Жука айнекти колдонуу курулуш тармагында ар кандай милдеттерди аткарууга убада берет. Ресурстарды эффективдүү колдонуунун экологиялык артыкчылыктарынан тышкары, архитекторлор дизайн эркиндигинин жаңы даражаларына жетүү үчүн жука айнек колдоно алышат. Сэндвич теориясынын негизинде, ийкемдүү жука айнек 3D басып чыгарылган ачык клеткалуу полимер өзөгү менен айкалышып, абдан катуу жана жеңил болот.
курама элементтер. Бул макалада өнөр жай роботторунун жардамы менен жука айнек-композиттүү фасад панелдерин санарип жасоо боюнча чалгындоо аракети берилген. Ал компьютердик дизайн (CAD), инженерия (CAE) жана өндүрүштү (CAM) камтыган фабрикадан фабрикага иштөө процесстерин санариптештирүү концепциясын түшүндүрөт. Изилдөө санариптик талдоо куралдарын үзгүлтүксүз интеграциялоого мүмкүндүк берген параметрдик долбоорлоо процессин көрсөтөт.
Кошумчалай кетсек, бул процесс жука айнек композит панелдерин санарип өндүрүшүнүн потенциалын жана кыйынчылыктарын көрсөтөт. Өнөр жай робот колу тарабынан жасалган кээ бир өндүрүш кадамдары, мисалы, чоң форматтагы кошумчаларды өндүрүү, беттик иштетүү, чаптоо жана чогултуу процесстери бул жерде түшүндүрүлөт. Акырында, биринчи жолу композиттик панелдердин механикалык касиеттерин терең түшүнүү эксперименталдык жана сандык изилдөөлөрдүн жана беттик жүктөө астында композиттик панелдердин механикалык касиеттерин баалоонун натыйжасында алынды. Санариптик дизайн жана өндүрүштүк процесстин жалпы концепциясы, ошондой эле эксперименталдык изилдөөлөрдүн натыйжалары форманы аныктоо жана талдоо ыкмаларын андан ары интеграциялоо үчүн, ошондой эле келечектеги изилдөөлөрдө кеңири механикалык изилдөөлөрдү жүргүзүү үчүн негиз түзөт.
Санарип өндүрүш ыкмалары салттуу ыкмаларды өзгөртүү жана жаңы дизайн мүмкүнчүлүктөрүн берүү аркылуу өндүрүштү өркүндөтүүгө мүмкүндүк берет [1]. Салттуу курулуш ыкмалары наркы, негизги геометрия жана коопсуздук жагынан материалдарды ашыкча колдонууга жакын. Конструкцияны заводдорго көчүрүү, жаңы долбоорлоо ыкмаларын ишке ашыруу үчүн модулдук даярдоону жана робототехниканы колдонуу менен материалдарды коопсуздукту бузбастан натыйжалуу пайдаланууга болот. Санарип өндүрүшү ар түрдүү, эффективдүү жана дымактуу геометриялык фигураларды түзүү үчүн дизайн фантазиябызды кеңейтүүгө мүмкүндүк берет. Долбоорлоо жана эсептөө процесстери негизинен санариптештирилгени менен, өндүрүш жана чогултуу дагы эле салттуу жолдор менен кол менен жасалат. Барган сайын татаалданган эркин формадагы структуралар менен күрөшүү үчүн санариптик өндүрүш процесстери барган сайын маанилүү болуп баратат. Эркиндикке жана дизайн ийкемдүүлүгүнө болгон каалоо, өзгөчө фасаддарга келгенде, туруктуу өсүүдө. Визуалдык эффекттен тышкары, эркин формадагы фасаддар да, мисалы, мембраналык эффекттерди колдонуу аркылуу эффективдүү структураларды түзүүгө мүмкүндүк берет [2]. Мындан тышкары, санариптик өндүрүш процесстеринин чоң потенциалы алардын натыйжалуулугунда жана дизайнды оптималдаштыруу мүмкүнчүлүгүнөн турат.
Бул макалада кошумчаланган полимердик өзөктөн жана жалгаштырылган ичке айнек сырткы панелдерден турган инновациялык композиттүү фасад панелин долбоорлоо жана өндүрүү үчүн санариптик технологияны кантип колдонсо болорун изилдейт. Жука айнекти колдонуу менен байланышкан жаңы архитектуралык мүмкүнчүлүктөрдөн тышкары, экологиялык жана экономикалык критерийлер да имараттын конвертин куруу үчүн азыраак материалды колдонуу үчүн маанилүү түрткү болгон. Климаттын өзгөрүшү, ресурстардын жетишсиздиги жана келечекте энергияга болгон баанын өсүшү менен айнек акылдуураак колдонулушу керек. Электрондук өнөр жайдын калыңдыгы 2 ммден ашпаган жука айнек колдонуу фасадды жеңил кылып, чийки заттарды колдонууну азайтат.
