डिजिटल रूपमा निर्मित पातलो गिलास कम्पोजिट अनुहार प्यानलहरूको प्रोटोटाइपहरू

पातलो गिलासको प्रयोगले निर्माण उद्योगमा विभिन्न कार्यहरू पूरा गर्ने प्रतिज्ञा गर्दछ। स्रोतहरूको अधिक कुशल प्रयोगको वातावरणीय फाइदाहरूको अतिरिक्त, आर्किटेक्टहरूले डिजाइन स्वतन्त्रताको नयाँ डिग्री प्राप्त गर्न पातलो गिलास प्रयोग गर्न सक्छन्। स्यान्डविच सिद्धान्तको आधारमा, लचिलो पातलो गिलासलाई थ्रीडी प्रिन्टेड ओपन-सेल पोलिमर कोरसँग मिलाएर धेरै कठोर र हल्का तौल बनाउन सकिन्छ। मिश्रित तत्वहरू। यस लेखले औद्योगिक रोबोटहरू प्रयोग गरेर पातलो गिलास-कम्पोजिट फेसेड प्यानलहरूको डिजिटल निर्माणमा अन्वेषणात्मक प्रयास प्रस्तुत गर्दछ। यसले कम्प्युटर-एडेड डिजाइन (CAD), ईन्जिनियरिङ् (CAE), र निर्माण (CAM) सहित फ्याक्ट्री-टु-फ्याक्ट्री कार्यप्रवाहहरू डिजिटलाइज गर्ने अवधारणाको व्याख्या गर्दछ। अध्ययनले एक प्यारामेट्रिक डिजाइन प्रक्रिया प्रदर्शन गर्दछ जसले डिजिटल विश्लेषण उपकरणहरूको सहज एकीकरण सक्षम गर्दछ।
थप रूपमा, यो प्रक्रियाले डिजिटल रूपमा पातलो गिलास कम्पोजिट प्यानलहरू निर्माण गर्ने सम्भाव्यता र चुनौतीहरू प्रदर्शन गर्दछ। औद्योगिक रोबोट हातले गर्ने केही निर्माण चरणहरू, जस्तै ठूला-ढाँचा थप्ने निर्माण, सतह मेसिनिङ, ग्लुइङ र असेंबली प्रक्रियाहरू, यहाँ व्याख्या गरिएको छ। अन्तमा, पहिलो पटक, कम्पोजिट प्यानलहरूको मेकानिकल गुणहरूको गहिरो बुझाइ प्रयोगात्मक र संख्यात्मक अध्ययनहरू र सतह लोडिङ अन्तर्गत मिश्रित प्यानलहरूको मेकानिकल गुणहरूको मूल्याङ्कन मार्फत प्राप्त गरिएको छ। डिजिटल डिजाइन र निर्माण कार्यप्रवाहको समग्र अवधारणा, साथै प्रयोगात्मक अध्ययनका नतिजाहरूले आकार परिभाषा र विश्लेषण विधिहरूको थप एकीकरणको लागि आधार प्रदान गर्दछ, साथै भविष्यका अध्ययनहरूमा व्यापक मेकानिस्टिक अध्ययनहरू सञ्चालन गर्नका लागि।
डिजिटल उत्पादन विधिहरूले हामीलाई परम्परागत विधिहरू परिवर्तन गरेर र नयाँ डिजाइन सम्भावनाहरू प्रदान गरेर उत्पादन सुधार गर्न अनुमति दिन्छ [१]। परम्परागत निर्माण विधिहरूले लागत, आधारभूत ज्यामिति, र सुरक्षाको सन्दर्भमा सामाग्रीको अत्यधिक प्रयोग गर्ने गर्दछ। निर्माणलाई कारखानामा सारेर, नयाँ डिजाइन विधिहरू लागू गर्न मोड्युलर प्रिफेब्रिकेशन र रोबोटिक्स प्रयोग गरेर, सामग्रीहरू सुरक्षामा सम्झौता नगरी कुशलतापूर्वक प्रयोग गर्न सकिन्छ। डिजिटल निर्माणले हामीलाई थप विविध, प्रभावकारी र महत्वाकांक्षी ज्यामितीय आकारहरू सिर्जना गर्न हाम्रो डिजाइन कल्पनालाई विस्तार गर्न अनुमति दिन्छ। जबकि डिजाइन र गणना प्रक्रियाहरू धेरै हदसम्म डिजिटलाइज गरिएको छ, उत्पादन र असेंबली अझै पनि परम्परागत तरिकामा हातले गरिन्छ। बढ्दो जटिल फ्रि-फार्म संरचनाहरूसँग सामना गर्न, डिजिटल निर्माण प्रक्रियाहरू बढ्दो महत्त्वपूर्ण हुँदै गइरहेका छन्। स्वतन्त्रता र डिजाइन लचिलोपनको चाहना, विशेष गरी जब यो अनुहारको कुरा आउँछ, निरन्तर बढिरहेको छ। भिजुअल इफेक्टको अतिरिक्त, फ्रि-फार्म फेसेडहरूले तपाईंलाई थप प्रभावकारी संरचनाहरू सिर्जना गर्न अनुमति दिन्छ, उदाहरणका लागि, झिल्ली प्रभावहरू प्रयोग गरेर [२]। थप रूपमा, डिजिटल निर्माण प्रक्रियाहरूको ठूलो सम्भावना तिनीहरूको दक्षता र डिजाइन अप्टिमाइजेसनको सम्भावनामा निहित छ।
यो लेखले कसरी डिजिटल टेक्नोलोजीलाई अभिनव कम्पोजिट फेसेड प्यानल डिजाइन र निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ भनेर अन्वेषण गर्दछ जसमा थप रूपमा निर्मित पोलिमर कोर र बन्डेड पातलो गिलास बाहिरी प्यानलहरू समावेश छन्। पातलो गिलासको प्रयोगसँग सम्बन्धित नयाँ वास्तु सम्भाव्यताहरूको अतिरिक्त, वातावरणीय र आर्थिक मापदण्डहरू पनि भवनको खाम निर्माण गर्न कम सामग्री प्रयोग गर्नको लागि महत्त्वपूर्ण प्रेरणा भएको छ। जलवायु परिवर्तन, स्रोतको अभाव र भविष्यमा बढ्दो उर्जाको मूल्यको साथ, गिलासलाई स्मार्ट प्रयोग गर्नुपर्छ। इलेक्ट्रोनिक्स उद्योगबाट २ मिलिमिटरभन्दा कम बाक्लो पातलो गिलासको प्रयोगले अनुहारलाई हल्का बनाउँछ र कच्चा पदार्थको प्रयोगलाई कम गर्छ।
