डिजिटल रूप से निर्मित पतले ग्लास मिश्रित मुखौटा पैनलों के प्रोटोटाइप

पतले कांच का उपयोग निर्माण उद्योग में विभिन्न कार्यों को पूरा करने का वादा करता है। संसाधनों के अधिक कुशल उपयोग के पर्यावरणीय लाभों के अलावा, आर्किटेक्ट डिजाइन स्वतंत्रता की नई डिग्री प्राप्त करने के लिए पतले ग्लास का उपयोग कर सकते हैं। सैंडविच सिद्धांत के आधार पर, लचीले पतले ग्लास को 3डी प्रिंटेड ओपन-सेल पॉलिमर कोर के साथ जोड़कर बहुत कठोर और हल्का बनाया जा सकता है। समग्र तत्व. यह लेख औद्योगिक रोबोटों का उपयोग करके पतले ग्लास-मिश्रित अग्रभाग पैनलों के डिजिटल निर्माण पर एक खोजपूर्ण प्रयास प्रस्तुत करता है। यह कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी), इंजीनियरिंग (सीएई), और विनिर्माण (सीएएम) सहित फ़ैक्टरी-टू-फ़ैक्टरी वर्कफ़्लो को डिजिटल बनाने की अवधारणा को समझाता है। अध्ययन एक पैरामीट्रिक डिजाइन प्रक्रिया को प्रदर्शित करता है जो डिजिटल विश्लेषण उपकरणों के निर्बाध एकीकरण को सक्षम बनाता है।
इसके अलावा, यह प्रक्रिया डिजिटल रूप से पतले ग्लास मिश्रित पैनलों के निर्माण की क्षमता और चुनौतियों को प्रदर्शित करती है। औद्योगिक रोबोट बांह द्वारा किए गए कुछ विनिर्माण चरणों, जैसे बड़े-प्रारूप वाले एडिटिव विनिर्माण, सतह मशीनिंग, ग्लूइंग और असेंबली प्रक्रियाओं को यहां समझाया गया है। अंत में, पहली बार, प्रायोगिक और संख्यात्मक अध्ययन और सतह लोडिंग के तहत मिश्रित पैनलों के यांत्रिक गुणों के मूल्यांकन के माध्यम से मिश्रित पैनलों के यांत्रिक गुणों की गहरी समझ प्राप्त की गई है। डिजिटल डिजाइन और फैब्रिकेशन वर्कफ़्लो की समग्र अवधारणा, साथ ही प्रयोगात्मक अध्ययन के परिणाम, आकार परिभाषा और विश्लेषण विधियों के आगे एकीकरण के साथ-साथ भविष्य के अध्ययनों में व्यापक यंत्रवत अध्ययन आयोजित करने के लिए आधार प्रदान करते हैं।
डिजिटल विनिर्माण विधियां हमें पारंपरिक तरीकों को बदलकर और नई डिजाइन संभावनाएं प्रदान करके उत्पादन में सुधार करने की अनुमति देती हैं [1]। पारंपरिक निर्माण विधियों में लागत, बुनियादी ज्यामिति और सुरक्षा के मामले में सामग्री का अत्यधिक उपयोग होता है। निर्माण को कारखानों में ले जाकर, नई डिजाइन विधियों को लागू करने के लिए मॉड्यूलर प्रीफैब्रिकेशन और रोबोटिक्स का उपयोग करके, सुरक्षा से समझौता किए बिना सामग्रियों का कुशलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है। डिजिटल विनिर्माण हमें अधिक विविध, कुशल और महत्वाकांक्षी ज्यामितीय आकार बनाने के लिए अपनी डिजाइन कल्पना का विस्तार करने की अनुमति देता है। जबकि डिज़ाइन और गणना प्रक्रियाओं को बड़े पैमाने पर डिजिटलीकृत किया गया है, विनिर्माण और असेंबली अभी भी पारंपरिक तरीकों से हाथ से की जाती है। तेजी से जटिल मुक्त-रूप संरचनाओं से निपटने के लिए, डिजिटल विनिर्माण प्रक्रियाएं तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही हैं। स्वतंत्रता और डिज़ाइन लचीलेपन की इच्छा, खासकर जब बात सामने के पहलुओं की आती है, लगातार बढ़ रही है। दृश्य प्रभाव के अलावा, मुक्त रूप वाले अग्रभाग आपको अधिक कुशल संरचनाएं बनाने की भी अनुमति देते हैं, उदाहरण के लिए, झिल्ली प्रभाव के उपयोग के माध्यम से [2]। इसके अलावा, डिजिटल विनिर्माण प्रक्रियाओं की महान क्षमता उनकी दक्षता और डिजाइन अनुकूलन की संभावना में निहित है।
यह आलेख बताता है कि कैसे डिजिटल तकनीक का उपयोग एक अभिनव मिश्रित अग्रभाग पैनल को डिजाइन और निर्माण करने के लिए किया जा सकता है जिसमें एक अतिरिक्त रूप से निर्मित पॉलिमर कोर और बंधे हुए पतले ग्लास बाहरी पैनल शामिल हैं। पतले कांच के उपयोग से जुड़ी नई वास्तुशिल्प संभावनाओं के अलावा, इमारत के निर्माण के लिए कम सामग्री का उपयोग करने के लिए पर्यावरण और आर्थिक मानदंड भी महत्वपूर्ण प्रेरणा रहे हैं। जलवायु परिवर्तन, संसाधनों की कमी और भविष्य में ऊर्जा की बढ़ती कीमतों के साथ, कांच का उपयोग अधिक समझदारी से किया जाना चाहिए। इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में 2 मिमी से कम मोटे पतले कांच के उपयोग से अग्रभाग हल्का हो जाता है और कच्चे माल का उपयोग कम हो जाता है।
