Прототипови на дигитално изработени тенки стаклени композитни фасадни панели

Употребата на тенко стакло ветува исполнување на различни задачи во градежната индустрија. Покрај еколошките придобивки од поефикасна употреба на ресурсите, архитектите можат да користат тенко стакло за да постигнат нови степени на слобода на дизајнот. Врз основа на теоријата на сендвич, флексибилното тенко стакло може да се комбинира со 3D печатено полимерно јадро со отворени ќелии за да се формира многу цврсто и лесно композитни елементи. Оваа статија претставува истражувачки обид за дигитална изработка на тенки фасадни панели од стакло со композити користејќи индустриски роботи. Го објаснува концептот на дигитализирање на работните текови од фабрика до фабрика, вклучувајќи компјутерски потпомогнат дизајн (CAD), инженерство (CAE) и производство (CAM). Студијата покажува параметарски процес на дизајнирање кој овозможува беспрекорна интеграција на алатките за дигитална анализа.
Дополнително, овој процес ги покажува потенцијалот и предизвиците на дигитално производство на композитни панели од тенко стакло. Некои од производните чекори што ги изведува индустриски роботски раце, како што се производство на адитиви со голем формат, обработка на површини, лепење и процеси на склопување, се објаснети овде. Конечно, за прв пат, длабоко разбирање на механичките својства на композитните панели е добиено преку експериментални и нумерички студии и евалуација на механичките својства на композитните панели при површинско оптоварување. Целокупниот концепт на работниот тек на дигитален дизајн и изработка, како и резултатите од експерименталните студии, обезбедуваат основа за понатамошна интеграција на методите за дефинирање и анализа на обликот, како и за спроведување на обемни механички студии во идните студии.
Дигиталните методи на производство ни овозможуваат да го подобриме производството преку трансформирање на традиционалните методи и обезбедување на нови можности за дизајн [1]. Традиционалните методи на градење имаат тенденција да прекумерно ги користат материјалите во однос на трошоците, основната геометрија и безбедноста. Со преместување на градежништвото во фабрики, користење на модуларна префабрикација и роботика за имплементирање на нови методи на дизајнирање, материјалите може да се користат ефикасно без да се загрози безбедноста. Дигиталното производство ни овозможува да ја прошириме нашата дизајнерска имагинација за да создадеме поразновидни, ефикасни и амбициозни геометриски форми. Додека процесите на дизајнирање и пресметување во голема мера се дигитализирани, производството и склопувањето сè уште во голема мера се прават рачно на традиционални начини. За да се справат со сè покомплексните структури со слободна форма, процесите на дигитално производство стануваат сè поважни. Желбата за слобода и флексибилност на дизајнот, особено кога се во прашање фасадите, постојано расте. Покрај визуелниот ефект, фасадите со слободна форма исто така ви овозможуваат да креирате поефикасни структури, на пример, преку употреба на мембрански ефекти [2]. Покрај тоа, големиот потенцијал на дигиталните производствени процеси лежи во нивната ефикасност и можноста за оптимизација на дизајнот.
Оваа статија истражува како дигиталната технологија може да се користи за дизајнирање и производство на иновативен композитен фасаден панел кој се состои од дополнително изработено полимерно јадро и врзани тенки стаклени надворешни панели. Покрај новите архитектонски можности поврзани со употребата на тенко стакло, еколошките и економските критериуми се исто така важна мотивација за користење помалку материјал за изградба на обвивката на зградата. Со климатските промени, недостигот на ресурси и зголемувањето на цените на енергијата во иднина, стаклото мора да се користи попаметно. Употребата на тенко стакло со дебелина помала од 2 mm од електронската индустрија ја прави фасадата лесна и ја намалува употребата на суровини.
