ngarkimin sipërfaqësor. Koncepti i përgjithshëm i fluksit të punës së dizajnit dhe fabrikimit dixhital, si dhe rezultatet e studimeve eksperimentale, ofrojnë një bazë për integrimin e mëtejshëm të metodave të përcaktimit dhe analizës së formës, si dhe për kryerjen e studimeve të gjera mekanike në studimet e ardhshme.
Metodat e prodhimit dixhital na lejojnë të përmirësojmë prodhimin duke transformuar metodat tradicionale dhe duke ofruar mundësi të reja projektimi [1]. Metodat tradicionale të ndërtimit priren të përdorin shumë materiale për sa i përket kostos, gjeometrisë bazë dhe sigurisë. Duke zhvendosur ndërtimin në fabrika, duke përdorur parafabrikim modular dhe robotikë për të zbatuar metoda të reja të projektimit, materialet mund të përdoren me efikasitet pa kompromentuar sigurinë. Prodhimi dixhital na lejon të zgjerojmë imagjinatën tonë të dizajnit për të krijuar forma gjeometrike më të ndryshme, efikase dhe ambicioze. Ndërsa proceset e projektimit dhe llogaritjes janë dixhitalizuar kryesisht, prodhimi dhe montimi ende bëhen kryesisht me dorë në mënyra tradicionale. Për të përballuar strukturat gjithnjë e më komplekse të formës së lirë, proceset e prodhimit dixhital po bëhen gjithnjë e më të rëndësishme. Dëshira për liri dhe fleksibilitet dizajni, veçanërisht kur bëhet fjalë për fasadat, po rritet vazhdimisht. Përveç efektit vizual, fasadat me formë të lirë ju lejojnë gjithashtu të krijoni struktura më efikase, për shembull, përmes përdorimit të efekteve të membranës [2]. Për më tepër, potenciali i madh i proceseve të prodhimit dixhital qëndron në efikasitetin e tyre dhe mundësinë e optimizimit të dizajnit.
Ky artikull eksploron se si teknologjia dixhitale mund të përdoret për të projektuar dhe prodhuar një panel fasadë të përbërë inovativ, i përbërë nga një bërthamë polimeri e prodhuar në mënyrë shtesë dhe panele të jashtme xhami të hollë të lidhur. Përveç mundësive të reja arkitekturore të lidhura me përdorimin e xhamit të hollë, kriteret mjedisore dhe ekonomike kanë qenë gjithashtu motivime të rëndësishme për përdorimin e më pak materialit për ndërtimin e mbështjellësit të ndërtesës. Me ndryshimin e klimës, mungesën e burimeve dhe rritjen e çmimeve të energjisë në të ardhmen, qelqi duhet të përdoret më zgjuar. Përdorimi i xhamit të hollë me trashësi më pak se 2 mm nga industria elektronike e bën fasadën të lehtë dhe redukton përdorimin e lëndëve të para.
Për shkak të fleksibilitetit të lartë të xhamit të hollë, ai hap mundësi të reja për aplikime arkitekturore dhe në të njëjtën kohë paraqet sfida të reja inxhinierike [3,4,5,6]. Ndërsa zbatimi aktual i projekteve të fasadave duke përdorur xhami të hollë është i kufizuar, xhami i hollë po përdoret gjithnjë e më shumë në inxhinierinë civile dhe studimet arkitekturore. Për shkak të aftësisë së lartë të qelqit të hollë në deformim elastik, përdorimi i tij në fasada kërkon zgjidhje strukturore të përforcuara [7]. Përveç shfrytëzimit të efektit të membranës për shkak të gjeometrisë së lakuar [8], momenti i inercisë mund të rritet gjithashtu nga një strukturë shumështresore e përbërë nga një bërthamë polimer dhe një fletë e jashtme e hollë xhami e ngjitur. Kjo qasje është premtuar për shkak të përdorimit të një bërthame të fortë polikarbonate transparente, e cila është më pak e dendur se xhami. Përveç veprimit pozitiv mekanik, u plotësuan kritere shtesë të sigurisë [9].