Жука айнектин жогорку ийкемдүүлүгүнөн улам, ал архитектуралык колдонуу үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачат жана ошол эле учурда жаңы инженердик кыйынчылыктарды жаратат [3,4,5,6]. Жука айнекти колдонуу менен фасад долбоорлорун ишке ашыруу чектелүү болсо да, ичке айнек курулуш жана архитектура изилдөөлөрүндө көбүрөөк колдонулууда. Ичке айнектин серпилгичтүү деформацияга жөндөмдүүлүгү жогору болгондуктан, аны фасаддарда колдонуу бекемделген конструкциялык чечимдерди талап кылат [7]. Ийри геометриянын [8] эсебинен мембраналык эффектти колдонуудан тышкары, инерция моменти полимер өзөктөн жана чапталган жука айнек сырткы барагынан турган көп катмарлуу түзүлүш менен да көбөйтүлүшү мүмкүн. Бул ыкма айнектен азыраак тыгыз болгон катуу тунук поликарбонаттын өзөгүн колдонуунун аркасында убадасын көрсөттү. Оң механикалык иш-аракеттерден тышкары, кошумча коопсуздук критерийлери аткарылды [9].
Төмөнкү изилдөөдө ыкма ошол эле концепцияга негизделген, бирок кошумча түрдө жасалган ачык тешиктүү тунук өзөктү колдонуу. Бул геометриялык эркиндиктин жогорку даражасын жана дизайн мүмкүнчүлүктөрүн, ошондой эле имараттын физикалык функцияларын интеграциялоону кепилдейт [10]. Мындай курама панелдер механикалык сыноодо өзгөчө натыйжалуулугун далилдеди [11] жана колдонулган айнектин көлөмүн 80% га чейин кыскартат. Бул талап кылынган ресурстарды кыскартуу менен чектелбестен, панелдердин салмагын бир кыйла азайтат, ошону менен подструктуранын натыйжалуулугун жогорулатат. Бирок курулуштун жацы формалары ендуруштун жацы формаларын талап кылат. Натыйжалуу структуралар натыйжалуу өндүрүш процесстерин талап кылат. Санарип дизайн санариптик өндүрүшкө салым кошот. Бул макалада өнөр жай роботтору үчүн жука айнек композиттик панелдердин санариптик өндүрүш процессинин изилдөөсүн көрсөтүү менен автордун мурунку изилдөөсү уланат. Өндүрүш процессинин автоматташтырылышын жогорулатуу үчүн чоң форматтагы биринчи прототиптердин файлдан фабрикага чейинки иштөө процессин санариптештирүү көңүл чордонунда.
Композиттик панель (1-сүрөт) AM полимердик өзөгүнө оролгон эки жука айнек катмардан турат. Эки бөлүк желим менен туташтырылган. Бул долбоордун максаты мүмкүн болушунча натыйжалуу бүт бөлүмгө жүк бөлүштүрүү болуп саналат. Ийүү моменттери кабыкчада нормалдуу стресстерди жаратат. Каптал күчтөр өзөк жана жабышчаак муундардагы жылма чыңалууларды пайда кылат.
Сэндвич конструкциясынын сырткы катмары жука айнектен жасалган. Негизи сода-акиташ силикат айнек колдонулат. Максаттуу калыңдыгы < 2 мм болсо, термикалык чыңдоо процесси учурдагы технологиялык чекке жетет. Дизайн (мисалы, муздак бүктөлгөн панелдер) же колдонуу [12] үчүн жогорку күч талап кылынса, химиялык жактан бекемделген алюмосиликатты айнек өзгөчө ылайыктуу деп эсептелинет. Жарык өткөргүч жана айлана-чөйрөнү коргоо функциялары композиттерде колдонулган башка материалдарга салыштырмалуу жакшы чийилүүгө туруктуулук жана салыштырмалуу жогору Янг модулу сыяктуу жакшы механикалык касиеттер менен толукталат. Химиялык жактан катууланган жука айнек үчүн чектелген өлчөмдөрдөн улам, биринчи масштабдуу прототибин түзүү үчүн толук чыңдалган 3 мм калың сода-акиташ айнек панелдери колдонулган.