Поради високата флексибилност на тенкото стакло, тоа отвора нови можности за архитектонски апликации и во исто време поставува нови инженерски предизвици [3,4,5,6]. Додека тековната имплементација на фасадни проекти со користење на тенко стакло е ограничена, тенкото стакло се повеќе се користи во градежништвото и архитектонските студии. Поради високата способност на тенкото стакло за еластична деформација, неговата употреба во фасади бара засилени структурни решенија [7]. Покрај искористувањето на мембранскиот ефект поради заоблената геометрија [8], моментот на инерција може да се зголеми и со повеќеслојна структура која се состои од полимерно јадро и залепен тенок стаклен надворешен лист. Овој пристап се покажа ветувачки поради употребата на тврдо транспарентно јадро од поликарбонат, кое е помалку густо од стаклото. Покрај позитивното механичко дејство, беа исполнети и дополнителни безбедносни критериуми [9].
Пристапот во следната студија се заснова на истиот концепт, но со користење на адитивно фабрикувано проѕирно јадро со отворени пори. Ова гарантира повисок степен на геометриска слобода и можности за дизајн, како и интеграција на физичките функции на зградата [10]. Ваквите композитни панели се покажаа особено ефикасни во механичкото тестирање [11] и ветуваат дека ќе ја намалат количината на стакло што се користи до 80%. Ова не само што ќе ги намали потребните ресурси, туку и значително ќе ја намали тежината на панелите, а со тоа ќе ја зголеми ефикасноста на подградбата. Но, новите форми на градба бараат нови форми на производство. Ефикасните структури бараат ефикасни производни процеси. Дигиталниот дизајн придонесува за дигитално производство. Оваа статија го продолжува претходното истражување на авторот со презентирање на студија за дигиталниот процес на производство на тенки стаклени композитни панели за индустриски роботи. Фокусот е на дигитализирање на работниот тек од датотека до фабрика на првите прототипови со голем формат за да се зголеми автоматизацијата на производствениот процес.
Композитниот панел (слика 1) се состои од две тенки стаклени прекривки обвиткани околу AM полимерно јадро. Двата дела се поврзани со лепак. Целта на овој дизајн е да се дистрибуира товарот низ целиот дел што е можно поефикасно. Моментите на свиткување создаваат нормални напрегања во школка. Страничните сили предизвикуваат напрегања на смолкнување во јадрото и спојниците на лепилото.
Надворешниот слој на сендвич структурата е направен од тенко стакло. Во принцип, ќе се користи сода-вар силикатно стакло. Со целна дебелина < 2 mm, процесот на термичко калење ја достигнува сегашната технолошка граница. Хемиски зајакнато алумосиликатно стакло може да се смета за особено погодно ако е потребна поголема цврстина поради дизајнот (на пр. ладно превиткани панели) или употребата [12]. Функциите за пренос на светлина и заштита на животната средина ќе бидат надополнети со добри механички својства како што се добра отпорност на гребење и релативно висок Young's модул во споредба со другите материјали што се користат во композитите. Поради ограничената големина достапна за хемиски зацврстено тенко стакло, панели од целосно калено стакло со сода-вар со дебелина од 3 mm беа користени за да се создаде првиот прототип од големи размери.
Носечката структура се смета како обликуван дел од композитниот панел. Речиси сите атрибути се засегнати од него. Благодарение на методот на производство на адитиви, тој е и центар на дигиталниот производствен процес. Термопластиката се обработува со фузија. Ова овозможува да се користат голем број различни полимери за специфични апликации. Топологијата на главните елементи може да се дизајнира со различен акцент во зависност од нивната функција. За таа цел, дизајнот на обликот може да се подели во следните четири категории на дизајн: структурен дизајн, функционален дизајн, естетски дизајн и дизајн на производство. Секоја категорија може да има различни цели, што може да доведе до различни топологии.
За време на прелиминарната студија, некои од главните дизајни беа тестирани за соодветноста на нивниот дизајн [11]. Од механичка гледна точка, минималната површина на јадрото со три периоди на жироскопот е особено ефикасна. Ова обезбедува висока механичка отпорност на свиткување при релативно мала потрошувачка на материјал. Покрај клеточните основни структури репродуцирани во површинските региони, топологијата може да се генерира и со други техники за пронаоѓање форми. Генерирањето на линијата за напрегање е еден од можните начини за оптимизирање на вкочанетоста при најниска можна тежина [13]. Сепак, структурата на саќе, широко користена во сендвич-конструкции, се користи како почетна точка за развој на производната линија. Оваа основна форма води до брз напредок во производството, особено преку лесно програмирање на патеката на алатки. Неговото однесување во композитните панели е опширно проучено [14, 15, 16] и изгледот може да се промени на многу начини преку параметаризација и исто така може да се користи за почетни концепти за оптимизација.