Qasja në studimin e mëposhtëm bazohet në të njëjtin koncept, por duke përdorur një bërthamë të tejdukshme me pore të hapur të prodhuar në mënyrë shtesë. Kjo garanton një shkallë më të lartë lirie gjeometrike dhe mundësi projektimi, si dhe integrimin e funksioneve fizike të ndërtesës [10]. Panele të tilla të përbëra janë dëshmuar veçanërisht efektive në testimin mekanik [11] dhe premtojnë të zvogëlojnë sasinë e xhamit të përdorur deri në 80%. Kjo jo vetëm që do të zvogëlojë burimet e kërkuara, por gjithashtu do të zvogëlojë ndjeshëm peshën e paneleve, duke rritur kështu efikasitetin e nënstrukturës. Por format e reja të ndërtimit kërkojnë forma të reja prodhimi. Strukturat efikase kërkojnë procese efikase prodhimi. Dizajni dixhital kontribuon në prodhimin dixhital. Ky artikull vazhdon kërkimin e mëparshëm të autorit duke paraqitur një studim të procesit të prodhimit dixhital të paneleve të përbëra prej xhami të hollë për robotët industrialë. Fokusi është në dixhitalizimin e rrjedhës së punës nga skedari në fabrikë të prototipeve të parë me format të madh për të rritur automatizimin e procesit të prodhimit.
Paneli i përbërë (Figura 1) përbëhet nga dy mbivendosje të hollë xhami të mbështjellë rreth një bërthame polimer AM. Të dy pjesët janë të lidhura me ngjitës. Qëllimi i këtij dizajni është që të shpërndajë ngarkesën në të gjithë seksionin në mënyrë sa më efikase. Momentet e përkuljes krijojnë strese normale në guaskë. Forcat anësore shkaktojnë sforcime prerëse në bërthamën dhe nyjet ngjitëse.
Shtresa e jashtme e strukturës së sanduiçit është prej xhami të hollë. Në parim, do të përdoret qelqi silikat sode-gëlqere. Me një trashësi të synuar < 2 mm, procesi i kalitjes termike arrin kufirin aktual teknologjik. Xhami aluminosilikat i forcuar kimikisht mund të konsiderohet veçanërisht i përshtatshëm nëse kërkohet forcë më e lartë për shkak të dizajnit (p.sh. panele të palosura në të ftohtë) ose përdorimit [12]. Funksionet e transmetimit të dritës dhe të mbrojtjes së mjedisit do të plotësohen nga vetitë e mira mekanike si rezistenca e mirë ndaj gërvishtjeve dhe një modul relativisht i lartë i Young-it në krahasim me materialet e tjera të përdorura në përbërje. Për shkak të madhësisë së kufizuar të disponueshme për xhamin e hollë të ngurtësuar kimikisht, panele prej qelqi sode gëlqereje plotësisht të kalitur 3 mm të trashë u përdorën për të krijuar prototipin e parë në shkallë të gjerë.
Struktura mbajtëse konsiderohet si një pjesë e formësuar e panelit të përbërë. Pothuajse të gjitha atributet ndikohen prej tij. Falë metodës së prodhimit të aditivëve, ai është gjithashtu qendra e procesit të prodhimit dixhital. Termoplastika përpunohet me shkrirje. Kjo bën të mundur përdorimin e një numri të madh polimerësh të ndryshëm për aplikime specifike. Topologjia e elementeve kryesore mund të projektohet me thekse të ndryshme në varësi të funksionit të tyre. Për këtë qëllim, dizajni i formës mund të ndahet në katër kategoritë e mëposhtme të projektimit: dizajni strukturor, dizajni funksional, dizajni estetik dhe dizajni i prodhimit. Çdo kategori mund të ketë qëllime të ndryshme, të cilat mund të çojnë në topologji të ndryshme.
Gjatë studimit paraprak, disa nga dizajnet kryesore u testuan për përshtatshmërinë e dizajnit të tyre [11]. Nga pikëpamja mekanike, sipërfaqja e bërthamës minimale me tre periudha të xhiroskopit është veçanërisht efektive. Kjo siguron rezistencë të lartë mekanike ndaj përkuljes me një konsum relativisht të ulët të materialit. Përveç strukturave bazë qelizore të riprodhuara në rajonet sipërfaqësore, topologjia mund të gjenerohet edhe nga teknika të tjera të gjetjes së formës. Gjenerimi i linjës së stresit është një nga mënyrat e mundshme për të optimizuar ngurtësinë në peshën më të ulët të mundshme [13]. Megjithatë, struktura e huallit, e përdorur gjerësisht në konstruksionet me sanduiç, është përdorur si pikënisje për zhvillimin e linjës së prodhimit. Kjo formë bazë çon në përparim të shpejtë në prodhim, veçanërisht përmes programimit të lehtë të rrugës së veglave. Sjellja e tij në panelet e përbëra është studiuar gjerësisht [14, 15, 16] dhe pamja mund të ndryshohet në shumë mënyra përmes parametrizimit dhe mund të përdoret gjithashtu për konceptet fillestare të optimizimit.