पातलो गिलासको उच्च लचिलोपनको कारण, यसले आर्किटेक्चरल अनुप्रयोगहरूको लागि नयाँ सम्भावनाहरू खोल्छ र एकै समयमा नयाँ इन्जिनियरिङ चुनौतीहरू खडा गर्दछ [3,4,5,6]। जबकि पातलो गिलास प्रयोग गरेर अनुहार परियोजनाहरूको हालको कार्यान्वयन सीमित छ, पातलो गिलास बढ्दो रूपमा सिभिल इन्जिनियरिङ् र वास्तुकला अध्ययनहरूमा प्रयोग भइरहेको छ। पातलो गिलासको लोचदार विरूपणको उच्च क्षमताको कारण, अनुहारमा यसको प्रयोगलाई प्रबलित संरचनात्मक समाधानहरू चाहिन्छ [7]। घुमाउरो ज्यामिति [८] को कारणले झिल्ली प्रभावको शोषण गर्नुको अतिरिक्त, जडताको क्षणलाई बहु-तह संरचनाद्वारा पनि बढाउन सकिन्छ जसमा बहु-तहको पोलिमर कोर र टाँसिएको पातलो गिलास बाहिरी पाना हुन्छ। यस दृष्टिकोणले कडा पारदर्शी पोली कार्बोनेट कोरको प्रयोगको कारणले प्रतिज्ञा देखाएको छ, जुन गिलास भन्दा कम घना छ। सकारात्मक मेकानिकल कार्यको अतिरिक्त, अतिरिक्त सुरक्षा मापदण्डहरू पूरा गरियो [9]।
निम्न अध्ययनमा दृष्टिकोण एउटै अवधारणामा आधारित छ, तर एक additively निर्मित ओपन-पोर पारदर्शी कोर प्रयोग गरेर। यसले ज्यामितीय स्वतन्त्रता र डिजाइन सम्भावनाहरूको उच्च डिग्रीको ग्यारेन्टी गर्दछ, साथै भवनको भौतिक कार्यहरूको एकीकरण [१०]। त्यस्ता कम्पोजिट प्यानलहरू मेकानिकल परीक्षण [११] मा विशेष रूपमा प्रभावकारी साबित भएका छन् र ८०% सम्म प्रयोग हुने गिलासको मात्रा घटाउने वाचा गर्छन्। यसले आवश्यक स्रोतहरू मात्र कम गर्दैन, तर प्यानलहरूको तौललाई पनि उल्लेखनीय रूपमा घटाउनेछ, जसले गर्दा संरचनाको दक्षता बढ्छ। तर निर्माणको नयाँ रूपहरूलाई उत्पादनको नयाँ रूपहरू चाहिन्छ। कुशल संरचनाहरूलाई कुशल उत्पादन प्रक्रियाहरू चाहिन्छ। डिजिटल डिजाइनले डिजिटल निर्माणमा योगदान पुर्‍याउँछ। यस लेखले औद्योगिक रोबोटहरूको लागि पातलो गिलास कम्पोजिट प्यानलहरूको डिजिटल निर्माण प्रक्रियाको अध्ययन प्रस्तुत गरेर लेखकको अघिल्लो अनुसन्धान जारी राख्छ। फोकस निर्माण प्रक्रियाको स्वचालन बढाउनको लागि पहिलो ठूलो-ढाँचा प्रोटोटाइपहरूको फाइल-देखि-फ्याक्ट्री कार्यप्रवाहलाई डिजिटलाइज गर्नमा छ।
कम्पोजिट प्यानल (चित्र 1) मा एएम पोलिमर कोर वरिपरि बेरिएको दुई पातलो गिलास ओभरलेहरू हुन्छन्। दुई भाग गोंद संग जोडिएको छ। यस डिजाइनको उद्देश्य सम्पूर्ण खण्डमा लोडलाई सकेसम्म कुशलतापूर्वक वितरण गर्नु हो। झुकाउने क्षणहरूले खोलमा सामान्य तनाव सिर्जना गर्दछ। पार्श्व बलहरूले कोर र टाँस्ने जोडहरूमा कतरनी तनाव उत्पन्न गर्दछ।
स्यान्डविच संरचनाको बाहिरी तह पातलो गिलासबाट बनेको हुन्छ। सिद्धान्तमा, सोडा-चूना सिलिकेट गिलास प्रयोग गरिनेछ। लक्ष्य मोटाई <2 मिमी संग, थर्मल टेम्परिङ प्रक्रिया हालको प्राविधिक सीमा पुग्छ। रासायनिक रूपमा बलियो एल्युमिनोसिलिकेट गिलास विशेष गरी उपयुक्त मान्न सकिन्छ यदि डिजाइन (जस्तै चिसो फोल्ड प्यानलहरू) वा प्रयोग [१२] को कारणले उच्च शक्ति आवश्यक छ। प्रकाश प्रसारण र वातावरणीय सुरक्षा कार्यहरू कम्पोजिटहरूमा प्रयोग हुने अन्य सामग्रीहरूको तुलनामा राम्रो स्क्र्याच प्रतिरोध र अपेक्षाकृत उच्च यंगको मोडुलस जस्ता राम्रो मेकानिकल गुणहरूद्वारा पूरक हुनेछन्। रासायनिक रूपमा कडा पातलो गिलासको लागि उपलब्ध सीमित आकारको कारण, पूर्ण रूपमा टेम्पर्ड 3 मिमी बाक्लो सोडा-लाइम गिलासको प्यानलहरू पहिलो ठूलो स्केल प्रोटोटाइप सिर्जना गर्न प्रयोग गरियो।