Постојат многу термопластични полимери кои треба да се земат предвид при изборот на полимер, во зависност од користениот процес на истиснување. Првичните прелиминарни студии на материјали од мал обем го намалија бројот на полимери кои се сметаат за погодни за употреба во фасади [11]. Поликарбонатот (PC) е ветувачки поради неговата отпорност на топлина, отпорност на УВ и висока цврстина. Поради дополнителните технички и финансиски инвестиции потребни за обработка на поликарбонат, за производство на првите прототипови се користеше модифициран полиетилен терефталат (PETG) со етилен гликол. Особено лесно се обработува на релативно ниски температури со низок ризик од термички стрес и деформација на компонентите. Прототипот прикажан овде е направен од рециклиран PETG наречен PIPG. Материјалот беше прелиминарно сушен на 60°C најмалку 4 часа и преработен во гранули со содржина на стаклени влакна од 20% [17].
Лепилото обезбедува силна врска помеѓу структурата на полимерното јадро и тенкиот стаклен капак. Кога композитните панели се подложени на оптоварување на свиткување, спојниците на лепилото се подложени на стрес на смолкнување. Затоа, се претпочита потврдо лепило и може да го намали отклонувањето. Проѕирните лепила помагаат и во обезбедувањето висок визуелен квалитет кога се врзуваат за проѕирно стакло. Друг важен фактор при изборот на лепило е производственоста и интеграцијата во автоматизираните производствени процеси. Овде, лепилата за лекување со УВ со флексибилно време на стврднување може во голема мера да го поедностават позиционирањето на покривните слоеви. Врз основа на прелиминарните тестови, низа лепила беа тестирани за нивната соодветност за тенки стаклени композитни панели [18]. Loctite® AA 3345™ UV излечив акрилат [19] се покажа како особено погоден за следниот процес.
За да се искористат можностите за производство на адитиви и флексибилноста на тенкото стакло, целиот процес беше дизајниран да работи дигитално и параметарски. Grasshopper се користи како визуелен програмски интерфејс, избегнувајќи интерфејси помеѓу различни програми. Сите дисциплини (инженерство, инженерство и производство) ќе се поддржуваат и ќе се надополнуваат во една датотека со директна повратна информација од операторот. Во оваа фаза од студијата, работниот тек е сè уште во развој и ја следи шемата прикажана на Слика 2. Различните цели може да се групираат во категории во рамките на дисциплини.
Иако производството на сендвич панели во овој труд е автоматизирано со дизајн и подготовка за изработка насочена кон корисникот, интеграцијата и валидацијата на поединечни инженерски алатки не е целосно реализирана. Врз основа на параметарскиот дизајн на фасадната геометрија, можно е да се дизајнира надворешната обвивка на зградата на макро ниво (фасада) и мезо (фасадни панели). Во вториот чекор, циклусот за инженерска повратна информација има за цел да ја оцени безбедноста и соодветноста, како и одржливоста на изработката на ѕидовите за завеси. Конечно, добиените панели се подготвени за дигитално производство. Програмата ја обработува развиената структура на јадрото во машински читлив Г-код и го подготвува за производство на адитиви, субтрактивна пост-обработка и лепење на стакло.
Процесот на дизајнирање се разгледува на две различни нивоа. Покрај тоа што макро обликот на фасадите влијае на геометријата на секој композитен панел, топологијата на самото јадро може да се дизајнира и на мезо ниво. Кога се користи параметарски фасаден модел, обликот и изгледот може да бидат под влијание на примерот на фасадните делови со помош на лизгачите прикажани на слика 3. Така, вкупната површина се состои од скалабилна површина дефинирана од корисникот која може да се деформира со помош на точки привлекувачи и модифицирана со наведувајќи минимален и максимален степен на деформација. Ова обезбедува висок степен на флексибилност во дизајнот на пликовите на зградите. Сепак, овој степен на слобода е ограничен со технички и производствени ограничувања, кои потоа се играат со алгоритмите во инженерскиот дел.