Колдоочу түзүлүш композиттик панелдин формалуу бөлүгү катары каралат. Дээрлик бардык атрибуттар ага таасир этет. Кошумча өндүрүш ыкмасы урматында, ал ошондой эле санариптик өндүрүш процессинин борбору болуп саналат. Термопластика эритүү жолу менен иштетилет. Бул белгилүү бир колдонмолор үчүн көп сандагы ар кандай полимерлерди колдонууга мүмкүндүк берет. Негизги элементтердин топологиясы алардын функциясына жараша ар кандай басым жасоо менен түзүлүшү мүмкүн. Бул максатта форма дизайнын төмөнкү төрт дизайн категориясына бөлүүгө болот: структуралык дизайн, функционалдык дизайн, эстетикалык дизайн жана өндүрүш дизайны. Ар бир категория ар кандай максаттарга ээ болушу мүмкүн, бул ар кандай топологияларга алып келиши мүмкүн.
Алдын ала изилдөөнүн жүрүшүндө кээ бир негизги конструкциялардын конструкциясынын ылайыктуулугу текшерилген [11]. Механикалык көз караштан алганда, гироскоптун үч мезгилдик минималдуу негизги бети өзгөчө эффективдүү. Бул салыштырмалуу аз материалдык керектөөдө ийилип жогорку механикалык каршылык камсыз кылат. Жер үстүндөгү аймактарда көбөйтүлгөн уюлдук негизги структуралардан тышкары, топология башка формаларды табуу ыкмалары менен да түзүлүшү мүмкүн. Стресс сызыгынын генерациясы эң аз салмакта катуулукту оптималдаштыруунун мүмкүн болгон жолдорунун бири болуп саналат [13]. Бирок, сэндвич конструкцияларында кеңири колдонулган бал уясынын структурасы өндүрүш линиясын өнүктүрүү үчүн баштапкы чекит катары колдонулган. Бул негизги түрү, айрыкча, жеңил аспап жолун программалоо аркылуу өндүрүштүн тез прогресске алып келет. Анын курамдуу панелдердеги жүрүм-туруму кеңири изилденген [14, 15, 16] жана көрүнүшү параметрлештирүү аркылуу ар кандай жолдор менен өзгөртүлүшү мүмкүн жана ошондой эле баштапкы оптималдаштыруу түшүнүктөрү үчүн колдонулушу мүмкүн.
Полимерди тандоодо колдонулган экструзия процессине жараша көптөгөн термопластикалык полимерлер бар. Чакан масштабдуу материалдардын алгачкы алдын ала изилдөөлөрү фасаддарда колдонууга ылайыктуу деп эсептелген полимерлердин санын кыскартты [11]. Поликарбонат (ПК) ысыкка туруктуулугу, УК каршылыгы жана жогорку катуулугу менен келечектүү. Поликарбонатты кайра иштетүү үчүн кошумча техникалык жана финансылык инвестиция талап кылынгандыктан, биринчи прототиптерди чыгаруу үчүн этиленгликол менен модификацияланган полиэтилентерефталат (PETG) колдонулган. Термикалык стресстин жана компоненттердин деформациясынын коркунучу аз болгон салыштырмалуу төмөн температурада иштетүү өзгөчө оңой. Бул жерде көрсөтүлгөн прототиби PIPG деп аталган кайра иштетилген PETGден жасалган. Материал алдын ала 60°C температурада 4 сааттан кем эмес кургатылган жана айнек буласы 20% болгон гранулаларга иштетилген [17].
жабышчаак полимердик өзөк түзүмү менен ичке айнек капкактын ортосунда күчтүү байланышты камсыз кылат. Композиттик панелдер ийилген жүктөргө дуушар болгондо, жабышчаак муундар кесүү стрессине дуушар болушат. Ошондуктан, катуу жабышчаак артыкчылык болуп саналат жана майышуу азайтышы мүмкүн. Тунук клейлер, ошондой эле тунук айнекке байланганда жогорку визуалдык сапатты камсыз кылууга жардам берет. Желимди тандоодо дагы бир маанилүү фактор - бул өндүрүштүк жана автоматташтырылган өндүрүш процесстерине интеграциялоо. Бул жерде ийкемдүү айыктыруу убакыттары бар UV менен айыктыруучу клейлер капкактын катмарларынын жайгашуусун бир топ жөнөкөйлөтөт. Алдын ала сыноолордун негизинде бир катар чаптамалар жука айнек композиттик панелдерге ылайыктуулугу боюнча сыналган [18]. Loctite® AA 3345™ UV менен айыктыра турган акрилат [19] кийинки процесс үчүн өзгөчө ылайыктуу экенин далилдеди.
Кошумча өндүрүштүн мүмкүнчүлүктөрүнөн жана жука айнектин ийкемдүүлүгүнөн пайдалануу үчүн, бүт процесс санариптик жана параметрдик иштөө үчүн иштелип чыккан. Grasshopper визуалдык программалоо интерфейси катары колдонулат, ар кандай программалардын ортосундагы интерфейстерден качат. Бардык дисциплиналар (инженердик, инженерия жана өндүрүш) оператордун түздөн-түз пикири менен бир файлда бири-бирин колдойт жана толуктайт. Изилдөөнүн бул этабында иш процесси дагы эле иштелип чыгууда жана 2-сүрөттө көрсөтүлгөн үлгү боюнча жүрөт. Ар кандай максаттарды дисциплиналар боюнча категорияларга топтоого болот.