समर्थन संरचना कम्पोजिट प्यानल को एक आकार को रूप मा मानिन्छ। लगभग सबै विशेषताहरु यसको द्वारा प्रभावित छन्। थप उत्पादन विधिको लागि धन्यवाद, यो डिजिटल निर्माण प्रक्रियाको केन्द्र पनि हो। थर्मोप्लास्टिक्स फ्यूज द्वारा प्रशोधन गरिन्छ। यसले विशेष अनुप्रयोगहरूको लागि ठूलो संख्यामा विभिन्न बहुलकहरू प्रयोग गर्न सम्भव बनाउँछ। मुख्य तत्वहरूको टोपोलोजीलाई तिनीहरूको प्रकार्यको आधारमा विभिन्न जोड दिएर डिजाइन गर्न सकिन्छ। यस उद्देश्यका लागि, आकार डिजाइनलाई निम्न चार डिजाइन कोटिहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ: संरचनात्मक डिजाइन, कार्यात्मक डिजाइन, सौन्दर्य डिजाइन, र उत्पादन डिजाइन। प्रत्येक श्रेणीको फरक उद्देश्य हुन सक्छ, जसले विभिन्न टोपोलोजीहरू निम्त्याउन सक्छ।
प्रारम्भिक अध्ययनको क्रममा, केही मुख्य डिजाइनहरू तिनीहरूको डिजाइनको उपयुक्तताको लागि परीक्षण गरियो [११]। मेकानिकल दृष्टिकोणबाट, जाइरोस्कोपको तीन-अवधिको न्यूनतम कोर सतह विशेष रूपमा प्रभावकारी हुन्छ। यसले अपेक्षाकृत कम सामग्री खपतमा झुकाउन उच्च मेकानिकल प्रतिरोध प्रदान गर्दछ। सतह क्षेत्रहरूमा पुन: उत्पादन गरिएको सेलुलर आधारभूत संरचनाहरूको अतिरिक्त, टोपोलोजी अन्य आकार खोजी प्रविधिहरूद्वारा पनि उत्पन्न गर्न सकिन्छ। तनाव रेखा जेनरेशन सबैभन्दा कम सम्भावित वजन [१३] मा कठोरता अनुकूलन गर्ने सम्भावित तरिकाहरू मध्ये एक हो। यद्यपि, स्यान्डविच निर्माणमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने हनीकोम्ब संरचना, उत्पादन लाइनको विकासको लागि सुरूवात बिन्दुको रूपमा प्रयोग गरिएको छ। यो आधारभूत रूपले उत्पादनमा द्रुत प्रगतिको लागि नेतृत्व गर्दछ, विशेष गरी सजिलो टूलपाथ प्रोग्रामिंग मार्फत। कम्पोजिट प्यानलहरूमा यसको व्यवहार व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको छ [14, 15, 16] र उपस्थितिलाई प्यारामिटराइजेशन मार्फत धेरै तरिकामा परिवर्तन गर्न सकिन्छ र प्रारम्भिक अनुकूलन अवधारणाहरूको लागि पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ।
त्यहाँ धेरै थर्मोप्लास्टिक पोलिमरहरू छन् जुन बहुलक छनोट गर्दा विचार गर्न सकिन्छ, प्रयोग गरिएको बाहिर निकाल्ने प्रक्रियामा निर्भर गर्दछ। साना-स्तरीय सामग्रीको प्रारम्भिक प्रारम्भिक अध्ययनहरूले अनुहारमा प्रयोगको लागि उपयुक्त मानिने पोलिमरहरूको संख्या घटाएको छ [११]। Polycarbonate (PC) यसको गर्मी प्रतिरोध, UV प्रतिरोध र उच्च कठोरता को कारण आशाजनक छ। पोली कार्बोनेट प्रशोधन गर्न आवश्यक अतिरिक्त प्राविधिक र वित्तीय लगानीको कारण, पहिलो प्रोटोटाइप उत्पादन गर्न इथाइलिन ग्लाइकोल परिमार्जित पोलीथीन टेरेफ्थालेट (PETG) को प्रयोग गरियो। यो थर्मल तनाव र घटक विरूपण को कम जोखिम संग अपेक्षाकृत कम तापमान मा प्रक्रिया गर्न को लागी विशेष गरी सजिलो छ। यहाँ देखाइएको प्रोटोटाइप पुन: प्रयोग गरिएको PETG बाट बनाइएको हो जसलाई PIPG भनिन्छ। सामग्रीलाई प्रारम्भिक रूपमा कम्तिमा 4 घण्टाको लागि 60 डिग्री सेल्सियसमा सुकाइएको थियो र 20% [१७] को गिलास फाइबर सामग्रीको साथ दानाहरूमा प्रशोधन गरिएको थियो।
टाँस्ने बहुलक कोर संरचना र पातलो गिलास ढक्कन बीच बलियो बन्धन प्रदान गर्दछ। जब कम्पोजिट प्यानलहरू झुकाउने भारको अधीनमा हुन्छन्, चिपकने जोइन्टहरू कतरनी तनावको अधीनमा हुन्छन्। त्यसकारण, कडा टाँस्नेलाई प्राथमिकता दिइन्छ र विचलन कम गर्न सक्छ। खाली गिलासमा बाँधिएको बेला सफा टाँस्नेहरूले उच्च दृश्य गुणस्तर प्रदान गर्न मद्दत गर्दछ। अर्को महत्त्वपूर्ण कारक टाँस्ने छनोट गर्दा उत्पादनशीलता र स्वचालित उत्पादन प्रक्रियाहरूमा एकीकरण हो। यहाँ लचिलो क्युरिङ समयको साथ UV क्युरिङ एडेसिभ्सले कभर तहहरूको स्थितिलाई धेरै सरल बनाउन सक्छ। प्रारम्भिक परीक्षणहरूको आधारमा, पातलो गिलास कम्पोजिट प्यानलहरू [18] को लागि तिनीहरूको उपयुक्तताको लागि चिपकने श्रृंखलाहरूको परीक्षण गरिएको थियो। Loctite® AA 3345™ UV क्युरेबल एक्रिलेट [19] निम्न प्रक्रियाको लागि विशेष रूपमा उपयुक्त साबित भयो।