पतले कांच के उच्च लचीलेपन के कारण, यह वास्तुशिल्प अनुप्रयोगों के लिए नई संभावनाओं को खोलता है और साथ ही नई इंजीनियरिंग चुनौतियों का सामना करता है [3,4,5,6]। जबकि पतले ग्लास का उपयोग करते हुए अग्रभाग परियोजनाओं का वर्तमान कार्यान्वयन सीमित है, सिविल इंजीनियरिंग और वास्तुशिल्प अध्ययन में पतले ग्लास का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। पतले कांच की लोचदार विरूपण की उच्च क्षमता के कारण, अग्रभाग में इसके उपयोग के लिए प्रबलित संरचनात्मक समाधान की आवश्यकता होती है [7]। घुमावदार ज्यामिति [8] के कारण झिल्ली प्रभाव का फायदा उठाने के अलावा, जड़ता के क्षण को एक बहुपरत संरचना द्वारा भी बढ़ाया जा सकता है जिसमें एक बहुलक कोर और एक चिपकी हुई पतली कांच की बाहरी शीट होती है। इस दृष्टिकोण ने कठोर पारदर्शी पॉलीकार्बोनेट कोर के उपयोग के कारण आशाजनक प्रदर्शन किया है, जो कांच की तुलना में कम घना है। सकारात्मक यांत्रिक कार्रवाई के अलावा, अतिरिक्त सुरक्षा मानदंड पूरे किए गए [9]।
निम्नलिखित अध्ययन में दृष्टिकोण उसी अवधारणा पर आधारित है, लेकिन एक योगात्मक रूप से निर्मित खुले-छिद्र पारभासी कोर का उपयोग किया गया है। यह उच्च स्तर की ज्यामितीय स्वतंत्रता और डिज़ाइन संभावनाओं की गारंटी देता है, साथ ही इमारत के भौतिक कार्यों के एकीकरण की भी गारंटी देता है [10]। ऐसे मिश्रित पैनल यांत्रिक परीक्षण में विशेष रूप से प्रभावी साबित हुए हैं [11] और उपयोग किए गए ग्लास की मात्रा को 80% तक कम करने का वादा करते हैं। इससे न केवल आवश्यक संसाधनों में कमी आएगी, बल्कि पैनलों का वजन भी काफी कम हो जाएगा, जिससे उपसंरचना की दक्षता में वृद्धि होगी। लेकिन निर्माण के नए रूपों के लिए उत्पादन के नए रूपों की आवश्यकता होती है। कुशल संरचनाओं के लिए कुशल विनिर्माण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। डिजिटल डिज़ाइन डिजिटल विनिर्माण में योगदान देता है। यह लेख औद्योगिक रोबोटों के लिए पतले ग्लास मिश्रित पैनलों की डिजिटल निर्माण प्रक्रिया का अध्ययन प्रस्तुत करके लेखक के पिछले शोध को जारी रखता है। विनिर्माण प्रक्रिया के स्वचालन को बढ़ाने के लिए पहले बड़े प्रारूप वाले प्रोटोटाइप के फ़ाइल-टू-फ़ैक्टरी वर्कफ़्लो को डिजिटल बनाने पर ध्यान केंद्रित किया गया है।
मिश्रित पैनल (चित्र 1) में एएम पॉलिमर कोर के चारों ओर लिपटे दो पतले ग्लास ओवरले होते हैं। दोनों हिस्से गोंद से जुड़े हुए हैं। इस डिज़ाइन का उद्देश्य पूरे अनुभाग पर भार को यथासंभव कुशलतापूर्वक वितरित करना है। झुकने वाले क्षण खोल में सामान्य तनाव पैदा करते हैं। पार्श्व बल कोर और चिपकने वाले जोड़ों में कतरनी तनाव का कारण बनते हैं।
सैंडविच संरचना की बाहरी परत पतले कांच से बनी है। सिद्धांत रूप में, सोडा-लाइम सिलिकेट ग्लास का उपयोग किया जाएगा। लक्ष्य मोटाई <2 मिमी के साथ, थर्मल टेम्परिंग प्रक्रिया वर्तमान तकनीकी सीमा तक पहुंच जाती है। यदि डिज़ाइन (जैसे कोल्ड फोल्डेड पैनल) या उपयोग के कारण उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है तो रासायनिक रूप से मजबूत एल्युमिनोसिलिकेट ग्लास को विशेष रूप से उपयुक्त माना जा सकता है [12]। प्रकाश संचरण और पर्यावरण संरक्षण कार्यों को अच्छे यांत्रिक गुणों जैसे अच्छे खरोंच प्रतिरोध और कंपोजिट में उपयोग की जाने वाली अन्य सामग्रियों की तुलना में अपेक्षाकृत उच्च यंग मापांक द्वारा पूरक किया जाएगा। रासायनिक रूप से कठोर पतले ग्लास के लिए उपलब्ध सीमित आकार के कारण, पहले बड़े पैमाने के प्रोटोटाइप को बनाने के लिए पूरी तरह से टेम्पर्ड 3 मिमी मोटे सोडा-लाइम ग्लास के पैनल का उपयोग किया गया था।