Покрај висината и ширината на целата фасада, се одредува и поделбата на фасадните панели. Што се однесува до поединечните фасадни панели, тие можат попрецизно да се дефинираат на мезо ниво. Ова влијае на топологијата на самата структура на јадрото, како и на дебелината на стаклото. Овие две променливи, како и големината на панелот, имаат важна врска со машинското инженерско моделирање. Дизајнот и развојот на целото макро и мезо ниво може да се изврши во смисла на оптимизација во четирите категории структура, функција, естетика и дизајн на производи. Корисниците можат да го развијат целокупниот изглед и чувство на обвивката на зградата со приоритизирање на овие области.
Проектот е поддржан од инженерскиот дел користејќи јамка за повратни информации. За таа цел, целите и граничните услови се дефинирани во категоријата за оптимизација прикажана на сл. 2. Тие обезбедуваат коридори кои се технички изводливи, физички здрави и безбедни за градење од инженерска гледна точка, што има значително влијание врз дизајнот. Ова е почетна точка за различни алатки кои може да се интегрираат директно во Grasshopper. Во понатамошни испитувања, механичките својства може да се проценат со помош на анализа на конечни елементи (FEM) или дури и аналитички пресметки.
Дополнително, студиите за сончевото зрачење, анализата на видното поле и моделирањето на времетраењето на сонце може да го оценат влијанието на композитните панели врз физиката на зградите. Важно е да не се ограничува премногу брзината, ефикасноста и флексибилноста на процесот на дизајнирање. Како такви, резултатите добиени овде се дизајнирани да дадат дополнителни насоки и поддршка на процесот на дизајнирање и не се замена за детална анализа и оправдување на крајот од процесот на дизајнирање. Овој стратешки план ја поставува основата за понатамошни категорични истражувања за докажани резултати. На пример, сè уште малку е познато за механичкото однесување на композитните панели под различни услови на оптоварување и поддршка.
Откако дизајнот и инженерството ќе завршат, моделот е подготвен за дигитално производство. Процесот на производство е поделен на четири подфази (сл. 4). Прво, главната структура беше адитивно изработена со помош на роботско 3D печатење од големи размери. Површината потоа се меле со користење на истиот роботски систем за да се подобри квалитетот на површината потребен за добро поврзување. По мелењето, лепилото се нанесува долж структурата на јадрото користејќи специјално дизајниран систем за дозирање монтиран на истиот роботски систем што се користи за процесот на печатење и мелење. Конечно, стаклото се поставува и се поставува пред УВ стврднувањето на споениот спој.
За производство на адитиви, дефинираната топологија на основната структура мора да се преведе на CNC машински јазик (GCode). За униформни и висококвалитетни резултати, целта е да се испечати секој слој без да падне млазницата на екструдерот. Ова го спречува несаканиот прекумерен притисок на почетокот и на крајот на движењето. Затоа, беше напишана скрипта за генерирање на континуирана траекторија за моделот на ќелијата што се користи. Ова ќе создаде параметарска континуирана полилинија со исти почетни и крајни точки, која се прилагодува на избраната големина на панелот, број и големина на саќе според дизајнот. Покрај тоа, параметрите како што се ширината на линијата и висината на линијата може да се наведат пред да се постават линии за да се постигне саканата висина на главната структура. Следниот чекор во скриптата е да ги напишете командите на G-кодот.
Ова се прави со снимање на координатите на секоја точка на линијата со дополнителни информации за машината, како што се други релевантни оски за позиционирање и контрола на јачината на истиснувањето. Добиениот Г-код потоа може да се пренесе на производствени машини. Во овој пример, индустриска роботска рака Comau NJ165 на линеарна шина се користи за контролирање на екструдер CEAD E25 според G-кодот (Слика 5). Првиот прототип користеше пост-индустриски PETG со содржина на стаклени влакна од 20%. Во однос на механичкото тестирање, целната големина е блиска до големината на градежната индустрија, така што димензиите на главниот елемент се 1983 × 876 mm со 6 × 4 саќе клетки. Висина од 6 мм и 2 мм.