Бул кагазда сэндвич-панельдерди өндүрүү колдонуучуга багытталган долбоорлоо жана даярдоо менен автоматташтырылган болсо да, жеке инженердик инструменттердин интеграциясы жана валидациясы толук ишке ашырылган эмес. Фасад геометриясынын параметрдик конструкциясынын негизинде имараттын сырткы кабыгын макродеңгээлде (фасад) жана мезо (фасад панелдери) долбоорлоо мүмкүн. Экинчи этапта, инженердик байланыш цикли көшөгө дубалдарын жасоонун коопсуздугун жана ылайыктуулугун, ошондой эле жашоого жөндөмдүүлүгүн баалоого багытталган. Акыр-аягы, алынган панелдер санариптик өндүрүшкө даяр. Программа иштелип чыккан негизги түзүмүн машина окуй турган G-коддо иштетет жана аны кошумча өндүрүшкө, субтрактивдик кайра иштетүүгө жана айнек менен байланыштырууга даярдайт.
Дизайн процесси эки башка деңгээлде каралат. Фасаддардын макро формасы ар бир композиттик панелдин геометриясына таасир этээринен тышкары, өзөктүн топологиясын да мезо деңгээлде долбоорлоого болот. Параметрдик фасад моделин колдонууда формага жана сырткы көрүнүшкө 3-сүрөттө көрсөтүлгөн сыдырмаларды колдонуу менен фасад бөлүктөрүнүн мисалында таасир этиши мүмкүн. Ошентип, жалпы бет колдонуучу аныктаган масштабдуу беттен турат, ал чекиттик аттракторлордун жардамы менен деформацияланышы мүмкүн жана аны өзгөртүүгө болот. деформациянын минималдуу жана максималдуу даражасын аныктоо. Бул курулуш конверттерин долбоорлоодо жогорку ийкемдүүлүктү камсыз кылат. Бирок, бул эркиндик даражасы техникалык жана өндүрүштүк чектөөлөр менен чектелет, алар инженердик бөлүгүндөгү алгоритмдер менен ойнолот.
Бүткүл фасаддын бийиктигинен жана туурасынан тышкары, фасаддык панелдердин бөлүнүшү аныкталат. Жеке фасаддык панелдерге келсек, алар мезо деңгээлдеринде так аныкталышы мүмкүн. Бул өзөк түзүмүнүн топологиясына, ошондой эле айнектин калыңдыгына таасирин тийгизет. Бул эки өзгөрмөлөр, ошондой эле панелдин өлчөмү, машина куруу моделдөө менен маанилүү байланышы бар. Бардык макро жана мезо-деңгээлди долбоорлоо жана иштеп чыгуу түзүмдүн, функциянын, эстетиканын жана продуктунун дизайнынын төрт категориясында оптималдаштыруу жагынан жүргүзүлүшү мүмкүн. Колдонуучулар бул аймактарга артыкчылык берүү менен имараттын конвертинин жалпы көрүнүшүн жана сезимин иштеп чыга алышат.
Долбоор кайтарым байланыш циклин колдонуу менен инженердик бөлүгү тарабынан колдоого алынат. Ушул максатта максаттар жана чек ара шарттары 2-сүрөттө көрсөтүлгөн оптималдаштыруу категориясында аныкталган. Алар долбоорлоого олуттуу таасирин тийгизген инженердик көз караштан алганда курууга техникалык жактан мүмкүн, физикалык жактан бекем жана коопсуз коридорлорду камсыз кылат. Бул түз Grasshopperге интеграцияланган ар кандай куралдардын башталгыч чекити. Андан аркы изилдөөлөрдө механикалык касиеттер Чектүү элементтердин анализи (FEM) же аналитикалык эсептөөлөр аркылуу бааланышы мүмкүн.
Мындан тышкары, күн радиациясын изилдөө, көрүү линиясын талдоо жана күн нурунун узактыгын моделдөө физикалык курулушка композиттик панелдердин таасирин баалоого болот. Долбоорлоо процессинин ылдамдыгын, эффективдүүлүгүн жана ийкемдүүлүгүн ашыкча чектебөө маанилүү. Ошентип, бул жерде алынган натыйжалар долбоорлоо процессине кошумча жетекчилик жана колдоо көрсөтүү үчүн иштелип чыккан жана долбоорлоо процессинин аягында деталдуу талдоо жана негиздөөнүн ордун баса албайт. Бул стратегиялык план далилденген натыйжалар үчүн мындан аркы категориялык изилдөөлөр үчүн негиз түзөт. Мисалы, ар кандай жүктөө жана колдоо шарттарында курама панелдердин механикалык жүрүм-туруму жөнүндө азырынча аз белгилүү.