Ka shumë polimerë termoplastikë për t'u marrë parasysh kur zgjidhni një polimer, në varësi të procesit të nxjerrjes së përdorur. Studimet fillestare paraprake të materialeve në shkallë të vogël kanë reduktuar numrin e polimerëve që konsiderohen të përshtatshëm për përdorim në fasada [11]. Polikarbonati (PC) është premtues për shkak të rezistencës së tij ndaj nxehtësisë, rezistencës ndaj UV dhe ngurtësisë së lartë. Për shkak të investimeve shtesë teknike dhe financiare të nevojshme për përpunimin e polikarbonatit, polietileni tereftalati i modifikuar me etilen glikol (PETG) u përdor për të prodhuar prototipet e para. Është veçanërisht e lehtë për t'u përpunuar në temperatura relativisht të ulëta me një rrezik të ulët të stresit termik dhe deformimit të komponentëve. Prototipi i paraqitur këtu është bërë nga PETG i ricikluar i quajtur PIPG. Materiali u tha paraprakisht në 60°C për të paktën 4 orë dhe u përpunua në granula me një përmbajtje fibra xhami prej 20% [17].
Ngjitësi siguron një lidhje të fortë midis strukturës së bërthamës së polimerit dhe kapakut të hollë të qelqit. Kur panelet e përbëra i nënshtrohen ngarkesave të përkuljes, nyjet ngjitëse i nënshtrohen stresit prerës. Prandaj, preferohet një ngjitës më i fortë dhe mund të zvogëlojë devijimin. Ngjitësit e pastër ndihmojnë gjithashtu në sigurimin e cilësisë së lartë vizuale kur lidhen me xhamin e pastër. Një faktor tjetër i rëndësishëm kur zgjedh një ngjitës është prodhimi dhe integrimi në proceset e automatizuara të prodhimit. Këtu, ngjitësit për shërimin me rreze UV me kohë fleksibël të ngurtësimit mund të thjeshtojnë shumë pozicionimin e shtresave të mbulimit. Bazuar në testet paraprake, një seri ngjitësish u testuan për përshtatshmërinë e tyre për panele të përbëra prej xhami të hollë [18]. Loctite® AA 3345™ akrilat i shërueshëm me UV [19] rezultoi të jetë veçanërisht i përshtatshëm për procesin e mëposhtëm.
Për të përfituar nga mundësitë e prodhimit të aditivëve dhe fleksibiliteti i xhamit të hollë, i gjithë procesi u projektua për të punuar në mënyrë dixhitale dhe parametrike. Grasshopper përdoret si një ndërfaqe programimi vizuale, duke shmangur ndërfaqet midis programeve të ndryshme. Të gjitha disiplinat (inxhinieri, inxhinieri dhe prodhim) do të mbështesin dhe plotësojnë njëra-tjetrën në një skedar me reagime të drejtpërdrejta nga operatori. Në këtë fazë të studimit, rrjedha e punës është ende në zhvillim e sipër dhe ndjek modelin e treguar në Figurën 2. Objektivat e ndryshëm mund të grupohen në kategori brenda disiplinave.
Edhe pse prodhimi i paneleve sanduiç në këtë punim është automatizuar me dizajnin dhe përgatitjen e fabrikimit të përqendruar te përdoruesi, integrimi dhe vlefshmëria e mjeteve inxhinierike individuale nuk është realizuar plotësisht. Bazuar në dizajnin parametrik të gjeometrisë së fasadës, është e mundur të projektohet guaska e jashtme e ndërtesës në nivel makro (fasadë) dhe meso (panele fasadash). Në hapin e dytë, cikli i reagimit inxhinierik synon të vlerësojë sigurinë dhe përshtatshmërinë, si dhe qëndrueshmërinë e fabrikimit të murit të perdes. Më në fund, panelet që rezultojnë janë gati për prodhim dixhital. Programi përpunon strukturën thelbësore të zhvilluar në kodin G të lexueshëm nga makineri dhe e përgatit atë për prodhimin e aditivëve, përpunimin zbritës pas përpunimit dhe lidhjen e qelqit.