सहायक संरचना को समग्र पैनल का एक आकार वाला हिस्सा माना जाता है। इससे लगभग सभी गुण प्रभावित होते हैं। एडिटिव विनिर्माण विधि के लिए धन्यवाद, यह डिजिटल विनिर्माण प्रक्रिया का केंद्र भी है। थर्मोप्लास्टिक्स को फ़्यूज़िंग द्वारा संसाधित किया जाता है। इससे विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए बड़ी संख्या में विभिन्न पॉलिमर का उपयोग करना संभव हो जाता है। मुख्य तत्वों की टोपोलॉजी को उनके कार्य के आधार पर अलग-अलग जोर के साथ डिजाइन किया जा सकता है। इस प्रयोजन के लिए, आकार डिज़ाइन को निम्नलिखित चार डिज़ाइन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: संरचनात्मक डिज़ाइन, कार्यात्मक डिज़ाइन, सौंदर्य डिज़ाइन और उत्पादन डिज़ाइन। प्रत्येक श्रेणी के अलग-अलग उद्देश्य हो सकते हैं, जिससे अलग-अलग टोपोलॉजी बन सकती हैं।
प्रारंभिक अध्ययन के दौरान, कुछ मुख्य डिज़ाइनों का उनके डिज़ाइन की उपयुक्तता के लिए परीक्षण किया गया [11]। यांत्रिक दृष्टिकोण से, जाइरोस्कोप की तीन-अवधि की न्यूनतम कोर सतह विशेष रूप से प्रभावी है। यह अपेक्षाकृत कम सामग्री खपत पर झुकने के लिए उच्च यांत्रिक प्रतिरोध प्रदान करता है। सतह क्षेत्रों में पुनरुत्पादित सेलुलर बुनियादी संरचनाओं के अलावा, टोपोलॉजी अन्य आकार खोजने की तकनीकों द्वारा भी उत्पन्न की जा सकती है। तनाव रेखा निर्माण न्यूनतम संभव वजन पर कठोरता को अनुकूलित करने के संभावित तरीकों में से एक है [13]। हालाँकि, सैंडविच निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली मधुकोश संरचना का उपयोग उत्पादन लाइन के विकास के लिए शुरुआती बिंदु के रूप में किया गया है। यह मूल रूप उत्पादन में तेजी से प्रगति की ओर ले जाता है, खासकर आसान टूलपाथ प्रोग्रामिंग के माध्यम से। समग्र पैनलों में इसके व्यवहार का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है [14, 15, 16] और पैरामीटरीकरण के माध्यम से उपस्थिति को कई तरीकों से बदला जा सकता है और प्रारंभिक अनुकूलन अवधारणाओं के लिए भी इसका उपयोग किया जा सकता है।
उपयोग की गई एक्सट्रूज़न प्रक्रिया के आधार पर, पॉलिमर चुनते समय विचार करने के लिए कई थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर होते हैं। छोटे पैमाने की सामग्रियों के प्रारंभिक प्रारंभिक अध्ययनों ने मुखौटे में उपयोग के लिए उपयुक्त माने जाने वाले पॉलिमर की संख्या को कम कर दिया है [11]। पॉलीकार्बोनेट (पीसी) अपने ताप प्रतिरोध, यूवी प्रतिरोध और उच्च कठोरता के कारण आशाजनक है। पॉलीकार्बोनेट को संसाधित करने के लिए आवश्यक अतिरिक्त तकनीकी और वित्तीय निवेश के कारण, पहले प्रोटोटाइप का उत्पादन करने के लिए एथिलीन ग्लाइकॉल संशोधित पॉलीथीन टेरेफ्थेलेट (पीईटीजी) का उपयोग किया गया था। थर्मल तनाव और घटक विरूपण के कम जोखिम के साथ अपेक्षाकृत कम तापमान पर इसे संसाधित करना विशेष रूप से आसान है। यहां दिखाया गया प्रोटोटाइप पीआईपीजी नामक पुनर्नवीनीकरण पीईटीजी से बनाया गया है। सामग्री को पहले कम से कम 4 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर सुखाया गया और 20% ग्लास फाइबर सामग्री के साथ दानों में संसाधित किया गया [17]।
चिपकने वाला पॉलिमर कोर संरचना और पतले कांच के ढक्कन के बीच एक मजबूत बंधन प्रदान करता है। जब मिश्रित पैनलों को झुकने वाले भार के अधीन किया जाता है, तो चिपकने वाले जोड़ों को कतरनी तनाव के अधीन किया जाता है। इसलिए, एक सख्त चिपकने वाले पदार्थ को प्राथमिकता दी जाती है और यह विक्षेपण को कम कर सकता है। साफ़ कांच से जुड़े होने पर साफ़ चिपकने वाले पदार्थ उच्च दृश्य गुणवत्ता प्रदान करने में भी मदद करते हैं। चिपकने वाला चुनते समय एक अन्य महत्वपूर्ण कारक विनिर्माण क्षमता और स्वचालित उत्पादन प्रक्रियाओं में एकीकरण है। यहां लचीले इलाज समय के साथ यूवी इलाज चिपकने वाले कवर परतों की स्थिति को काफी सरल बना सकते हैं। प्रारंभिक परीक्षणों के आधार पर, पतले ग्लास मिश्रित पैनलों के लिए उनकी उपयुक्तता के लिए चिपकने की एक श्रृंखला का परीक्षण किया गया था [18]। Loctite® AA 3345™ UV इलाज योग्य एक्रिलेट [19] निम्नलिखित प्रक्रिया के लिए विशेष रूप से उपयुक्त साबित हुआ।
एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की संभावनाओं और पतले ग्लास के लचीलेपन का लाभ उठाने के लिए, पूरी प्रक्रिया को डिजिटल और पैरामीट्रिक रूप से काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। ग्रासहॉपर का उपयोग विज़ुअल प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस के रूप में किया जाता है, जो विभिन्न कार्यक्रमों के बीच इंटरफेस से बचता है। सभी विषय (इंजीनियरिंग, इंजीनियरिंग और विनिर्माण) ऑपरेटर से सीधे फीडबैक के साथ एक फ़ाइल में एक दूसरे का समर्थन और पूरक होंगे। अध्ययन के इस चरण में, वर्कफ़्लो अभी भी विकास के अधीन है और चित्र 2 में दिखाए गए पैटर्न का पालन करता है। विभिन्न उद्देश्यों को विषयों के भीतर श्रेणियों में समूहीकृत किया जा सकता है।
यद्यपि इस पेपर में सैंडविच पैनल का उत्पादन उपयोगकर्ता-केंद्रित डिजाइन और निर्माण तैयारी के साथ स्वचालित किया गया है, व्यक्तिगत इंजीनियरिंग उपकरणों का एकीकरण और सत्यापन पूरी तरह से महसूस नहीं किया गया है। मुखौटा ज्यामिति के पैरामीट्रिक डिजाइन के आधार पर, इमारत के बाहरी आवरण को मैक्रो स्तर (मुखौटा) और मेसो (मुखौटा पैनल) पर डिजाइन करना संभव है। दूसरे चरण में, इंजीनियरिंग फीडबैक लूप का उद्देश्य सुरक्षा और उपयुक्तता के साथ-साथ पर्दे की दीवार के निर्माण की व्यवहार्यता का मूल्यांकन करना है। अंत में, परिणामी पैनल डिजिटल उत्पादन के लिए तैयार हैं। प्रोग्राम विकसित कोर संरचना को मशीन-पठनीय जी-कोड में संसाधित करता है और इसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, सबट्रैक्टिव पोस्ट-प्रोसेसिंग और ग्लास बॉन्डिंग के लिए तैयार करता है।
डिज़ाइन प्रक्रिया पर दो अलग-अलग स्तरों पर विचार किया जाता है। इस तथ्य के अलावा कि अग्रभागों का स्थूल आकार प्रत्येक समग्र पैनल की ज्यामिति को प्रभावित करता है, कोर की टोपोलॉजी को भी मेसो स्तर पर डिजाइन किया जा सकता है। पैरामीट्रिक अग्रभाग मॉडल का उपयोग करते समय, आकृति और उपस्थिति को चित्र 3 में दिखाए गए स्लाइडर्स का उपयोग करके उदाहरण के अग्रभाग अनुभागों से प्रभावित किया जा सकता है। इस प्रकार, कुल सतह में एक उपयोगकर्ता-परिभाषित स्केलेबल सतह होती है जिसे बिंदु आकर्षितकर्ताओं का उपयोग करके विकृत किया जा सकता है और संशोधित किया जा सकता है विरूपण की न्यूनतम और अधिकतम डिग्री निर्दिष्ट करना। यह भवन लिफाफों के डिजाइन में उच्च स्तर का लचीलापन प्रदान करता है। हालाँकि, स्वतंत्रता की यह डिग्री तकनीकी और विनिर्माण बाधाओं द्वारा सीमित है, जिसे बाद में इंजीनियरिंग भाग में एल्गोरिदम द्वारा निभाया जाता है।
पूरे अग्रभाग की ऊंचाई और चौड़ाई के अलावा, अग्रभाग पैनलों का विभाजन भी निर्धारित किया जाता है। जहां तक ​​व्यक्तिगत अग्रभाग पैनलों का सवाल है, उन्हें मेसो स्तर पर अधिक सटीक रूप से परिभाषित किया जा सकता है। यह मुख्य संरचना की टोपोलॉजी के साथ-साथ कांच की मोटाई को भी प्रभावित करता है। इन दो चर, साथ ही पैनल के आकार का मैकेनिकल इंजीनियरिंग मॉडलिंग के साथ एक महत्वपूर्ण संबंध है। संपूर्ण मैक्रो और मेसो स्तर का डिज़ाइन और विकास संरचना, कार्य, सौंदर्यशास्त्र और उत्पाद डिज़ाइन की चार श्रेणियों में अनुकूलन के संदर्भ में किया जा सकता है। उपयोगकर्ता इन क्षेत्रों को प्राथमिकता देकर भवन के समग्र स्वरूप और अनुभव को विकसित कर सकते हैं।
प्रोजेक्ट को फीडबैक लूप का उपयोग करके इंजीनियरिंग भाग द्वारा समर्थित किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, लक्ष्यों और सीमा स्थितियों को चित्र 2 में दिखाए गए अनुकूलन श्रेणी में परिभाषित किया गया है। वे ऐसे गलियारे प्रदान करते हैं जो तकनीकी रूप से व्यवहार्य, शारीरिक रूप से मजबूत और इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से निर्माण के लिए सुरक्षित हैं, जिसका डिजाइन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। यह विभिन्न उपकरणों के लिए शुरुआती बिंदु है जिन्हें सीधे ग्रासहॉपर में एकीकृत किया जा सकता है। आगे की जांच में, यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन परिमित तत्व विश्लेषण (एफईएम) या यहां तक ​​​​कि विश्लेषणात्मक गणनाओं का उपयोग करके किया जा सकता है।