Дизайн жана инженерия аяктагандан кийин, модель санариптик өндүрүшкө даяр. Өндүрүш процесси төрт суб-этапка бөлүнөт (4-сүрөт). Биринчиден, негизги структура ири масштабдуу роботтук 3D басып чыгаруу объектисинин жардамы менен кошумча жасалды. Андан кийин жакшы байланыш үчүн талап кылынган беттин сапатын жакшыртуу үчүн ошол эле роботтук системанын жардамы менен бет тегирленет. Фрезерлөөдөн кийин, чаптоо басып чыгаруу жана фрезерлөө процесси үчүн колдонулган бир эле роботтук системага орнотулган атайын иштелип чыккан дозалоо тутумунун жардамы менен негизги түзүлүшкө колдонулат. Акыр-аягы, айнек орнотулган жана ультрафиолет менен бекемделгенге чейин коюлат.
Кошумча өндүрүш үчүн, негизги структуранын аныкталган топологиясы CNC машина тилине (GCode) которулушу керек. Бирдиктүү жана жогорку сапаттагы натыйжаларга жетишүү үчүн ар бир катмарды экструдердик саптама кулап түшпөй басып чыгаруу керек. Бул кыймылдын башында жана аягында керексиз ашыкча басымдын алдын алат. Ошондуктан, колдонулуп жаткан клетка үлгүсү үчүн үзгүлтүксүз траекторияны түзүү сценарийи жазылган. Бул бир эле башталгыч жана аяктоо чекиттери менен параметрлик үзгүлтүксүз полилинияны түзөт, ал дизайнга ылайык тандалган панелдин өлчөмүнө, бал уюктарынын санына жана өлчөмүнө ыңгайлашат. Мындан тышкары, негизги структуранын каалаган бийиктигине жетүү үчүн сызыктарды салуудан мурун сызыктын туурасы жана сызык бийиктиги сыяктуу параметрлер көрсөтүлүшү мүмкүн. Скрипттин кийинки кадамы G-код буйруктарын жазуу.
Бул сызыктагы ар бир чекиттин координаттарын жайгаштыруу жана экструзия көлөмүн көзөмөлдөө үчүн башка тиешелүү октор сыяктуу кошумча машина маалыматы менен жазуу аркылуу ишке ашырылат. Алынган G-код андан кийин өндүрүш машиналарына өткөрүлүп берилиши мүмкүн. Бул мисалда, сызыктуу рельстеги Comau NJ165 өнөр жай робот колу G-коду боюнча CEAD E25 экструдерин башкаруу үчүн колдонулат (5-сүрөт). Биринчи прототиби айнек буласы 20% болгон постиндустриалдык PETG колдонулган. Механикалык тестирлөө жагынан максаттуу өлчөмдөр курулуш индустриясынын көлөмүнө жакын, ошондуктан негизги элементтин өлчөмдөрү 6 × 4 бал клеткалары менен 1983 × 876 мм. 6 мм жана 2 мм бийик.
Алдын ала сыноолор анын беттик касиеттерине жараша жабышчаак жана 3D басып чыгаруу чайырынын ортосунда жабышчаак күчтө айырма бар экенин көрсөттү. Бул үчүн, кошумча өндүрүштүк сыноо үлгүлөрү айнек менен чапталат же ламинатталган жана чыңалууга же кесүүгө дуушар болот. Полимердик бетти фрезерлөө жолу менен алдын ала механикалык иштетүүдө бекемдик бир топ жогорулаган (6-сүрөт). Мындан тышкары, ал өзөктүн тегиздигин жакшыртат жана ашыкча экструзиядан келип чыккан кемчиликтерди алдын алат. Бул жерде колдонулган UV менен айыктыра турган LOCTITE® AA 3345™ [19] акрилат иштетүү шарттарына сезгич келет.
Бул көп учурда байланыш сыноо үлгүлөрү үчүн жогорку стандарттык четтөө алып келет. Кошумча өндүрүштөн кийин өзөк структурасы профилдик фрезердик станокто фрезерленген. Бул операция үчүн талап кылынган G-коду 3D басып чыгаруу процесси үчүн буга чейин түзүлгөн аспап жолдорунан автоматтык түрдө түзүлөт. Негизги түзүмү белгиленген өзөк бийиктигинен бир аз жогору басылышы керек. Бул мисалда 18 мм калың өзөк түзүмү 14 ммге чейин кыскарган.