थप उत्पादनको सम्भावना र पातलो गिलासको लचिलोपनको फाइदा लिनको लागि, सम्पूर्ण प्रक्रिया डिजिटल र प्यारामेटिक रूपमा काम गर्न डिजाइन गरिएको थियो। ग्रासपरलाई भिजुअल प्रोग्रामिङ इन्टरफेसको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, विभिन्न कार्यक्रमहरू बीचको इन्टरफेसहरू बेवास्ता गर्दै। सबै विषयहरू (इन्जिनियरिङ्, इन्जिनियरिङ् र निर्माण) एक फाइलमा अपरेटरबाट प्रत्यक्ष प्रतिक्रियाको साथ एक अर्कालाई समर्थन र पूरक हुनेछन्। अध्ययनको यस चरणमा, कार्यप्रवाह अझै विकास अन्तर्गत छ र चित्र 2 मा देखाइएको ढाँचालाई पछ्याउँछ। विभिन्न उद्देश्यहरूलाई अनुशासन भित्र कोटिहरूमा समूहबद्ध गर्न सकिन्छ।
यद्यपि यस पेपरमा स्यान्डविच प्यानलहरूको उत्पादन प्रयोगकर्ता-केन्द्रित डिजाइन र निर्माण तयारीको साथ स्वचालित गरिएको छ, व्यक्तिगत इन्जिनियरिङ उपकरणहरूको एकीकरण र प्रमाणीकरण पूर्ण रूपमा महसुस भएको छैन। अनुहार ज्यामितिको प्यारामेट्रिक डिजाइनको आधारमा, भवनको बाहिरी शेललाई म्याक्रो स्तर (अनुहार) र मेसो (फेसेड प्यानल) मा डिजाइन गर्न सम्भव छ। दोस्रो चरणमा, इन्जिनियरिङ फिडब्याक लुपले सुरक्षा र उपयुक्तताका साथै पर्दा पर्खाल निर्माणको व्यवहार्यता मूल्याङ्कन गर्ने लक्ष्य राख्छ। अन्तमा, परिणाम प्यानलहरू डिजिटल उत्पादनको लागि तयार छन्। कार्यक्रमले विकसित कोर संरचनालाई मेसिन-पढ्न सकिने G-code मा प्रशोधन गर्छ र यसलाई additive निर्माण, subtractive post-processing र ग्लास बन्डिङको लागि तयार गर्दछ।
डिजाइन प्रक्रिया दुई फरक स्तर मा विचार गरिन्छ। यस तथ्यको अतिरिक्त कि अनुहारको म्याक्रो आकारले प्रत्येक कम्पोजिट प्यानलको ज्यामितिलाई असर गर्छ, कोरको टोपोलोजी पनि मेसो स्तरमा डिजाइन गर्न सकिन्छ। प्यारामेट्रिक अनुहार मोडेल प्रयोग गर्दा, आकार र उपस्थिति चित्र 3 मा देखाइएको स्लाइडरहरू प्रयोग गरेर उदाहरण अनुहार खण्डहरू द्वारा प्रभावित हुन सक्छ। यसरी, कुल सतह एक प्रयोगकर्ता-परिभाषित मापनयोग्य सतह समावेश गर्दछ जुन बिन्दु आकर्षणहरू प्रयोग गरेर विकृत गर्न सकिन्छ र परिमार्जन गर्न सकिन्छ। विरूपणको न्यूनतम र अधिकतम डिग्री निर्दिष्ट गर्दै। यसले निर्माण लिफाफेहरूको डिजाइनमा उच्च डिग्री लचिलोपन प्रदान गर्दछ। यद्यपि, स्वतन्त्रताको यो डिग्री प्राविधिक र निर्माण बाधाहरूद्वारा सीमित छ, जुन त्यसपछि ईन्जिनियरिङ् भागमा एल्गोरिदमहरूद्वारा खेलिन्छ।
सम्पूर्ण अनुहारको उचाइ र चौडाइको अतिरिक्त, अनुहार प्यानलहरूको विभाजन निर्धारण गरिन्छ। व्यक्तिगत अनुहार प्यानलहरूको लागि, तिनीहरूलाई मेसो स्तरमा अझ सटीक रूपमा परिभाषित गर्न सकिन्छ। यसले मुख्य संरचनाको टोपोलोजीलाई असर गर्छ, साथै गिलासको मोटाईलाई पनि असर गर्छ। यी दुई चरहरू, साथै प्यानलको आकार, मेकानिकल इन्जिनियरिङ मोडेलिङसँग महत्त्वपूर्ण सम्बन्ध छ। सम्पूर्ण म्याक्रो र मेसो स्तरको डिजाइन र विकासलाई संरचना, प्रकार्य, सौन्दर्यशास्त्र र उत्पादन डिजाइनको चार वर्गहरूमा अनुकूलनको सन्दर्भमा गर्न सकिन्छ। प्रयोगकर्ताहरूले यी क्षेत्रहरूलाई प्राथमिकता दिएर भवनको खामको समग्र रूप र अनुभूति विकास गर्न सक्छन्।
परियोजना एक प्रतिक्रिया लूप प्रयोग गरी इन्जिनियरिङ भाग द्वारा समर्थित छ। यस उद्देश्यका लागि, लक्ष्यहरू र सीमा अवस्थाहरूलाई चित्र 2 मा देखाइएको अनुकूलन वर्गमा परिभाषित गरिएको छ। तिनीहरूले प्राविधिक रूपमा सम्भाव्य, भौतिक रूपमा स्वस्थ, र ईन्जिनियरिङ् दृष्टिकोणबाट निर्माण गर्न सुरक्षित कोरिडोरहरू प्रदान गर्छन्, जसले डिजाइनमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ। यो विभिन्न उपकरणहरूको लागि सुरूवात बिन्दु हो जुन सीधा ग्रासपरमा एकीकृत गर्न सकिन्छ। थप अनुसन्धानहरूमा, मेकानिकल गुणहरू परिमित तत्व विश्लेषण (FEM) वा विश्लेषणात्मक गणनाहरू प्रयोग गरेर मूल्याङ्कन गर्न सकिन्छ।