इसके अलावा, सौर विकिरण अध्ययन, लाइन-ऑफ़-विज़न विश्लेषण, और धूप अवधि मॉडलिंग भवन निर्माण भौतिकी पर समग्र पैनलों के प्रभाव का मूल्यांकन कर सकते हैं। यह महत्वपूर्ण है कि डिज़ाइन प्रक्रिया की गति, दक्षता और लचीलेपन को अत्यधिक सीमित न किया जाए। इस प्रकार, यहां प्राप्त परिणाम डिज़ाइन प्रक्रिया को अतिरिक्त मार्गदर्शन और समर्थन प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और डिज़ाइन प्रक्रिया के अंत में विस्तृत विश्लेषण और औचित्य का विकल्प नहीं हैं। यह रणनीतिक योजना सिद्ध परिणामों के लिए आगे के श्रेणीबद्ध अनुसंधान की नींव रखती है। उदाहरण के लिए, विभिन्न भार और समर्थन स्थितियों के तहत मिश्रित पैनलों के यांत्रिक व्यवहार के बारे में अभी तक बहुत कम जानकारी है।
एक बार डिज़ाइन और इंजीनियरिंग पूरी हो जाने पर, मॉडल डिजिटल उत्पादन के लिए तैयार है। विनिर्माण प्रक्रिया को चार उप-चरणों में विभाजित किया गया है (चित्र 4)। सबसे पहले, मुख्य संरचना को बड़े पैमाने पर रोबोटिक 3डी प्रिंटिंग सुविधा का उपयोग करके योगात्मक रूप से निर्मित किया गया था। फिर अच्छी बॉन्डिंग के लिए आवश्यक सतह की गुणवत्ता में सुधार के लिए उसी रोबोटिक प्रणाली का उपयोग करके सतह को पिघलाया जाता है। मिलिंग के बाद, प्रिंटिंग और मिलिंग प्रक्रिया के लिए उपयोग किए जाने वाले उसी रोबोटिक सिस्टम पर लगे विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए डोजिंग सिस्टम का उपयोग करके मुख्य संरचना पर चिपकने वाला लगाया जाता है। अंत में, ग्लास को बंधे हुए जोड़ के यूवी इलाज से पहले स्थापित और बिछाया जाता है।
एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए, अंतर्निहित संरचना की परिभाषित टोपोलॉजी को सीएनसी मशीन भाषा (जीकोड) में अनुवादित किया जाना चाहिए। एक समान और उच्च गुणवत्ता वाले परिणामों के लिए, लक्ष्य प्रत्येक परत को एक्सट्रूडर नोजल को गिराए बिना प्रिंट करना है। यह आंदोलन की शुरुआत और अंत में अवांछित दबाव को रोकता है। इसलिए, उपयोग किए जा रहे सेल पैटर्न के लिए एक सतत प्रक्षेपवक्र पीढ़ी स्क्रिप्ट लिखी गई थी। यह समान प्रारंभ और अंत बिंदुओं के साथ एक पैरामीट्रिक निरंतर पॉलीलाइन बनाएगा, जो डिज़ाइन के अनुसार चयनित पैनल आकार, छत्ते की संख्या और आकार के अनुकूल होगा। इसके अलावा, मुख्य संरचना की वांछित ऊंचाई प्राप्त करने के लिए लाइनें बिछाने से पहले लाइन की चौड़ाई और लाइन की ऊंचाई जैसे पैरामीटर निर्दिष्ट किए जा सकते हैं। स्क्रिप्ट में अगला चरण जी-कोड कमांड लिखना है।
यह अतिरिक्त मशीन जानकारी जैसे पोजिशनिंग और एक्सट्रूज़न वॉल्यूम नियंत्रण के लिए अन्य प्रासंगिक अक्षों के साथ लाइन पर प्रत्येक बिंदु के निर्देशांक को रिकॉर्ड करके किया जाता है। परिणामी जी-कोड को फिर उत्पादन मशीनों में स्थानांतरित किया जा सकता है। इस उदाहरण में, जी-कोड (चित्रा 5) के अनुसार सीईएडी ई25 एक्सट्रूडर को नियंत्रित करने के लिए एक रैखिक रेल पर कोमाउ एनजे165 औद्योगिक रोबोट बांह का उपयोग किया जाता है। पहले प्रोटोटाइप में 20% ग्लास फाइबर सामग्री के साथ पोस्ट-इंडस्ट्रियल PETG का उपयोग किया गया था। यांत्रिक परीक्षण के संदर्भ में, लक्ष्य आकार निर्माण उद्योग के आकार के करीब है, इसलिए मुख्य तत्व के आयाम 6 × 4 हनीकॉम्ब कोशिकाओं के साथ 1983 × 876 मिमी हैं। 6 मिमी और 2 मिमी ऊंचा।
प्रारंभिक परीक्षणों से पता चला है कि चिपकने वाले और 3डी प्रिंटिंग रेजिन के बीच चिपकने वाली ताकत में उसकी सतह के गुणों के आधार पर अंतर होता है। ऐसा करने के लिए, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग परीक्षण नमूनों को कांच से चिपकाया जाता है या टुकड़े टुकड़े किया जाता है और तनाव या कतरनी के अधीन किया जाता है। मिलिंग द्वारा पॉलिमर सतह की प्रारंभिक यांत्रिक प्रसंस्करण के दौरान, ताकत में काफी वृद्धि हुई (छवि 6)। इसके अलावा, यह कोर की समतलता में सुधार करता है और अति-एक्सट्रूज़न के कारण होने वाले दोषों को रोकता है। यहां उपयोग किया जाने वाला यूवी इलाज योग्य LOCTITE® AA 3345™ [19] एक्रिलेट प्रसंस्करण स्थितियों के प्रति संवेदनशील है।