Прелиминарните тестови покажаа дека постои разлика во јачината на лепилото помеѓу лепилото и смолата за печатење 3D во зависност од нејзините површински својства. За да го направите ова, тест примероците за производство на адитиви се залепени или ламинирани на стакло и се подложени на напнатост или стрижење. При прелиминарна механичка обработка на полимерната површина со мелење, јакоста значително се зголеми (сл. 6). Покрај тоа, ја подобрува плошноста на јадрото и ги спречува дефектите предизвикани од прекумерно истиснување. Акрилатот што може да се излечи со УВ LOCTITE® AA 3345™ [19] што се користи овде е чувствителен на условите за обработка.
Ова често резултира со повисоко стандардно отстапување за примероците за тестирање на врската. По производството на адитиви, структурата на јадрото беше мелена на профилна машина за мелење. Г-кодот потребен за оваа операција автоматски се генерира од патеките за алатки кои се веќе создадени за процесот на 3D печатење. Структурата на јадрото треба да се испечати малку повисоко од предвидената висина на јадрото. Во овој пример, структурата на јадрото со дебелина од 18 mm е намалена на 14 mm.
Овој дел од производствениот процес е голем предизвик за целосна автоматизација. Употребата на лепила поставува високи барања за точноста и прецизноста на машините. Пневматскиот систем за дозирање се користи за нанесување на лепилото долж структурата на јадрото. Тој се води од роботот по површината на мелење во согласност со дефинираната патека на алатот. Излегува дека замената на традиционалниот врв за издавање со четка е особено поволна. Ова овозможува лепилата со низок вискозитет да се распределуваат подеднакво по волумен. Оваа количина се одредува според притисокот во системот и брзината на роботот. За поголема прецизност и висок квалитет на лепење, се претпочитаат мали брзини на патување од 200 до 800 mm/min.
Акрилат со просечен вискозитет од 1500 mPa*s беше нанесен на ѕидот на полимерното јадро со ширина 6 mm со помош на четка за дозирање со внатрешен дијаметар од 0,84 mm и ширина на четката од 5 при применет притисок од 0,3 до 0,6 mbar. мм. Лепилото потоа се шири преку површината на подлогата и формира слој со дебелина од 1 mm поради површинскиот напон. Точното определување на дебелината на лепилото сè уште не може да се автоматизира. Времетраењето на процесот е важен критериум за избор на лепило. Структурата на јадрото произведена овде има должина на патеката од 26 m и затоа време на примена од 30 до 60 минути.
По нанесувањето на лепилото, инсталирајте го двојно застаклениот прозорец на место. Поради малата дебелина на материјалот, тенкото стакло веќе е силно деформирано од сопствената тежина и затоа мора да биде поставено што е можно порамномерно. За ова се користат пневматски стаклени вшмукувачки чаши со временски дисперзирани вшмукувачки чаши. Се поставува на компонентата со помош на кран, а во иднина може да се поставува директно со помош на роботи. Стаклената плоча беше поставена паралелно со површината на јадрото на лепливиот слој. Поради помалата тежина, дополнителна стаклена плоча (дебела 4 до 6 mm) го зголемува притисокот врз неа.
Резултатот треба да биде целосно навлажнување на стаклената површина долж структурата на јадрото, како што може да се процени од првичната визуелна проверка на видливите разлики во бојата. Процесот на апликација може да има значително влијание и врз квалитетот на конечниот споен спој. Откако ќе се залепат, стаклените плочи не смеат да се поместуваат бидејќи тоа ќе резултира со видливи остатоци од лепило на стаклото и дефекти на вистинскиот леплив слој. Конечно, лепилото се стврднува со УВ зрачење на бранова должина од 365 nm. За да го направите ова, УВ ламба со густина на моќност од 6 mW/cm2 постепено се пренесува преку целата леплива површина 60 секунди.
