Prototypes de phannalan aghaidh glainne tana dèanta gu didseatach

Tha cleachdadh glainne tana a’ gealltainn diofar ghnìomhan a choileanadh ann an gnìomhachas togail. A bharrachd air na buannachdan àrainneachdail bho bhith a’ cleachdadh ghoireasan nas èifeachdaiche, faodaidh ailtirean glainne tana a chleachdadh gus ìrean ùra de shaorsa dealbhaidh a choileanadh. Stèidhichte air an teòiridh ceapaire, faodar glainne tana sùbailte a chur còmhla ri cridhe polymer cealla fosgailte clò-bhuailte 3D gus a bhith gu math teann agus aotrom eileamaidean cumanta. Tha an artaigil seo a’ toirt a-steach oidhirp rannsachail air saothrachadh didseatach de phannalan aghaidh glainne tana a’ cleachdadh innealan-fuadain gnìomhachais. Tha e a’ mìneachadh a’ bhun-bheachd mu bhith a’ digiteachadh sruthan obrach factaraidh-gu-factaraidh, a’ gabhail a-steach dealbhadh le taic coimpiutair (CAD), innleadaireachd (CAE), agus saothrachadh (CAM). Tha an sgrùdadh a’ nochdadh pròiseas dealbhaidh parametric a leigeas le innealan anailis didseatach amalachadh gun fhiosta.
A bharrachd air an sin, tha am pròiseas seo a’ nochdadh na comasan agus na dùbhlain a tha an lùib saothrachadh didseatach de phannalan tana glainne glainne. Tha cuid de na ceumannan saothrachaidh a rinn gàirdean robot gnìomhachais, leithid saothrachadh cruth mòr, innealachadh uachdar, gluing agus pròiseasan cruinneachaidh, air am mìneachadh an seo. Mu dheireadh, airson a’ chiad uair, chaidh tuigse dhomhainn fhaighinn air feartan meacanaigeach pannalan co-dhèanta tro sgrùdaidhean deuchainneach agus àireamhach agus measadh air feartan meacanaigeach panalan co-dhèanta fo luchdachadh uachdar. Tha am bun-bheachd iomlan de dhealbhadh didseatach agus sruth-obrach saothrachadh, a bharrachd air toraidhean sgrùdaidhean deuchainneach, a’ toirt seachad bunait airson tuilleadh amalachadh de mhìneachadh cruth agus modhan sgrùdaidh, a bharrachd air a bhith a’ dèanamh sgrùdaidhean meacanaigeach farsaing ann an sgrùdaidhean san àm ri teachd.
Tha dòighean saothrachaidh didseatach a’ toirt cothrom dhuinn cinneasachadh a leasachadh le bhith ag atharrachadh dhòighean traidiseanta agus a’ toirt seachad cothroman dealbhaidh ùra [1]. Tha dòighean togail traidiseanta buailteach cus stuthan a chleachdadh a thaobh cosgais, geoimeatraidh bunaiteach, agus sàbhailteachd. Le bhith a’ gluasad togail gu factaraidhean, a’ cleachdadh modular pre-fabrication agus robotics gus dòighean dealbhaidh ùra a bhuileachadh, faodar stuthan a chleachdadh gu h-èifeachdach gun a bhith a’ toirt buaidh air sàbhailteachd. Leigidh saothrachadh didseatach leinn ar mac-meanmna dealbhaidh a leudachadh gus cumaidhean geoimeatrach nas eadar-mheasgte, nas èifeachdaiche agus nas adhartaiche a chruthachadh. Ged a tha na pròiseasan dealbhaidh is àireamhachaidh gu ìre mhòr air an cruth didseatach, tha saothrachadh agus co-chruinneachadh fhathast gu ìre mhòr air a dhèanamh le làimh ann an dòighean traidiseanta. Gus dèiligeadh ri structaran cruth saor a tha a’ sìor fhàs iom-fhillte, tha pròiseasan saothrachaidh didseatach a’ sìor fhàs cudromach. Tha am miann airson saorsa agus sùbailteachd dealbhaidh, gu sònraichte nuair a thig e gu aghaidhean, a’ fàs gu cunbhalach. A bharrachd air a 'bhuaidh lèirsinneach, tha aghaidhean cruth an-asgaidh cuideachd a' toirt cothrom dhut structaran nas èifeachdaiche a chruthachadh, mar eisimpleir, tro bhith a 'cleachdadh buaidhean membran [2]. A bharrachd air an sin, tha comas mòr pròiseasan saothrachaidh didseatach na laighe anns an èifeachdas aca agus an comas dealbhadh optimization.