इसके परिणामस्वरूप अक्सर बांड परीक्षण नमूनों के लिए उच्च मानक विचलन होता है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के बाद, कोर संरचना को प्रोफाइल मिलिंग मशीन पर मिलाया गया। इस ऑपरेशन के लिए आवश्यक जी-कोड 3डी प्रिंटिंग प्रक्रिया के लिए पहले से ही बनाए गए टूलपाथ से स्वचालित रूप से उत्पन्न होता है। कोर संरचना को इच्छित कोर ऊंचाई से थोड़ा अधिक मुद्रित करने की आवश्यकता है। इस उदाहरण में, 18 मिमी मोटी कोर संरचना को घटाकर 14 मिमी कर दिया गया है।
विनिर्माण प्रक्रिया का यह हिस्सा पूर्ण स्वचालन के लिए एक बड़ी चुनौती है। चिपकने वाले पदार्थों का उपयोग मशीनों की सटीकता और परिशुद्धता पर उच्च मांग रखता है। कोर संरचना के साथ चिपकने वाला लगाने के लिए वायवीय खुराक प्रणाली का उपयोग किया जाता है। यह परिभाषित उपकरण पथ के अनुसार मिलिंग सतह पर रोबोट द्वारा निर्देशित होता है। यह पता चला है कि पारंपरिक डिस्पेंसिंग टिप को ब्रश से बदलना विशेष रूप से फायदेमंद है। यह कम चिपचिपाहट वाले चिपकने वाले को मात्रा के अनुसार समान रूप से वितरित करने की अनुमति देता है। यह मात्रा सिस्टम में दबाव और रोबोट की गति से निर्धारित होती है। अधिक सटीकता और उच्च बॉन्डिंग गुणवत्ता के लिए, 200 से 800 मिमी/मिनट की कम यात्रा गति को प्राथमिकता दी जाती है।
1500 एमपीए*एस की औसत चिपचिपाहट के साथ एक्रिलेट को 0.3 से 0.6 एमबार के लागू दबाव पर 0.84 मिमी के आंतरिक व्यास और 5 की ब्रश चौड़ाई के साथ एक डोजिंग ब्रश का उपयोग करके पॉलिमर कोर की 6 मिमी चौड़ी दीवार पर लगाया गया था। मिमी. फिर चिपकने वाला सब्सट्रेट की सतह पर फैलाया जाता है और सतह के तनाव के कारण 1 मिमी मोटी परत बनाता है। चिपकने वाली मोटाई का सटीक निर्धारण अभी तक स्वचालित नहीं किया जा सकता है। चिपकने वाला पदार्थ चुनने के लिए प्रक्रिया की अवधि एक महत्वपूर्ण मानदंड है। यहां निर्मित मुख्य संरचना की ट्रैक लंबाई 26 मीटर है और इसलिए आवेदन का समय 30 से 60 मिनट है।
चिपकने वाला पदार्थ लगाने के बाद, डबल-घुटा हुआ खिड़की को उसकी जगह पर स्थापित करें। सामग्री की कम मोटाई के कारण, पतला कांच पहले से ही अपने वजन से दृढ़ता से विकृत हो जाता है और इसलिए इसे यथासंभव समान रूप से रखा जाना चाहिए। इसके लिए, समय-फैलाने वाले सक्शन कप के साथ वायवीय ग्लास सक्शन कप का उपयोग किया जाता है। इसे क्रेन का उपयोग करके घटक पर रखा जाता है, और भविष्य में इसे सीधे रोबोट का उपयोग करके रखा जा सकता है। कांच की प्लेट को चिपकने वाली परत पर कोर की सतह के समानांतर रखा गया था। हल्के वजन के कारण, एक अतिरिक्त ग्लास प्लेट (4 से 6 मिमी मोटी) उस पर दबाव बढ़ाती है।
परिणाम स्वरूप मुख्य संरचना के साथ-साथ कांच की सतह पूरी तरह से गीली हो जानी चाहिए, जैसा कि दृश्य रंग अंतर के प्रारंभिक दृश्य निरीक्षण से तय किया जा सकता है। आवेदन प्रक्रिया अंतिम बंधुआ जोड़ की गुणवत्ता पर भी महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है। एक बार जुड़ने के बाद, कांच के पैनलों को नहीं हिलाया जाना चाहिए क्योंकि इसके परिणामस्वरूप कांच पर चिपकने वाला अवशेष दिखाई देगा और वास्तविक चिपकने वाली परत में दोष होंगे। अंत में, चिपकने वाले को 365 एनएम की तरंग दैर्ध्य पर यूवी विकिरण से ठीक किया जाता है। ऐसा करने के लिए, 6 mW/cm2 की शक्ति घनत्व वाला एक UV लैंप धीरे-धीरे 60 सेकंड के लिए संपूर्ण चिपकने वाली सतह पर गुजारा जाता है।
यहां चर्चा की गई एडिटिवली फैब्रिकेटेड पॉलिमर कोर के साथ हल्के और अनुकूलन योग्य पतले ग्लास मिश्रित पैनलों की अवधारणा भविष्य के अग्रभागों में उपयोग के लिए है। इस प्रकार, मिश्रित पैनलों को लागू मानकों का पालन करना चाहिए और सेवा सीमा राज्यों (एसएलएस), अंतिम शक्ति सीमा राज्यों (यूएलएस) और सुरक्षा आवश्यकताओं की आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए। इसलिए, मिश्रित पैनल सुरक्षित, मजबूत और इतने कठोर होने चाहिए कि वे बिना टूटे या अत्यधिक विरूपण के भार (जैसे सतह भार) का सामना कर सकें। पहले से निर्मित पतले ग्लास मिश्रित पैनलों (जैसा कि यांत्रिक परीक्षण अनुभाग में वर्णित है) की यांत्रिक प्रतिक्रिया की जांच करने के लिए, उन्हें अगले उपधारा में वर्णित अनुसार पवन भार परीक्षणों के अधीन किया गया था।