थप रूपमा, सौर्य विकिरण अध्ययन, रेखा-अफ-दृश्य विश्लेषण, र घामको अवधि मोडलिङले भौतिकी निर्माणमा कम्पोजिट प्यानलहरूको प्रभावको मूल्याङ्कन गर्न सक्छ। डिजाइन प्रक्रियाको गति, दक्षता र लचिलोपनलाई अत्यधिक सीमित नगर्नु महत्त्वपूर्ण छ। जस्तै, यहाँ प्राप्त परिणामहरू डिजाइन प्रक्रियालाई थप मार्गदर्शन र समर्थन प्रदान गर्न डिजाइन गरिएको हो र डिजाइन प्रक्रियाको अन्त्यमा विस्तृत विश्लेषण र औचित्यको विकल्प होइन। यो रणनीतिक योजनाले प्रमाणित परिणामहरूको लागि थप वर्गीकृत अनुसन्धानको लागि जग राख्छ। उदाहरणका लागि, विभिन्न लोड र समर्थन सर्तहरू अन्तर्गत कम्पोजिट प्यानलहरूको मेकानिकल व्यवहारको बारेमा थोरै मात्र थाहा छ।
डिजाइन र इन्जिनियरिङ पूरा भएपछि, मोडेल डिजिटल उत्पादनको लागि तयार छ। निर्माण प्रक्रियालाई चार उप-चरणहरूमा विभाजन गरिएको छ (चित्र 4)। पहिलो, मुख्य संरचना ठूलो मात्रामा रोबोटिक थ्रीडी प्रिन्टिङ सुविधा प्रयोग गरेर थप रूपमा निर्माण गरिएको थियो। त्यसपछि राम्रो बन्धनको लागि आवश्यक सतह गुणस्तर सुधार गर्न समान रोबोटिक प्रणाली प्रयोग गरेर सतह मिलाइन्छ। मिलिङ पछि, छपाई र मिलिङ प्रक्रियाको लागि प्रयोग गरिने एउटै रोबोटिक प्रणालीमा माउन्ट गरिएको विशेष रूपमा डिजाइन गरिएको डोजिङ प्रणाली प्रयोग गरी कोर संरचनामा टाँसिएको छ। अन्तमा, गिलास स्थापना गरिएको छ र बन्डेड जोइन्टको UV उपचार गर्नु अघि राखिएको छ।
थप उत्पादनका लागि, अन्तर्निहित संरचनाको परिभाषित टोपोलोजीलाई CNC मेसिन भाषा (GCode) मा अनुवाद गरिनुपर्छ। एकसमान र उच्च गुणस्तरको नतिजाहरूको लागि, लक्ष्य भनेको एक्स्ट्रुडर नोजल खसे बिना प्रत्येक तह प्रिन्ट गर्नु हो। यसले आन्दोलनको सुरु र अन्त्यमा अनावश्यक ओभरप्रेसरलाई रोक्छ। त्यसकारण, प्रयोग भइरहेको सेल ढाँचाको लागि निरन्तर प्रक्षेपण जेनेरेशन लिपि लेखिएको थियो। यसले एउटै सुरु र अन्त्य बिन्दुहरूको साथ एक प्यारामेट्रिक निरन्तर पोलिलाइन सिर्जना गर्नेछ, जुन डिजाइन अनुसार चयन गरिएको प्यानल आकार, संख्या र हनीकोम्बको आकारमा अनुकूल हुन्छ। थप रूपमा, रेखा चौडाइ र रेखा उचाइ जस्ता प्यारामिटरहरू मुख्य संरचनाको इच्छित उचाइ प्राप्त गर्न लाइनहरू राख्नु अघि निर्दिष्ट गर्न सकिन्छ। स्क्रिप्टको अर्को चरण भनेको G-code आदेशहरू लेख्नु हो।
यो लाइनमा प्रत्येक बिन्दुको निर्देशांकलाई अतिरिक्त मेसिन जानकारीको साथ रेकर्ड गरेर गरिन्छ जस्तै स्थिति निर्धारण र बाहिर निकाल्ने भोल्युम नियन्त्रणको लागि अन्य सान्दर्भिक अक्षहरू। नतिजा G-कोड त्यसपछि उत्पादन मेसिनहरूमा स्थानान्तरण गर्न सकिन्छ। यस उदाहरणमा, रैखिक रेलमा Comau NJ165 औद्योगिक रोबोट हातलाई G-code (चित्र 5) अनुसार CEAD E25 एक्स्ट्रुडर नियन्त्रण गर्न प्रयोग गरिन्छ। पहिलो प्रोटोटाइपले 20% को गिलास फाइबर सामग्रीको साथ पोस्ट-औद्योगिक PETG प्रयोग गर्यो। मेकानिकल परीक्षणको सन्दर्भमा, लक्ष्य आकार निर्माण उद्योगको आकारको नजिक छ, त्यसैले मुख्य तत्वको आयामहरू 6 × 4 हनीकोम्ब सेलहरूसँग 1983 × 876 मिमी छन्। 6 मिमी र 2 मिमी उच्च।
प्रारम्भिक परीक्षणहरूले देखाएको छ कि त्यहाँ टाँसने बल र 3D प्रिन्टिङ राल बीचको टाँस्ने शक्तिमा यसको सतह गुणहरूमा निर्भर गर्दछ। यो गर्नका लागि, थप उत्पादन परीक्षण नमूनाहरू गिलासमा टाँसिएका वा टुक्रा टुक्रा हुन्छन् र तनाव वा कतरनीको अधीनमा हुन्छन्। मिलिङद्वारा पोलिमर सतहको प्रारम्भिक मेकानिकल प्रशोधनको क्रममा, बल उल्लेखनीय रूपमा बढ्यो (चित्र 6)। थप रूपमा, यसले कोरको समतलता सुधार गर्दछ र ओभर-एक्सट्रुजनको कारणले गर्दा हुने दोषहरूलाई रोक्छ। यहाँ प्रयोग गरिएको UV उपचार योग्य LOCTITE® AA 3345™ [19] एक्रिलेट प्रशोधन अवस्थाहरूमा संवेदनशील छ।
यसले प्रायः बन्ड परीक्षण नमूनाहरूको लागि उच्च मानक विचलनमा परिणाम दिन्छ। थप उत्पादन पछि, कोर संरचना प्रोफाइल मिलिङ मिसिन मा मिल गरिएको थियो। यस अपरेसनको लागि आवश्यक G-कोड थ्रीडी प्रिन्टिङ प्रक्रियाको लागि पहिले नै सिर्जना गरिएको टूलपाथबाट स्वचालित रूपमा उत्पन्न हुन्छ। कोर संरचना अभिप्रेत कोर उचाइ भन्दा थोरै माथि प्रिन्ट गर्न आवश्यक छ। यस उदाहरणमा, 18 मिमी बाक्लो कोर संरचनालाई 14 मिमीमा घटाइएको छ।