Өндүрүш процессинин бул бөлүгү толук автоматташтыруу үчүн негизги көйгөй болуп саналат. Желимдерди колдонуу машиналардын тактыгына жана тактыгына жогорку талаптарды коёт. Пневматикалык дозалоо системасы клейди өзөк түзүмү боюнча колдонуу үчүн колдонулат. Аны робот фрезердик бет боюнча аныкталган инструмент жолуна ылайык башкарат. Айрыкча салттуу диспенсердик учту щетка менен алмаштыруу пайдалуу экен. Бул илешкектүүлүгү төмөн жабышчаактарды көлөм боюнча бирдей бөлүштүрүүгө мүмкүндүк берет. Бул сумма системадагы басым жана роботтун ылдамдыгы менен аныкталат. Көбүрөөк тактык жана жогорку байланыш сапаты үчүн 200дөн 800 мм/минге чейинки аз жүрүү ылдамдыгы тандалат.
Орточо илешкектүүлүгү 1500 мПа*с болгон акрилат ички диаметри 0,84 мм жана щетка туурасы 5 болгон дозалоочу щетканы колдонуу менен 0,3 дан 0,6 мбарга чейинки колдонулган басымда 6 мм кеңдиктеги полимер өзөгүнүн дубалына түшүрүлгөн. мм. Андан кийин чаптама субстраттын бетине жайылып, беттик чыңалуудан улам 1 мм калың катмарды түзөт. Желимдин калыңдыгын так аныктоо азырынча автоматташтырылган эмес. Процесстин узактыгы клей тандоо үчүн маанилүү критерий болуп саналат. Бул жерде өндүрүлгөн негизги структурасы 26 м трек узундугу жана ошондуктан 30 60 мүнөт колдонуу убакыт бар.
Желимди колдонгондон кийин, эки айнектелген терезени ордуна орнотуңуз. Материалдын жоондугу төмөн болгондуктан, жука айнек өз салмагынан катуу деформацияланган жана ошондуктан мүмкүн болушунча бирдей жайгаштырылышы керек. Бул үчүн убакыт боюнча дисперстүү соргучтары бар пневматикалык айнек соргучтар колдонулат. Ал кран аркылуу тетикке жайгаштырылат, ал эми келечекте роботтордун жардамы менен түз жайгаштырылышы мүмкүн. Айнек пластина жабышчаак катмардагы өзөктүн бетине параллелдүү жайгаштырылган. Салмагы жеңилирээк болгондуктан, кошумча айнек табак (калыңдыгы 4-6 мм) ага басымды жогорулатат.
Натыйжада негизги түзүмүн бойлото айнек бетинин толугу менен нымдоо болушу керек, анткени көрүнгөн түстөрдүн айырмачылыктарын баштапкы визуалдык текшерүүдөн кийин аныктаса болот. Колдонмо жараяны, ошондой эле акыркы байланган муундун сапатына олуттуу таасир этиши мүмкүн. Бирлештирилгенден кийин, айнек панелдерди жылдырбоо керек, анткени бул айнектеги жабышчаак калдыктарды жана анык жабышчаак катмардагы кемчиликтерди жаратат. Акыр-аягы, чаптама 365 нм толкун узундугу боюнча UV нурлануу менен айыктырат. Бул үчүн, кубаттуулугу 6 мВт/см2 болгон УК лампа акырындык менен бүт жабышчаак бетине 60 с өткөрүлөт.
Бул жерде талкууланган кошумча даярдалган полимер өзөгү менен жеңил жана ыңгайлаштырылган жука айнек композиттик панелдер концепциясы келечектеги фасаддарда колдонуу үчүн арналган. Ошентип, курама панелдер колдонуудагы стандарттарга ылайык келиши керек жана тейлөө чектик абалдары (SLS), акыркы күч чектик абалы (ULS) жана коопсуздук талаптарына жооп бериши керек. Ошондуктан, курама панелдер коопсуз, бекем жана катуу болушу керек, сынбай же ашыкча деформациясыз жүктөрдү (мисалы, жер үстүндөгү жүктөрдү) туруштук берүү үчүн. Мурда даярдалган жука айнек композит панелдеринин механикалык реакциясын изилдөө үчүн (Механикалык сыноо бөлүмүндө сүрөттөлгөндөй), алар кийинки бөлүмдө сүрөттөлгөндөй шамал жүктөө сыноосуна дуушар болгон.