भौतिक परीक्षण का उद्देश्य हवा के भार के तहत बाहरी दीवारों के मिश्रित पैनलों के यांत्रिक गुणों का अध्ययन करना है। इस प्रयोजन के लिए, 3 मिमी मोटी पूर्ण टेम्पर्ड ग्लास बाहरी शीट और 14 मिमी मोटी एडिटिवली फैब्रिकेटेड कोर (PIPG-GF20 से) से युक्त मिश्रित पैनल ऊपर वर्णित अनुसार हेंकेल लोक्टाइट एए 3345 चिपकने वाले (चित्र 7 बाएं) का उपयोग करके निर्मित किए गए थे। )). . फिर समग्र पैनलों को धातु के पेंचों के साथ लकड़ी के समर्थन फ्रेम से जोड़ा जाता है जो लकड़ी के फ्रेम के माध्यम से और मुख्य संरचना के किनारों में संचालित होते हैं। परिधि के चारों ओर रैखिक समर्थन स्थितियों को यथासंभव निकट से पुन: उत्पन्न करने के लिए पैनल की परिधि के चारों ओर 30 स्क्रू लगाए गए थे (चित्र 7 में बाईं ओर काली रेखा देखें)।
फिर समग्र पैनल के पीछे हवा का दबाव या हवा का सक्शन लागू करके परीक्षण फ्रेम को बाहरी परीक्षण दीवार पर सील कर दिया गया (चित्र 7, ऊपर दाईं ओर)। डेटा रिकॉर्ड करने के लिए एक डिजिटल सहसंबंध प्रणाली (डीआईसी) का उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, मिश्रित पैनल के बाहरी ग्लास को एक पतली इलास्टिक शीट से ढक दिया जाता है, जिस पर मोती जैसा शोर पैटर्न मुद्रित होता है (चित्र 7, नीचे दाईं ओर)। डीआईसी संपूर्ण कांच की सतह पर सभी माप बिंदुओं की सापेक्ष स्थिति को रिकॉर्ड करने के लिए दो कैमरों का उपयोग करता है। प्रति सेकंड दो छवियाँ रिकॉर्ड की गईं और मूल्यांकन के लिए उपयोग की गईं। मिश्रित पैनलों से घिरे कक्ष में दबाव को पंखे के माध्यम से 1000 Pa वृद्धि में अधिकतम 4000 Pa तक बढ़ाया जाता है, ताकि प्रत्येक लोड स्तर 10 सेकंड तक बना रहे।
प्रयोग की भौतिक संरचना को समान ज्यामितीय आयामों के साथ एक संख्यात्मक मॉडल द्वारा भी दर्शाया गया है। इसके लिए संख्यात्मक प्रोग्राम Ansys मैकेनिकल का उपयोग किया जाता है। मुख्य संरचना ज्यामितीय जाल थी जिसमें कांच के लिए 20 मिमी पक्षों के साथ SOLID 185 हेक्सागोनल तत्वों और 3 मिमी पक्षों के साथ SOLID 187 टेट्राहेड्रल तत्वों का उपयोग किया गया था। मॉडलिंग को सरल बनाने के लिए, अध्ययन के इस चरण में, यहां यह माना गया है कि उपयोग किया जाने वाला एक्रिलेट आदर्श रूप से कठोर और पतला है, और इसे ग्लास और मुख्य सामग्री के बीच एक कठोर बंधन के रूप में परिभाषित किया गया है।
मिश्रित पैनल कोर के बाहर एक सीधी रेखा में तय किए गए हैं, और ग्लास पैनल 4000 पीए के सतह दबाव भार के अधीन है। हालांकि मॉडलिंग में ज्यामितीय गैर-रैखिकता को ध्यान में रखा गया था, इस चरण में केवल रैखिक सामग्री मॉडल का उपयोग किया गया था अध्ययन। यद्यपि यह कांच की रैखिक लोचदार प्रतिक्रिया (ई = 70,000 एमपीए) के लिए एक वैध धारणा है, (विस्कोइलास्टिक) बहुलक कोर सामग्री [17] के निर्माता की डेटा शीट के अनुसार, रैखिक कठोरता ई = 8245 एमपीए का उपयोग किया गया था वर्तमान विश्लेषण पर कठोरता से विचार किया जाना चाहिए और भविष्य के शोध में इसका अध्ययन किया जाएगा।
यहां प्रस्तुत परिणामों का मूल्यांकन मुख्य रूप से 4000 Pa (=ˆ4kN/m2) तक के अधिकतम पवन भार पर विकृति के लिए किया जाता है। इसके लिए, डीआईसी विधि द्वारा रिकॉर्ड की गई छवियों की तुलना संख्यात्मक सिमुलेशन (एफईएम) के परिणामों से की गई (चित्र 8, नीचे दाईं ओर)। जबकि किनारे क्षेत्र (यानी, पैनल परिधि) में "आदर्श" रैखिक समर्थन के साथ 0 मिमी के आदर्श कुल तनाव की गणना एफईएम में की जाती है, डीआईसी का मूल्यांकन करते समय किनारे क्षेत्र के भौतिक विस्थापन को ध्यान में रखा जाना चाहिए। यह परीक्षण फ्रेम और इसकी सील की स्थापना सहनशीलता और विरूपण के कारण है। तुलना के लिए, किनारे क्षेत्र में औसत विस्थापन (चित्र 8 में धराशायी सफेद रेखा) को पैनल के केंद्र में अधिकतम विस्थापन से घटा दिया गया था। डीआईसी और एफईए द्वारा निर्धारित विस्थापनों की तुलना तालिका 1 में की गई है और चित्र 8 के ऊपरी बाएं कोने में ग्राफिक रूप से दिखाया गया है।
प्रायोगिक मॉडल के चार लागू लोड स्तरों का उपयोग एफईएम में मूल्यांकन और मूल्यांकन के लिए नियंत्रण बिंदु के रूप में किया गया था। अनलोड किए गए राज्य में मिश्रित प्लेट का अधिकतम केंद्रीय विस्थापन 2.18 मिमी पर 4000 पीए के लोड स्तर पर डीआईसी माप द्वारा निर्धारित किया गया था। जबकि कम भार (2000 पीए तक) पर एफईए विस्थापन अभी भी प्रयोगात्मक मूल्यों को सटीक रूप से पुन: उत्पन्न कर सकता है, उच्च भार पर तनाव में गैर-रेखीय वृद्धि की सटीक गणना नहीं की जा सकती है।