Procesi i projektimit konsiderohet në dy nivele të ndryshme. Përveç faktit që forma makro e fasadave ndikon në gjeometrinë e çdo paneli të përbërë, topologjia e vetë bërthamës mund të projektohet edhe në nivel meso. Kur përdorni një model fasadë parametrike, forma dhe pamja mund të ndikohen nga seksionet shembullore të fasadës duke përdorur rrëshqitësit e paraqitur në figurën 3. Kështu, sipërfaqja totale përbëhet nga një sipërfaqe e shkallëzuar e përcaktuar nga përdoruesi që mund të deformohet duke përdorur tërheqës pikash dhe të modifikohet nga duke specifikuar një shkallë minimale dhe maksimale të deformimit. Kjo siguron një shkallë të lartë fleksibiliteti në projektimin e zarfeve të ndërtesave. Megjithatë, kjo shkallë lirie kufizohet nga kufizimet teknike dhe prodhuese, të cilat më pas luhen nga algoritmet në pjesën inxhinierike.
Përveç lartësisë dhe gjerësisë së të gjithë fasadës, përcaktohet edhe ndarja e paneleve të fasadës. Sa i përket paneleve individuale të fasadave, ato mund të përcaktohen më saktë në nivelin mezo. Kjo ndikon në topologjinë e vetë strukturës së bërthamës, si dhe në trashësinë e xhamit. Këto dy variabla, si dhe madhësia e panelit, kanë një lidhje të rëndësishme me modelimin inxhinierik mekanik. Projektimi dhe zhvillimi i të gjithë nivelit makro dhe meso mund të kryhet në drejtim të optimizimit në katër kategoritë e strukturës, funksionit, estetikës dhe dizajnit të produktit. Përdoruesit mund të zhvillojnë pamjen dhe ndjesinë e përgjithshme të zarfit të ndërtesës duke i dhënë përparësi këtyre zonave.
Projekti mbështetet nga pjesa inxhinierike duke përdorur një lak reagimi. Për këtë qëllim, qëllimet dhe kushtet kufitare përcaktohen në kategorinë e optimizimit të paraqitur në figurën 2. Ato ofrojnë korridore që janë teknikisht të realizueshme, fizikisht të shëndosha dhe të sigurta për t'u ndërtuar nga pikëpamja inxhinierike, gjë që ka një ndikim të rëndësishëm në projektim. Kjo është pika fillestare për mjete të ndryshme që mund të integrohen drejtpërdrejt në Grasshopper. Në hetime të mëtejshme, vetitë mekanike mund të vlerësohen duke përdorur Analizën e Elementeve të Fundit (FEM) apo edhe llogaritjet analitike.
Përveç kësaj, studimet e rrezatimit diellor, analiza e vijës së shikimit dhe modelimi i kohëzgjatjes së diellit mund të vlerësojnë ndikimin e paneleve të përbërë në fizikën e ndërtesave. Është e rëndësishme të mos kufizohet tepër shpejtësia, efikasiteti dhe fleksibiliteti i procesit të projektimit. Si të tilla, rezultatet e marra këtu janë krijuar për të ofruar udhëzime dhe mbështetje shtesë për procesin e projektimit dhe nuk janë zëvendësues për analizat dhe arsyetimet e detajuara në fund të procesit të projektimit. Ky plan strategjik hedh themelet për kërkime të mëtejshme kategorike për rezultate të vërtetuara. Për shembull, dihet ende pak për sjelljen mekanike të paneleve të përbëra në kushte të ndryshme ngarkese dhe mbështetjeje.
Pasi të ketë përfunduar dizajni dhe inxhinieria, modeli është gati për prodhim dixhital. Procesi i prodhimit është i ndarë në katër nën-faza (Fig. 4). Së pari, struktura kryesore u fabrikua në mënyrë shtesë duke përdorur një strukturë të printimit robotik 3D në shkallë të gjerë. Sipërfaqja më pas bluhet duke përdorur të njëjtin sistem robotik për të përmirësuar cilësinë e sipërfaqes që kërkohet për lidhje të mirë. Pas bluarjes, ngjitësi aplikohet përgjatë strukturës së bërthamës duke përdorur një sistem dozimi të projektuar posaçërisht të montuar në të njëjtin sistem robotik të përdorur për procesin e printimit dhe bluarjes. Së fundi, xhami instalohet dhe vendoset përpara forcimit UV të bashkimit të lidhur.