निर्माण प्रक्रियाको यो भाग पूर्ण स्वचालनको लागि ठूलो चुनौती हो। टाँस्ने पदार्थको प्रयोगले मेसिनको शुद्धता र परिशुद्धतामा उच्च माग राख्छ। वायवीय खुराक प्रणाली कोर संरचना संग टाँसने लागू गर्न प्रयोग गरिन्छ। यो परिभाषित उपकरण मार्ग अनुसार मिलिङ सतह संग रोबोट द्वारा निर्देशित छ। यो बाहिर जान्छ कि ब्रश संग परम्परागत वितरण टिप प्रतिस्थापन विशेष गरी लाभदायक छ। यसले कम चिपचिपापनलाई भोल्युमद्वारा समान रूपमा वितरण गर्न अनुमति दिन्छ। यो रकम प्रणाली मा दबाब र रोबोट को गति द्वारा निर्धारण गरिन्छ। अधिक सटीक र उच्च बन्धन गुणस्तरको लागि, 200 देखि 800 मिमी / मिनेटको कम यात्रा गतिलाई प्राथमिकता दिइन्छ।
१५०० mPa*s को औसत चिपचिपाहट भएको Acrylate ०.८४ मिमीको भित्री व्यास र ५ को ब्रस चौडाइको ०.३ देखि ०.६ mbar सम्मको दबाबमा प्रयोग गरी ६ मिमी चौडाइको पोलिमर कोरको भित्तामा लागू गरियो। mm टाँसेर सब्सट्रेटको सतहमा फैलिन्छ र सतह तनावको कारण १ मिमी बाक्लो तह बनाउँछ। टाँस्ने मोटाईको सही निर्धारण अझै स्वचालित हुन सक्दैन। प्रक्रिया को अवधि एक टाँसने को छनौट को लागी एक महत्वपूर्ण मापदण्ड हो। यहाँ उत्पादित कोर संरचनाको ट्र्याक लम्बाइ 26 मिटर छ र त्यसैले 30 देखि 60 मिनेटको आवेदन समय छ।
टाँसिएको लागू गरेपछि, ठाउँमा डबल-ग्लाज्ड विन्डो स्थापना गर्नुहोस्। सामग्रीको कम मोटाईको कारण, पातलो गिलास पहिले नै यसको आफ्नै वजनले कडा रूपमा विकृत भएको छ र त्यसैले सकेसम्म समान रूपमा राखिएको हुनुपर्छ। यसको लागि, वायमेटिक गिलास सक्शन कपहरू टाइम-डिस्पर्स्ड सक्शन कपहरू प्रयोग गरिन्छ। यसलाई क्रेन प्रयोग गरेर कम्पोनेन्टमा राखिएको छ, र भविष्यमा सिधै रोबोट प्रयोग गरेर राख्न सकिन्छ। गिलास प्लेट टाँसिने तह मा कोर को सतह को समानांतर राखिएको थियो। हल्का तौलको कारण, थप गिलास प्लेट (4 देखि 6 मिमी बाक्लो) यसमा दबाब बढ्छ।
नतिजा कोर संरचनाको साथमा गिलासको सतहको पूर्ण भिजेको हुनुपर्छ, जस्तो कि दृश्यात्मक रंग भिन्नताहरूको प्रारम्भिक दृश्य निरीक्षणबाट न्याय गर्न सकिन्छ। आवेदन प्रक्रियाले अन्तिम बन्डेड संयुक्तको गुणस्तरमा पनि महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्न सक्छ। एक पटक बाँडिएपछि, गिलास प्यानलहरू सार्नु हुँदैन किनकि यसले गिलासमा देखिने टाँसने अवशेष र वास्तविक टाँस्ने तहमा दोषहरू देखा पर्नेछ। अन्तमा, 365 एनएमको तरंग दैर्ध्यमा पराबैंगनी विकिरणको साथ टाँसिएको निको हुन्छ। यो गर्नको लागि, 6 mW/cm2 को पावर घनत्व भएको UV बत्ती बिस्तारै 60 s को लागि सम्पूर्ण टाँस्ने सतहमा पार गरिन्छ।
हल्का तौल र अनुकूलन गर्न मिल्ने पातलो गिलास कम्पोजिट प्यानलहरूको अवधारणालाई थप रूपमा निर्मित पोलिमर कोरको साथ यहाँ छलफल गरिएको छ भविष्यको अनुहारहरूमा प्रयोगको लागि हो। तसर्थ, कम्पोजिट प्यानलहरूले लागू मापदण्डहरूको पालना गर्नुपर्छ र सेवा सीमा राज्यहरू (SLS), अन्तिम शक्ति सीमा राज्यहरू (ULS) र सुरक्षा आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ। तसर्थ, कम्पोजिट प्यानलहरू सुरक्षित, बलियो, र भारहरू (जस्तै सतह भारहरू) लाई तोड्न वा अत्यधिक विरूपण नगरी सामना गर्न पर्याप्त कडा हुनुपर्छ। पहिले निर्मित पातलो गिलास कम्पोजिट प्यानलहरूको मेकानिकल प्रतिक्रियाको जाँच गर्न (मेकानिकल परीक्षण खण्डमा वर्णन गरिए अनुसार), उनीहरूलाई अर्को उपखण्डमा वर्णन गरिए अनुसार हावा लोड परीक्षणहरू गरियो।