Концептот на лесни и приспособливи тенки стаклени композитни панели со адитивно фабрикувано полимерно јадро што се дискутира овде е наменет за употреба во идните фасади. Така, композитните панели мора да се усогласат со важечките стандарди и да ги задоволуваат барањата за гранични состојби на услуга (SLS), гранични состојби на крајна јачина (ULS) и безбедносни барања. Затоа, композитните панели мора да бидат безбедни, цврсти и доволно цврсти за да издржат оптоварувања (како што се површинските оптоварувања) без кршење или прекумерна деформација. За да се испита механичкиот одговор на претходно изработените композитни панели од тенко стакло (како што е опишано во делот за механичко тестирање), тие биле подложени на тестови за оптоварување на ветерот како што е опишано во следната потточка.
Целта на физичкото тестирање е да се проучат механичките својства на композитните панели на надворешни ѕидови под оптоварување на ветерот. За таа цел, композитни панели кои се состојат од надворешен лим од целосно калено стакло со дебелина од 3 mm и јадро со адитиви направено со дебелина од 14 mm (од PIPG-GF20) беа изработени како што е опишано погоре со користење на лепило Henkel Loctite AA 3345 (слика 7 лево). )). . Композитните панели потоа се прицврстуваат на рамката за потпора од дрво со метални завртки кои се пробиваат низ дрвената рамка и во страните на главната структура. 30 завртки беа поставени околу периметарот на панелот (видете ја црната линија лево на слика 7) за да се репродуцираат линеарните услови за поддршка околу периметарот што е можно поблиску.
Пробната рамка потоа беше запечатена на надворешниот ѕид за тестирање со примена на притисок на ветерот или вшмукување на ветерот зад композитниот панел (Слика 7, горе десно). Систем за дигитална корелација (DIC) се користи за снимање на податоци. За да го направите ова, надворешното стакло на композитниот панел е покриено со тенок еластичен лист испечатен на него со бисерна шема на бучава (слика 7, долниот десен агол). DIC користи две камери за снимање на релативната положба на сите мерни точки на целата стаклена површина. Две слики во секунда беа снимени и користени за евалуација. Притисокот во комората, опкружена со композитни панели, се зголемува со помош на вентилатор во чекори од 1000 Pa до максимална вредност од 4000 Pa, така што секое ниво на оптоварување се одржува 10 секунди.
Физичката поставеност на експериментот е исто така претставена со нумерички модел со исти геометриски димензии. За ова се користи нумеричката програма Ansys Mechanical. Структурата на јадрото беше геометриска мрежа користејќи SOLID 185 хексагонални елементи со страни од 20 mm за стакло и SOLID 187 тетраедарски елементи со страни од 3 mm. За да се поедностави моделирањето, во оваа фаза од студијата, овде се претпоставува дека употребениот акрилат е идеално крут и тенок и е дефиниран како цврста врска помеѓу стаклото и материјалот на јадрото.
Композитните панели се фиксирани во права линија надвор од јадрото, а стаклената плоча е подложена на оптоварување со површински притисок од 4000 Pa. Иако геометриските нелинеарности беа земени предвид при моделирањето, во оваа фаза од проучување. Иако ова е валидна претпоставка за линеарниот еластичен одговор на стаклото (E = 70.000 MPa), според листот со податоци на производителот на материјалот од (вискоеластично) полимерно јадро [17], линеарната крутост E = 8245 MPa била користена во сегашната анализа треба ригорозно да се разгледа и ќе се проучува во идните истражувања.
Резултатите презентирани овде се оценуваат главно за деформации при максимални оптоварувања на ветерот до 4000 Pa (=ˆ4kN/m2). За ова, сликите снимени со методот DIC беа споредени со резултатите од нумеричка симулација (FEM) (сл. 8, долно десно). Додека во FEM се пресметува идеално вкупно напрегање од 0 mm со „идеални“ линеарни потпори во областа на рабовите (т.е. периметар на панелот), физичкото поместување на областа на рабовите мора да се земе предвид при евалуација на DIC. Ова се должи на толеранциите за инсталација и деформација на рамката за тестирање и нејзините заптивки. За споредба, просечното поместување во пределот на рабовите (испрекината бела линија на слика 8) беше одземено од максималното поместување во центарот на панелот. Поместувањата утврдени со DIC и FEA се споредуваат во Табела 1 и се прикажани графички во горниот лев агол на Сл. 8.