Për prodhimin e aditivëve, topologjia e përcaktuar e strukturës bazë duhet të përkthehet në gjuhën e makinës CNC (GCode). Për rezultate uniforme dhe me cilësi të lartë, qëllimi është të printoni çdo shtresë pa rënë hunda e ekstruderit. Kjo parandalon presionin e tepërt të padëshiruar në fillim dhe në fund të lëvizjes. Prandaj, një skrip i gjenerimit të trajektores së vazhdueshme u shkrua për modelin e qelizave që po përdorej. Kjo do të krijojë një polivijë të vazhdueshme parametrike me të njëjtat pika fillimi dhe fundi, e cila përshtatet me madhësinë e panelit të zgjedhur, numrin dhe madhësinë e huallave sipas dizajnit. Përveç kësaj, parametra të tillë si gjerësia e linjës dhe lartësia e linjës mund të specifikohen përpara vendosjes së linjave për të arritur lartësinë e dëshiruar të strukturës kryesore. Hapi tjetër në skript është të shkruani komandat e kodit G.
Kjo bëhet duke regjistruar koordinatat e secilës pikë në vijë me informacion shtesë të makinës, si akset e tjera përkatëse për pozicionimin dhe kontrollin e volumit të nxjerrjes. G-kodi që rezulton më pas mund të transferohet në makinat e prodhimit. Në këtë shembull, një krah robot industrial Comau NJ165 në një hekurudhë lineare përdoret për të kontrolluar një ekstruder CEAD E25 sipas kodit G (Figura 5). Prototipi i parë përdori PETG post-industrial me një përmbajtje fibra xhami prej 20%. Për sa i përket testimit mekanik, madhësia e synuar është afër madhësisë së industrisë së ndërtimit, kështu që dimensionet e elementit kryesor janë 1983 × 876 mm me qeliza 6 × 4 huall mjalti. 6 mm dhe 2 mm e lartë.
Testet paraprake kanë treguar se ka një ndryshim në forcën ngjitëse midis rrëshirës ngjitëse dhe printimit 3D në varësi të vetive të sipërfaqes së saj. Për ta bërë këtë, mostrat e provës së prodhimit të aditivëve ngjiten ose laminohen në xhami dhe i nënshtrohen tensionit ose prerjes. Gjatë përpunimit paraprak mekanik të sipërfaqes së polimerit me bluarje, forca u rrit ndjeshëm (Fig. 6). Përveç kësaj, përmirëson rrafshimin e bërthamës dhe parandalon defektet e shkaktuara nga mbi-ekstrudimi. Akrilati i shërueshëm me UV LOCTITE® AA 3345™ [19] i përdorur këtu është i ndjeshëm ndaj kushteve të përpunimit.
Kjo shpesh rezulton në një devijim standard më të lartë për mostrat e testit të lidhjes. Pas prodhimit të aditivëve, struktura e bërthamës u blua në një makinë bluarjeje me profil. Kodi G i kërkuar për këtë operacion gjenerohet automatikisht nga shtigjet e veglave të krijuara tashmë për procesin e printimit 3D. Struktura e bërthamës duhet të printohet pak më e lartë se lartësia e synuar e bërthamës. Në këtë shembull, struktura e bërthamës 18 mm e trashë është reduktuar në 14 mm.
Kjo pjesë e procesit të prodhimit është një sfidë e madhe për automatizimin e plotë. Përdorimi i ngjitësve vendos kërkesa të larta për saktësinë dhe saktësinë e makinerive. Sistemi i dozimit pneumatik përdoret për të aplikuar ngjitësin përgjatë strukturës së bërthamës. Ai udhëhiqet nga roboti përgjatë sipërfaqes së bluarjes në përputhje me shtegun e përcaktuar të mjetit. Rezulton se zëvendësimi i majës së shpërndarjes tradicionale me një furçë është veçanërisht i favorshëm. Kjo lejon që ngjitësit me viskozitet të ulët të shpërndahen në mënyrë uniforme për nga vëllimi. Kjo sasi përcaktohet nga presioni në sistem dhe shpejtësia e robotit. Për saktësi më të madhe dhe cilësi të lartë të lidhjes, preferohen shpejtësi të ulëta udhëtimi prej 200 deri në 800 mm/min.