Физикалык тестирлөөнүн максаты шамал жүктөгөн тышкы дубалдардын курама панелдеринин механикалык касиеттерин изилдөө болуп саналат. Ушул максатта, 3 мм калыңдыгы толук катууланган айнек сырткы барагынан жана 14 мм калыңдыгы кошумчаланган өзөктөн (PIPG-GF20дан) турган композиттик панелдер Henkel Loctite AA 3345 жабышчагын колдонуу менен жогоруда айтылгандай даярдалган (Сүрөт 7 сол). )). . Андан кийин курама панелдер жыгач таянычка металл бурамалар менен бекитилет, алар жыгач рамка аркылуу жана негизги конструкциянын капталдарына киргизилет. 30 бурамалар панелдин периметри боюнча жайгаштырылган (сүрөт. 7 сол кара сызык кара сызык) мүмкүн болушунча тыгыз периметри боюнча сызыктуу колдоо шарттарын кайра чыгаруу үчүн.
Сыноо алкагы андан кийин композиттик панелдин артына шамалдын басымын же шамал соргучту колдонуу менен сырткы сыноо дубалына бекитилди (сүрөт 7, жогорку оң жакта). Маалыматтарды жазуу үчүн санариптик корреляция системасы (DIC) колдонулат. Бул үчүн, курама панелдин сырткы айнеги ага бермет сымал ызы-чуу үлгүсү менен басылган жука ийкемдүү барак менен капталган (сүрөт 7, ылдыйкы оң жакта). DIC бүт айнек бетиндеги бардык өлчөө чекиттеринин салыштырмалуу абалын жазуу үчүн эки камераны колдонот. Секундасына эки сүрөт жазылып, баалоо үчүн колдонулган. Композиттик панелдер менен курчалган камерадагы басым вентилятор аркылуу 1000 Па кадам менен 4000 Па максималдуу мааниге чейин көбөйтүлөт, ошону менен ар бир жүктүн деңгээли 10 секунд сакталат.
Эксперименттин физикалык түзүлүшү да ошол эле геометриялык өлчөмдөрү бар сандык модель менен көрсөтүлөт. Бул үчүн Ansys Mechanical сандык программасы колдонулат. Негизги түзүлүшү айнек үчүн 20 мм тараптары менен SOLID 185 алты бурчтуу элементтерди жана 3 мм тараптары бар SOLID 187 тетраэдрдик элементтерди колдонуу менен геометриялык тор болгон. Моделдештирүүнү жөнөкөйлөтүү үчүн, изилдөөнүн бул этабында, бул жерде колдонулган акрилат идеалдуу катуу жана жука деп болжолдонууда жана айнек менен негизги материалдын ортосундагы катуу байланыш катары аныкталат.
Композиттик панелдер өзөктүн сыртында түз сызыкта бекитилет, ал эми айнек панели 4000 Па беттик басымга дуушар болот. Моделдөөдө геометриялык сызыктуу эместиктер эске алынганы менен, бул этапта сызыктуу материалдык моделдер гана колдонулган. окуу. Бул айнектин сызыктуу ийкемдүү реакциясы үчүн жарактуу божомол болсо да (E = 70,000 МПа), (илешкектүү) полимердик өзөк материалын өндүрүүчүнүн маалымат баракчасына ылайык [17], сызыктуу катуулугу E = 8245 МПа колдонулган. учурдагы анализ кылдаттык менен каралышы керек жана келечектеги изилдөөдө изилденет.
Бул жерде келтирилген натыйжалар 4000 Па (=ˆ4кН/м2) чейинки максималдуу шамал жүктөгөн деформациялар үчүн бааланат. Бул үчүн, DIC ыкмасы менен жазылган сүрөттөр сандык симуляциянын (FEM) натыйжалары менен салыштырылган (сүрөт 8, ылдыйкы оң). Чет аймагындагы “идеалдуу” сызыктуу тирөөчтөр (б.а. панелдин периметри) менен 0 мм идеалдуу жалпы штамм ФЭМде эсептелгени менен, ДИКти баалоодо четки аймактын физикалык жылышын эске алуу керек. Бул орнотуу толеранттуулугуна жана сыноо рамкасынын жана анын пломбаларынын деформациясына байланыштуу. Салыштыруу үчүн, четиндеги аймактагы орточо жылыш (8-сүрөттө сызылган ак сызык) панелдин борборундагы максималдуу жылышуудан алынып салынды. DIC жана FEA тарабынан аныкталган жылышуулар 1-таблицада салыштырылат жана 8-сүрөттүн жогорку сол бурчунда графикалык түрдө көрсөтүлгөн.
Эксперименталдык моделдин төрт колдонулган жүк деңгээли баалоо үчүн контролдук чекиттер катары колдонулган жана FEMде бааланган. Композиттик пластинанын түшүрүлгөн абалда максималдуу борбордук жылышуусу 2,18 мм 4000 Па жүк деңгээлинде DIC өлчөөлөрү менен аныкталган. Төмөнкү жүктөрдө (2000 Пага чейин) FEA жылыштары дагы эле эксперименталдык маанилерди так чыгара алат, бирок жогорку жүктөрдө штаммдын сызыктуу эмес өсүшүн так эсептөө мүмкүн эмес.