हालाँकि, अध्ययनों से पता चला है कि मिश्रित पैनल अत्यधिक हवा के भार का सामना कर सकते हैं। हल्के पैनलों की उच्च कठोरता विशेष रूप से सामने आती है। किरचॉफ प्लेटों के रैखिक सिद्धांत [20] पर आधारित विश्लेषणात्मक गणनाओं का उपयोग करते हुए, 4000 Pa पर 2.18 मिमी की विकृति समान सीमा स्थितियों के तहत 12 मिमी मोटी एकल ग्लास प्लेट की विकृति से मेल खाती है। परिणामस्वरूप, इस मिश्रित पैनल में ग्लास की मोटाई (जो उत्पादन में ऊर्जा गहन है) को 2 x 3 मिमी ग्लास तक कम किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप 50% की सामग्री बचत होती है। पैनल के कुल वजन को कम करने से असेंबली के संदर्भ में अतिरिक्त लाभ मिलता है। जबकि 30 किलो के मिश्रित पैनल को दो लोग आसानी से संभाल सकते हैं, पारंपरिक 50 किलो के ग्लास पैनल को सुरक्षित रूप से स्थानांतरित करने के लिए तकनीकी सहायता की आवश्यकता होती है। यांत्रिक व्यवहार को सटीक रूप से प्रस्तुत करने के लिए, भविष्य के अध्ययनों में अधिक विस्तृत संख्यात्मक मॉडल की आवश्यकता होगी। पॉलिमर और चिपकने वाले बंधन मॉडलिंग के लिए अधिक व्यापक गैर-रेखीय सामग्री मॉडल के साथ परिमित तत्व विश्लेषण को और बढ़ाया जा सकता है।
निर्माण उद्योग में आर्थिक और पर्यावरणीय प्रदर्शन को बेहतर बनाने में डिजिटल प्रक्रियाओं का विकास और सुधार महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसके अलावा, अग्रभागों में पतले कांच का उपयोग ऊर्जा और संसाधन बचत का वादा करता है और वास्तुकला के लिए नई संभावनाएं खोलता है। हालाँकि, कांच की छोटी मोटाई के कारण, कांच को पर्याप्त रूप से मजबूत करने के लिए नए डिज़ाइन समाधान की आवश्यकता होती है। इसलिए, इस आलेख में प्रस्तुत अध्ययन पतले ग्लास और बंधे हुए प्रबलित 3डी मुद्रित पॉलिमर कोर संरचनाओं से बने मिश्रित पैनलों की अवधारणा का पता लगाता है। डिज़ाइन से लेकर उत्पादन तक की पूरी उत्पादन प्रक्रिया को डिजिटल और स्वचालित कर दिया गया है। ग्रासहॉपर की मदद से, भविष्य के अग्रभागों में पतले ग्लास मिश्रित पैनलों के उपयोग को सक्षम करने के लिए एक फ़ाइल-टू-फ़ैक्टरी वर्कफ़्लो विकसित किया गया था।
पहले प्रोटोटाइप के उत्पादन ने रोबोटिक निर्माण की व्यवहार्यता और चुनौतियों का प्रदर्शन किया। जबकि एडिटिव और सबट्रैक्टिव मैन्युफैक्चरिंग पहले से ही अच्छी तरह से एकीकृत है, विशेष रूप से पूरी तरह से स्वचालित चिपकने वाला अनुप्रयोग और असेंबली भविष्य के शोध में अतिरिक्त चुनौतियों का सामना करती है। प्रारंभिक यांत्रिक परीक्षण और संबंधित परिमित तत्व अनुसंधान मॉडलिंग के माध्यम से, यह दिखाया गया है कि हल्के और पतले फाइबरग्लास पैनल अत्यधिक हवा भार की स्थिति में भी, अपने इच्छित अग्रभाग अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त झुकने की कठोरता प्रदान करते हैं। लेखकों का चल रहा शोध अग्रभाग अनुप्रयोगों के लिए डिजिटल रूप से निर्मित पतले ग्लास मिश्रित पैनलों की क्षमता का पता लगाएगा और उनकी प्रभावशीलता का प्रदर्शन करेगा।
लेखक इस शोध कार्य से जुड़े सभी समर्थकों को धन्यवाद देना चाहते हैं। एक एक्सट्रूडर और एक मिलिंग डिवाइस के साथ मैनिपुलेटर की खरीद के लिए वित्तीय संसाधन प्रदान करने के लिए अनुदान संख्या के रूप में यूरोपीय संघ के फंड से वित्त पोषित ईएफआरई एसएबी फंडिंग कार्यक्रम के लिए धन्यवाद। 100537005. इसके अलावा, AiF-ZIM को Glaswerkstätten Glas Ahne के सहयोग से Glasfur3D अनुसंधान परियोजना (अनुदान संख्या ZF4123725WZ9) के वित्तपोषण के लिए मान्यता दी गई थी, जिसने इस शोध कार्य के लिए महत्वपूर्ण सहायता प्रदान की। अंत में, फ्रेडरिक सीमेंस प्रयोगशाला और उसके सहयोगी, विशेष रूप से फेलिक्स हेगेवाल्ड और छात्र सहायक जोनाथन होल्ज़र, निर्माण और भौतिक परीक्षण के तकनीकी समर्थन और कार्यान्वयन को स्वीकार करते हैं जिसने इस पेपर का आधार बनाया।