Четирите применети нивоа на оптоварување на експерименталниот модел беа користени како контролни точки за евалуација и евалуирани во FEM. Максималното централно поместување на композитната плоча во неоптоварена состојба беше одредено со мерења на DIC на ниво на оптоварување од 4000 Pa на 2,18 mm. Додека поместувањата на FEA при помали оптоварувања (до 2000 Pa) сè уште можат прецизно да ги репродуцираат експерименталните вредности, нелинеарното зголемување на напрегањето при повисоки оптоварувања не може точно да се пресмета.
Сепак, студиите покажаа дека композитните панели можат да издржат екстремни оптоварувања на ветерот. Особено се издвојува високата цврстина на лесните панели. Користејќи аналитички пресметки засновани на линеарната теорија на Кирхофските плочи [20], деформација од 2,18 mm на 4000 Pa одговара на деформацијата на една стаклена плоча со дебелина од 12 mm под истите гранични услови. Како резултат на тоа, дебелината на стаклото (кое е енергетско интензивно во производството) во овој композитен панел може да се намали на стакло од 2 x 3 mm, што резултира со заштеда на материјал од 50%. Намалувањето на вкупната тежина на панелот обезбедува дополнителни придобивки во однос на склопувањето. Додека со композитен панел од 30 кг лесно може да ракуваат две лица, традиционалната стаклена плоча од 50 кг бара техничка поддршка за безбедно движење. Со цел прецизно да се претстави механичкото однесување, ќе бидат потребни подетални нумерички модели во идните студии. Анализата на конечни елементи може дополнително да се подобри со пообемни нелинеарни модели на материјали за полимери и моделирање на леплива врска.
Развојот и подобрувањето на дигиталните процеси играат клучна улога во подобрувањето на економските и еколошките перформанси во градежната индустрија. Покрај тоа, употребата на тенко стакло во фасадите ветува заштеда на енергија и ресурси и отвора нови можности за архитектурата. Сепак, поради малата дебелина на стаклото, потребни се нови дизајнерски решенија за адекватно зајакнување на стаклото. Затоа, студијата презентирана во овој напис го истражува концептот на композитни панели направени од тенко стакло и врзани армирани 3D печатени полимерни јадро структури. Целиот производствен процес од дизајн до производство е дигитализиран и автоматизиран. Со помош на Grasshopper, развиен е работниот тек од датотека до фабрика за да се овозможи употреба на тенки стаклени композитни панели во идните фасади.
Производството на првиот прототип ја покажа изводливоста и предизвиците на роботското производство. Додека производството со адитиви и одземање се веќе добро интегрирани, целосно автоматизираната примена и склопување на лепилото особено претставува дополнителни предизвици што треба да се решат во идните истражувања. Преку прелиминарното механичко тестирање и поврзаното моделирање на истражување на конечни елементи, се покажа дека лесните и тенки панели од фиберглас обезбедуваат доволна цврстина на свиткување за нивните наменети фасадни апликации, дури и при екстремни услови на оптоварување на ветерот. Тековното истражување на авторите дополнително ќе го истражи потенцијалот на дигитално изработените тенки стаклени композитни панели за фасадни апликации и ќе ја демонстрира нивната ефикасност.
Авторите би сакале да им се заблагодарат на сите поддржувачи поврзани со оваа истражувачка работа. Благодарение на програмата за финансирање EFRE SAB финансирана од фондовите на Европската Унија во форма на грант бр. за обезбедување финансиски средства за купување на манипулатор со екструдер и уред за глодање. 100537005. Покрај тоа, AiF-ZIM доби признание за финансирање на истражувачки проект Glasfur3D (грант број ZF4123725WZ9) во соработка со Glaswerkstätten Glas Ahne, што обезбеди значителна поддршка за оваа истражувачка работа. Конечно, лабораторијата Фридрих Сименс и нејзините соработници, особено Феликс Хегевалд и студентскиот асистент Џонатан Холцер, ја признаваат техничката поддршка и имплементацијата на изработката и физичкото тестирање што ја формираа основата за овој труд.