Akrilat me një viskozitet mesatar prej 1500 mPa*s u aplikua në murin e bërthamës së polimerit me gjerësi 6 mm duke përdorur një furçë dozimi me diametër të brendshëm 0,84 mm dhe gjerësi furçe 5 me presion të aplikuar nga 0,3 deri në 0,6 mbar. mm. Më pas ngjitësi shpërndahet mbi sipërfaqen e nënshtresës dhe formon një shtresë 1 mm të trashë për shkak të tensionit sipërfaqësor. Përcaktimi i saktë i trashësisë së ngjitësit ende nuk mund të automatizohet. Kohëzgjatja e procesit është një kriter i rëndësishëm për zgjedhjen e një ngjitësi. Struktura e bërthamës e prodhuar këtu ka një gjatësi trase prej 26 m dhe për rrjedhojë një kohë aplikimi prej 30 deri në 60 minuta.
Pas aplikimit të ngjitësit, instaloni dritaren me xham të dyfishtë në vend. Për shkak të trashësisë së ulët të materialit, xhami i hollë tashmë është deformuar fuqishëm nga pesha e tij dhe për këtë arsye duhet të pozicionohet sa më në mënyrë të barabartë. Për këtë përdoren gota thithëse qelqi pneumatike me thithëse të shpërndara në kohë. Ai vendoset në komponent duke përdorur një vinç, dhe në të ardhmen mund të vendoset drejtpërdrejt duke përdorur robotë. Pllaka e qelqit u vendos paralelisht me sipërfaqen e bërthamës në shtresën ngjitëse. Për shkak të peshës më të lehtë, një pllakë xhami shtesë (4 deri në 6 mm e trashë) rrit presionin mbi të.
Rezultati duhet të jetë lagja e plotë e sipërfaqes së xhamit përgjatë strukturës së bërthamës, siç mund të gjykohet nga një inspektim fillestar vizual i dallimeve të dukshme të ngjyrave. Procesi i aplikimit mund të ketë gjithashtu një ndikim të rëndësishëm në cilësinë e bashkimit përfundimtar të lidhur. Pasi të lidhen, panelet e xhamit nuk duhet të zhvendosen pasi kjo do të rezultojë në mbetje të dukshme ngjitëse në xhami dhe defekte në shtresën ngjitëse aktuale. Së fundi, ngjitësi shërohet me rrezatim UV në një gjatësi vale prej 365 nm. Për ta bërë këtë, një llambë UV me një densitet fuqie 6 mW/cm2 kalohet gradualisht mbi të gjithë sipërfaqen ngjitëse për 60 s.
Koncepti i paneleve të përbëra prej qelqi të hollë të lehtë dhe të personalizueshëm me bërthamë polimer të prodhuar në mënyrë shtesë, i diskutuar këtu, synohet të përdoret në fasadat e ardhshme. Kështu, panelet e përbëra duhet të jenë në përputhje me standardet e aplikueshme dhe të plotësojnë kërkesat për gjendjet kufitare të shërbimit (SLS), gjendjet kufitare të forcës përfundimtare (ULS) dhe kërkesat e sigurisë. Prandaj, panelet e përbëra duhet të jenë të sigurta, të forta dhe mjaft të ngurtë për t'i bërë ballë ngarkesave (të tilla si ngarkesat sipërfaqësore) pa thyerje ose deformime të tepërta. Për të hetuar reagimin mekanik të paneleve të përbërë prej xhami të hollë të fabrikuar më parë (siç përshkruhet në seksionin e Testimit Mekanik), ato iu nënshtruan testeve të ngarkesës së erës siç përshkruhet në nënseksionin vijues.
Qëllimi i testimit fizik është të studiojë vetitë mekanike të paneleve të përbëra të mureve të jashtme nën ngarkesat e erës. Për këtë qëllim, panele të përbëra të përbëra nga një fletë e jashtme xhami e plotë e kalitur me trashësi 3 mm dhe një bërthamë e fabrikuar në mënyrë shtesë 14 mm e trashë (nga PIPG-GF20) u fabrikuan siç përshkruhet më sipër duke përdorur ngjitësin Henkel Loctite AA 3345 (Fig. 7 majtas). )). . Panelet e përbëra më pas ngjiten në kornizën mbështetëse të drurit me vida metalike që futen përmes kornizës së drurit dhe në anët e strukturës kryesore. 30 vida u vendosën rreth perimetrit të panelit (shih vijën e zezë në të majtë në Fig. 7) për të riprodhuar kushtet lineare të mbështetjes rreth perimetrit sa më afër që të jetë e mundur.