Бирок, изилдөөлөр композиттик панелдер катуу шамалга туруштук бере аларын көрсөттү. Жеңил панелдердин жогорку катуулугу өзгөчө көзгө урунат. Кирхгоф пластинкаларынын [20] сызыктуу теориясына негизделген аналитикалык эсептөөлөрдү колдонуу менен 4000 Па 2,18 мм деформация бирдей чектик шарттарда калыңдыгы 12 мм жалгыз айнек плитанын деформациясына туура келет. Натыйжада, бул курама панелдеги айнектин калыңдыгы (өндүрүштө энергияны көп талап кылат) 2 х 3 мм айнекке чейин азайтылышы мүмкүн, натыйжада материалды 50% үнөмдөөгө болот. Панелдин жалпы салмагын азайтуу монтаждоо жагынан кошумча пайдаларды берет. 30 кг композиттик панелди эки киши оңой иштетсе, салттуу 50 кг айнек панелди коопсуз жылдыруу үчүн техникалык колдоо керек. Механикалык жүрүм-турумду так көрсөтүү үчүн, келечектеги изилдөөлөрдө деталдуу сандык моделдер талап кылынат. Чектүү элементтердин анализин андан ары полимерлер үчүн кеңири сызыктуу эмес материалдык моделдер жана жабышчаак байланышты моделдөө менен өркүндөтсө болот.
Курулуш тармагындагы экономикалык жана экологиялык көрсөткүчтөрдү жакшыртууда санариптик процесстерди өнүктүрүү жана өркүндөтүү негизги ролду ойнойт. Мындан тышкары, фасаддарда жука айнекти колдонуу энергияны жана ресурстарды үнөмдөөнү убада кылып, архитектура үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачат. Бирок айнектин калыңдыгы аз болгондуктан, айнекти адекваттуу бекемдөө үчүн жаңы дизайн чечимдери талап кылынат. Ошондуктан, бул макалада берилген изилдөө жука айнек жана бириктирилген бекемделген 3D басып полимердик негизги структуралар жасалган курама панелдер түшүнүгүн изилдейт. Долбоорлоодон өндүрүшкө чейинки бүт өндүрүш процесси санариптештирилген жана автоматташтырылган. Grasshopper жардамы менен келечектеги фасаддарда жука айнек композиттик панелдерди колдонууга мүмкүндүк берүүчү файлдан фабрикага иштөө процесси иштелип чыккан.
Биринчи прототибин өндүрүү роботтук өндүрүштүн максатка ылайыктуулугун жана кыйынчылыктарын көрсөттү. Кошумча жана субстративдүү өндүрүш мурунтан эле жакшы интеграцияланган болсо да, толук автоматташтырылган чаптаманы колдонуу жана монтаждоо келечектеги изилдөөдө чечиле турган кошумча көйгөйлөрдү жаратат. Алдын ала механикалык тестирлөө жана аны менен байланышкан акыркы элементтерди изилдөө моделдөө аркылуу, жеңил жана ичке айнектен жасалган панелдер өзгөчө шамал жүктөө шарттарында да, фасаддык колдонуу үчүн жетиштүү ийилген катуулукту камсыз кылаары көрсөтүлгөн. Авторлордун тынымсыз изилдөөлөрү фасаддык колдонуу үчүн санариптик түрдө жасалган жука айнек композиттик панелдердин потенциалын андан ары изилдеп, алардын натыйжалуулугун көрсөтөт.
Авторлор бул изилдөө менен байланышкан бардык колдоочуларга ыраазычылык билдиришет. EFRE SAB каржылоо программасынын аркасында Евробиримдиктин каражаттарынан экструдер жана фрезер аппараты менен манипуляторду сатып алууга финансылык ресурстарды берүү үчүн № № грант түрүндө каржыланган. 100537005. Мындан тышкары, AiF-ZIM Glasfur3D изилдөө долбоорун (грант номери ZF4123725WZ9) Glaswerkstätten Glas Ahne менен биргеликте каржылаганы үчүн таанылган, ал бул изилдөө ишине олуттуу колдоо көрсөткөн. Акыр-аягы, Фридрих Сименс лабораториясы жана анын кызматкерлери, өзгөчө Феликс Хегевальд жана студенттин жардамчысы Джонатан Холцерр, бул документтин негизин түзгөн жасалма жана физикалык тестирлөөнүн техникалык колдоосун жана ишке ашырылышын моюнга алышат.
Посттун убактысы: 04-04-2023