भौतिक परीक्षणको उद्देश्य हावाको भार अन्तर्गत बाह्य पर्खालहरूको समग्र प्यानलहरूको मेकानिकल गुणहरू अध्ययन गर्नु हो। यस उद्देश्यका लागि, 3 मिमी बाक्लो पूर्ण टेम्पर्ड गिलास बाहिरी पाना र 14 मिमी बाक्लो एडिटिभ रूपमा निर्मित कोर (PIPG-GF20 बाट) सम्मिलित प्यानलहरू हेन्केल लोकटाइट AA 3345 टाँस्ने (चित्र 7 बायाँ) प्रयोग गरी माथि वर्णन गरिए अनुसार बनाइएको थियो। )) । कम्पोजिट प्यानलहरू काठको फ्रेमबाट र मुख्य संरचनाको छेउमा धातुको स्क्रूको साथ काठको समर्थन फ्रेममा जोडिन्छन्। प्यानलको परिधि वरिपरि ३० वटा स्क्रूहरू राखिएको थियो (चित्र ७ मा बाँयामा रहेको कालो रेखा हेर्नुहोस्) परिधिको वरिपरि रैखिक समर्थन अवस्थाहरूलाई सकेसम्म नजिकबाट पुन: उत्पादन गर्न।
परीक्षण फ्रेमलाई कम्पोजिट प्यानल (चित्र 7, शीर्ष दायाँ) पछाडि हावाको दबाब वा हावा सक्शन लागू गरेर बाहिरी परीक्षण पर्खालमा बन्द गरिएको थियो। एक डिजिटल सहसंबंध प्रणाली (DIC) डाटा रेकर्ड गर्न प्रयोग गरिन्छ। यो गर्नको लागि, कम्पोजिट प्यानलको बाहिरी गिलास पातलो लोचदार पानाले ढाकिएको छ जसमा मोतीको आवाज ढाँचा (चित्र 7, तल दायाँ) छ। DIC ले सम्पूर्ण गिलास सतहमा सबै मापन बिन्दुहरूको सापेक्ष स्थिति रेकर्ड गर्न दुई क्यामेराहरू प्रयोग गर्दछ। प्रति सेकेन्ड दुई तस्बिरहरू रेकर्ड गरियो र मूल्याङ्कनको लागि प्रयोग गरियो। कम्पोजिट प्यानलहरूले घेरिएको चेम्बरमा भएको दबाबलाई 1000 Pa वृद्धिमा 4000 Pa को अधिकतम मूल्यमा फ्यानको माध्यमबाट बढाइन्छ, जसले गर्दा प्रत्येक लोड स्तर 10 सेकेन्डसम्म कायम रहन्छ।
प्रयोगको भौतिक सेटअप पनि समान ज्यामितीय आयामहरूसँग संख्यात्मक मोडेलद्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ। यसको लागि, संख्यात्मक कार्यक्रम Ansys Mechanical प्रयोग गरिन्छ। कोर संरचना ज्यामितीय जाल थियो जसमा SOLID 185 हेक्सागोनल एलिमेन्टहरू 20 mm काँचका पक्षहरू र SOLID 187 टेट्राहेड्रल एलिमेन्टहरू 3 mm पक्षहरू थिए। मोडलिङलाई सरल बनाउनको लागि, अध्ययनको यस चरणमा, यो यहाँ मानिन्छ कि प्रयोग गरिएको एक्रिलेट आदर्श रूपमा कठोर र पातलो छ, र गिलास र मूल सामग्री बीचको कडा बन्धनको रूपमा परिभाषित गरिएको छ।
कम्पोजिट प्यानलहरू कोर बाहिर एक सीधा रेखामा फिक्स गरिएको छ, र गिलास प्यानल 4000 Pa को सतह दबाव भारको अधीनमा छ। यद्यपि मोडेलिङमा ज्यामितीय ननलाइनरिटीहरूलाई ध्यानमा राखिएको थियो, यस चरणमा केवल रेखीय सामग्री मोडेलहरू प्रयोग गरियो। अध्ययन। यद्यपि यो गिलास (E = 70,000 MPa) को रैखिक लोचदार प्रतिक्रियाको लागि एक मान्य धारणा हो, (भिस्कोइलास्टिक) पोलिमेरिक कोर सामग्री [17] को निर्माताको डेटा पाना अनुसार, रैखिक कठोरता E = 8245 MPa मा प्रयोग गरिएको थियो। हालको विश्लेषणलाई गम्भीरतापूर्वक विचार गरिनु पर्छ र भविष्यको अनुसन्धानमा अध्ययन गरिनेछ।
यहाँ प्रस्तुत नतिजाहरू मुख्यतया 4000 Pa (=4kN/m2) सम्म अधिकतम हावा लोडमा विकृतिहरूको लागि मूल्याङ्कन गरिन्छ। यसका लागि, DIC विधिद्वारा रेकर्ड गरिएका छविहरूलाई संख्यात्मक सिमुलेशन (FEM) (चित्र 8, तल दायाँ) को परिणामहरूसँग तुलना गरिएको थियो। किनारा क्षेत्र (जस्तै, प्यानल परिधि) मा "आदर्श" रैखिक समर्थनको साथ ० मिमीको आदर्श कुल स्ट्रेन FEM मा गणना गरिन्छ, DIC को मूल्याङ्कन गर्दा किनारा क्षेत्रको भौतिक विस्थापनलाई ध्यानमा राख्नुपर्छ। यो स्थापना सहिष्णुता र परीक्षण फ्रेम र यसको सील को विरूपण को कारण हो। तुलनाको लागि, किनारा क्षेत्रमा औसत विस्थापन (चित्र 8 मा ड्यास गरिएको सेतो रेखा) प्यानलको केन्द्रमा रहेको अधिकतम विस्थापनबाट घटाइएको थियो। DIC र FEA द्वारा निर्धारण गरिएका विस्थापनहरूलाई तालिका 1 मा तुलना गरिएको छ र चित्र 8 को माथिल्लो बायाँ कुनामा ग्राफिक रूपमा देखाइएको छ।
प्रायोगिक मोडेलको चार लागू लोड स्तरहरू मूल्याङ्कनका लागि नियन्त्रण बिन्दुहरूको रूपमा प्रयोग गरियो र FEM मा मूल्याङ्कन गरियो। अनलोड गरिएको अवस्थामा कम्पोजिट प्लेटको अधिकतम केन्द्रीय विस्थापन 2.18 मिमी मा 4000 Pa को लोड स्तरमा DIC मापन द्वारा निर्धारण गरिएको थियो। जबकि कम भारहरूमा FEA विस्थापन (2000 Pa सम्म) अझै पनि सही रूपमा प्रयोगात्मक मानहरू पुन: उत्पादन गर्न सक्छ, उच्च भारहरूमा तनावमा गैर-रैखिक वृद्धि सही रूपमा गणना गर्न सकिँदैन।