Korniza e provës u mbyll më pas në murin e jashtëm të provës duke aplikuar presionin e erës ose thithjen e erës pas panelit të përbërë (Figura 7, lart djathtas). Një sistem korrelacioni dixhital (DIC) përdoret për të regjistruar të dhënat. Për ta bërë këtë, xhami i jashtëm i panelit të përbërë është i mbuluar me një fletë të hollë elastike të shtypur mbi të me një model zhurme perline (Fig. 7, poshtë djathtas). DIC përdor dy kamera për të regjistruar pozicionin relativ të të gjitha pikave matëse në të gjithë sipërfaqen e xhamit. Dy imazhe në sekondë u regjistruan dhe u përdorën për vlerësim. Presioni në dhomë, i rrethuar nga panele të përbëra, rritet me anë të një ventilatori në rritje prej 1000 Pa deri në një vlerë maksimale prej 4000 Pa, në mënyrë që çdo nivel ngarkese të mbahet për 10 sekonda.
Konfigurimi fizik i eksperimentit përfaqësohet gjithashtu nga një model numerik me të njëjtat dimensione gjeometrike. Për këtë përdoret programi numerik Ansys Mechanical. Struktura e bërthamës ishte rrjetë gjeometrike duke përdorur elementë gjashtëkëndor SOLID 185 me faqe 20 mm për xhami dhe elementë SOLID 187 tetraedralë me faqe 3 mm. Për të thjeshtuar modelimin, në këtë fazë të studimit, supozohet këtu se akrilati i përdorur është idealisht i ngurtë dhe i hollë dhe përkufizohet si një lidhje e ngurtë midis xhamit dhe materialit bazë.
Panelet e përbëra janë të fiksuara në një vijë të drejtë jashtë bërthamës, dhe paneli i qelqit i nënshtrohet një ngarkese presioni sipërfaqësor prej 4000 Pa. Edhe pse jolinearitetet gjeometrike janë marrë parasysh në modelim, vetëm modelet lineare të materialit janë përdorur në këtë fazë të studim. Megjithëse ky është një supozim i vlefshëm për përgjigjen elastike lineare të qelqit (E = 70,000 MPa), sipas fletës së të dhënave të prodhuesit të materialit bërthamor polimer (viskoelastik) [17], ngurtësia lineare E = 8245 MPa është përdorur në analiza aktuale duhet të konsiderohet rigorozisht dhe do të studiohet në kërkimet e ardhshme.
Rezultatet e paraqitura këtu vlerësohen kryesisht për deformimet në ngarkesat maksimale të erës deri në 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). Për këtë, imazhet e regjistruara me metodën DIC u krahasuan me rezultatet e simulimit numerik (FEM) (Fig. 8, poshtë djathtas). Ndërsa një sforcim total ideal prej 0 mm me mbështetëse lineare "ideale" në rajonin e skajit (dmth, perimetri i panelit) llogaritet në FEM, zhvendosja fizike e rajonit të skajit duhet të merret parasysh kur vlerësohet DIC. Kjo është për shkak të tolerancave të instalimit dhe deformimit të kornizës së provës dhe vulave të saj. Për krahasim, zhvendosja mesatare në rajonin e skajit (vija e bardhë e ndërprerë në Fig. 8) u zbrit nga zhvendosja maksimale në qendër të panelit. Zhvendosjet e përcaktuara nga DIC dhe FEA krahasohen në tabelën 1 dhe janë paraqitur grafikisht në këndin e sipërm të majtë të Fig. 8.
Katër nivelet e ngarkesës së aplikuar të modelit eksperimental u përdorën si pika kontrolli për vlerësim dhe u vlerësuan në FEM. Zhvendosja maksimale qendrore e pllakës së përbërë në gjendje të shkarkuar u përcaktua nga matjet DIC në një nivel ngarkese prej 4000 Pa në 2.18 mm. Ndërsa zhvendosjet e FEA në ngarkesa më të ulëta (deri në 2000 Pa) ende mund të riprodhojnë me saktësi vlerat eksperimentale, rritja jolineare e sforcimit në ngarkesa më të larta nuk mund të llogaritet me saktësi.