यद्यपि, अध्ययनहरूले देखाएको छ कि कम्पोजिट प्यानलहरूले अत्यधिक हावा भारहरू सामना गर्न सक्छन्। हल्का वजन प्यानलहरूको उच्च कठोरता विशेष रूपमा बाहिर खडा छ। Kirchhoff प्लेटहरू [20] को रेखीय सिद्धान्तमा आधारित विश्लेषणात्मक गणनाहरू प्रयोग गर्दै, 4000 Pa मा 2.18 मिमीको विरूपण एउटै सीमा अवस्थाहरूमा 12 मिमी बाक्लो एकल गिलास प्लेटको विकृतिसँग मेल खान्छ। नतिजाको रूपमा, यस कम्पोजिट प्यानलमा गिलासको मोटाई (जुन उत्पादनमा ऊर्जा गहन छ) लाई 2 x 3mm गिलासमा घटाउन सकिन्छ, परिणामस्वरूप 50% को सामग्री बचत हुन्छ। प्यानलको समग्र तौल घटाउनुले विधानसभाको सन्दर्भमा थप फाइदाहरू प्रदान गर्दछ। जबकि 30 केजी कम्पोजिट प्यानल सजिलै दुई व्यक्ति द्वारा ह्यान्डल गर्न सकिन्छ, परम्परागत 50 किलोग्राम गिलास प्यानल सुरक्षित रूपमा सार्न प्राविधिक सहयोग चाहिन्छ। मेकानिकल व्यवहारलाई सही रूपमा प्रतिनिधित्व गर्नको लागि, भविष्यका अध्ययनहरूमा थप विस्तृत संख्यात्मक मोडेलहरू आवश्यक पर्नेछ। पोलिमर र टाँसने बन्ड मोडेलिङका लागि थप व्यापक ननलाइनर मटेरियल मोडेलहरूको साथ परिमित तत्व विश्लेषणलाई थप विस्तार गर्न सकिन्छ।
डिजिटल प्रक्रियाहरूको विकास र सुधारले निर्माण उद्योगमा आर्थिक र वातावरणीय प्रदर्शन सुधार गर्न महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। थप रूपमा, अनुहारमा पातलो गिलासको प्रयोगले ऊर्जा र स्रोत बचतको प्रतिज्ञा गर्दछ र वास्तुकलाको लागि नयाँ सम्भावनाहरू खोल्छ। यद्यपि, गिलासको सानो मोटाईको कारण, नयाँ डिजाइन समाधानहरू पर्याप्त रूपमा गिलासलाई सुदृढ गर्न आवश्यक छ। तसर्थ, यस लेखमा प्रस्तुत गरिएको अध्ययनले पातलो गिलास र बन्डेड रिइन्फोर्स्ड थ्रीडी प्रिन्टेड पोलिमर कोर संरचनाहरूबाट बनेको कम्पोजिट प्यानलहरूको अवधारणाको अन्वेषण गर्दछ। डिजाइन देखि उत्पादन सम्म सम्पूर्ण उत्पादन प्रक्रिया डिजिटल र स्वचालित गरिएको छ। ग्रासप्परको सहयोगमा, भविष्यको अनुहारमा पातलो गिलास कम्पोजिट प्यानलहरूको प्रयोग सक्षम पार्न फाइल-देखि-कारखाना कार्यप्रवाह विकसित गरिएको थियो।
पहिलो प्रोटोटाइपको उत्पादनले रोबोट निर्माणको सम्भाव्यता र चुनौतीहरू प्रदर्शन गर्‍यो। जबकि additive र subtractive निर्माण पहिले नै राम्रो संग एकीकृत छ, पूर्ण स्वचालित चिपकने अनुप्रयोग र विशेष रूप मा विधानसभा भविष्य अनुसन्धान मा सम्बोधन गर्न थप चुनौतीहरु उपस्थित छन्। प्रारम्भिक मेकानिकल परीक्षण र सम्बद्ध परिमित तत्व अनुसन्धान मोडलिङ मार्फत, यो देखाइएको छ कि हल्का वजन र पातलो फाइबरग्लास प्यानलहरूले चरम हावा लोड अवस्थाहरूमा पनि तिनीहरूको अभिप्रेत अनुहार अनुप्रयोगहरूको लागि पर्याप्त झुकाउने कठोरता प्रदान गर्दछ। लेखकहरूको चलिरहेको अनुसन्धानले मुखाकृति अनुप्रयोगहरूको लागि डिजिटल रूपमा निर्मित पातलो गिलास कम्पोजिट प्यानलहरूको सम्भावनाको अन्वेषण गर्नेछ र तिनीहरूको प्रभावकारिता प्रदर्शन गर्नेछ।
लेखकहरू यस अनुसन्धान कार्यमा संलग्न सबै सहयोगीहरूलाई धन्यवाद दिन चाहन्छन्। EFRE SAB कोष कार्यक्रम को लागी धन्यवाद EFRE SAB कोषबाट अनुदान नं. को रूप मा एक एक्स्ट्रुडर र मिलिङ उपकरण संग एक हेरफेर को खरीद को लागी वित्तीय स्रोत प्रदान गर्न को लागी। 100537005। साथै, AiF-ZIM लाई Glaswerkstätten Glas Ahne सँगको सहकार्यमा Glasfur3D अनुसन्धान परियोजना (अनुदान नम्बर ZF4123725WZ9) को लागि कोषको लागि मान्यता दिइएको थियो, जसले यस अनुसन्धान कार्यको लागि महत्वपूर्ण सहयोग प्रदान गरेको थियो। अन्तमा, फ्रेडरिक सिमेन्स प्रयोगशाला र यसका सहयोगीहरू, विशेष गरी फेलिक्स हेगेवाल्ड र विद्यार्थी सहायक जोनाथन होल्जर, यस कागजको आधार बन्ने निर्माण र भौतिक परीक्षणको प्राविधिक सहयोग र कार्यान्वयनलाई स्वीकार गर्छन्।