Megjithatë, studimet kanë treguar se panelet e përbëra mund t'i rezistojnë ngarkesave ekstreme të erës. Në veçanti bie në sy ngurtësia e lartë e paneleve të lehta. Duke përdorur llogaritjet analitike të bazuara në teorinë lineare të pllakave Kirchhoff [20], një deformim prej 2.18 mm në 4000 Pa korrespondon me deformimin e një pllake të vetme qelqi 12 mm të trashë në të njëjtat kushte kufitare. Si rezultat, trashësia e xhamit (i cili është energji intensiv në prodhim) në këtë panel të përbërë mund të reduktohet në xhami 2 x 3 mm, duke rezultuar në një kursim material prej 50%. Ulja e peshës së përgjithshme të panelit ofron përfitime shtesë për sa i përket montimit. Ndërsa një panel i përbërë 30 kg mund të trajtohet lehtësisht nga dy persona, një panel xhami tradicional 50 kg kërkon mbështetje teknike për të lëvizur në mënyrë të sigurt. Për të paraqitur me saktësi sjelljen mekanike, modele numerike më të detajuara do të kërkohen në studimet e ardhshme. Analiza e elementeve të fundme mund të përmirësohet më tej me modele më të gjera materiale jolineare për polimeret dhe modelimin e lidhjeve ngjitëse.
Zhvillimi dhe përmirësimi i proceseve dixhitale luajnë një rol kyç në përmirësimin e performancës ekonomike dhe mjedisore në industrinë e ndërtimit. Përveç kësaj, përdorimi i xhamit të hollë në fasada premton kursim të energjisë dhe burimeve dhe hap mundësi të reja për arkitekturën. Megjithatë, për shkak të trashësisë së vogël të xhamit, kërkohen zgjidhje të reja të projektimit për të përforcuar në mënyrë adekuate xhamin. Prandaj, studimi i paraqitur në këtë artikull eksploron konceptin e paneleve të përbëra të bëra nga qelqi i hollë dhe strukturat bërthamore të polimerit të përforcuar të shtypur 3D. I gjithë procesi i prodhimit nga projektimi në prodhim është dixhitalizuar dhe automatizuar. Me ndihmën e Grasshopper, u zhvillua një rrjedhë pune nga skedari në fabrikë për të mundësuar përdorimin e paneleve të hollë të përbërë prej xhami në fasadat e ardhshme.
Prodhimi i prototipit të parë tregoi fizibilitetin dhe sfidat e prodhimit robotik. Ndërsa prodhimi shtesë dhe zbritës janë tashmë të integruara mirë, aplikimi dhe montimi plotësisht i automatizuar i ngjitësit në veçanti paraqet sfida shtesë për t'u adresuar në kërkimet e ardhshme. Nëpërmjet testimit paraprak mekanik dhe modelimit të kërkimit të elementeve të fundme shoqëruese, është treguar se panelet e lehta dhe të hollë me tekstil me fije qelqi ofrojnë ngurtësi të mjaftueshme përkulëse për aplikimet e tyre të synuara të fasadës, edhe në kushte ekstreme të ngarkesës së erës. Hulumtimi i vazhdueshëm i autorëve do të eksplorojë më tej potencialin e paneleve të përbëra prej xhami të hollë të prodhuar në mënyrë dixhitale për aplikime në fasadë dhe do të demonstrojë efektivitetin e tyre.
Autorët dëshirojnë të falënderojnë të gjithë mbështetësit e lidhur me këtë punë kërkimore. Falë programit të financimit EFRE SAB të financuar nga fondet e Bashkimit Evropian në formën e grantit Nr. për sigurimin e burimeve financiare për blerjen e një manipuluesi me një ekstruder dhe një pajisje bluarjeje. 100537005. Përveç kësaj, AiF-ZIM u njoh për financimin e projektit kërkimor Glasfur3D (numri i grantit ZF4123725WZ9) në bashkëpunim me Glaswerkstätten Glas Ahne, i cili ofroi mbështetje të konsiderueshme për këtë punë kërkimore. Së fundi, Laboratori Friedrich Siemens dhe bashkëpunëtorët e tij, veçanërisht Felix Hegewald dhe asistenti i studentëve Jonathan Holzerr, njohin mbështetjen teknike dhe zbatimin e fabrikimit dhe testimit fizik që formoi bazën për këtë punim.
Koha e postimit: Gusht-04-2023