Tha an artaigil seo a’ sgrùdadh mar a ghabhas teicneòlas didseatach a chleachdadh gus pannal aghaidh ùr-nodha a dhealbhadh agus a dhèanamh anns a bheil cridhe polymer dèanta le aodach agus panalan glainne tana a-muigh. A bharrachd air na cothroman ailtireil ùra co-cheangailte ri cleachdadh glainne tana, tha slatan-tomhais àrainneachdail agus eaconamach cuideachd air a bhith nan adhbharan cudromach airson nas lugha de stuth a chleachdadh gus cèis an togalaich a thogail. Le atharrachadh clìomaid, gainnead ghoireasan agus prìsean lùtha ag èirigh san àm ri teachd, feumar glainne a chleachdadh nas buige. Tha cleachdadh glainne tana nas lugha na 2 mm de thighead bhon ghnìomhachas dealanach a’ fàgail an aghaidh aotrom agus a ’lughdachadh cleachdadh stuthan amh.
Air sgàth sùbailteachd àrd glainne tana, tha e a’ fosgladh chothroman ùra airson tagraidhean ailtireil agus aig an aon àm a’ togail dhùbhlain innleadaireachd ùra [3,4,5,6]. Fhad ‘s a tha buileachadh phròiseactan aghaidh an-dràsta a’ cleachdadh glainne tana cuibhrichte, tha glainne tana ga chleachdadh barrachd is barrachd ann an innleadaireachd catharra agus sgrùdaidhean ailtireachd. Air sgàth comas àrd glainne tana gu deformachadh elastagach, tha feum air fuasglaidhean structarail daingnichte airson a chleachdadh air aghaidhean [7]. A bharrachd air a bhith a’ gabhail brath air a’ bhuaidh membran mar thoradh air an geoimeatraidh lùbte [8], faodar àm an inertia a mheudachadh cuideachd le structar ioma-fhilleadh anns a bheil cridhe polymer agus duilleag glainne tana air a glaodhadh a-muigh. Tha an dòigh-obrach seo air gealladh a nochdadh mar thoradh air a bhith a’ cleachdadh cridhe polycarbonate cruaidh follaiseach, nach eil cho dùmhail ri glainne. A bharrachd air gnìomh meacanaigeach adhartach, chaidh coinneachadh ri slatan-tomhais sàbhailteachd a bharrachd [9].
Tha an dòigh-obrach san sgrùdadh a leanas stèidhichte air an aon bhun-bheachd, ach a’ cleachdadh cridhe tar-shoilleir pore fosgailte le saothrachadh a bharrachd. Tha seo a’ gealltainn ìre nas àirde de shaorsa geoimeatrach agus comas dealbhaidh, a bharrachd air amalachadh gnìomhan corporra an togalaich [10]. Tha pannalan co-dhèanta mar seo air a bhith gu sònraichte èifeachdach ann an deuchainn meacanaigeach [11] agus tha iad a’ gealltainn gun lughdaich iad an ìre de ghlainne a thathas a’ cleachdadh suas ri 80%. Bidh seo chan ann a-mhàin a 'lùghdachadh na goireasan a tha a dhìth, ach cuideachd a' lùghdachadh cuideam nam pannalan gu mòr, agus mar sin a 'meudachadh èifeachdas an fho-structair. Ach tha feum air seòrsachan ùra de chinneasachadh ann an dòighean togail ùra. Feumaidh structaran èifeachdach pròiseasan saothrachaidh èifeachdach. Tha dealbhadh didseatach a’ cur ri saothrachadh didseatach. Tha an artaigil seo a’ leantainn leis an rannsachadh a rinn an t-ùghdar roimhe le bhith a’ taisbeanadh sgrùdadh air a’ phròiseas saothrachaidh didseatach de phannalan tana glainne airson innealan-fuadain tionnsgalach. Tha am fòcas air a bhith a’ digiteachadh sruth-obrach faidhle-gu-factaraidh de na ciad prototypes cruth mòr gus fèin-ghluasad a’ phròiseas saothrachaidh a mheudachadh.
Tha am pannal co-dhèanta (Figear 1) air a dhèanamh suas de dhà chòmhdach glainne tana air am pasgadh timcheall cridhe polymer AM. Tha an dà phàirt ceangailte le glue. Is e adhbhar an dealbhaidh seo an luchd a sgaoileadh thairis air an roinn gu lèir cho èifeachdach sa ghabhas. Bidh amannan lùbte a’ cruthachadh cuideaman àbhaisteach san t-slige. Bidh feachdan taobhach ag adhbhrachadh cuideam rùsgaidh anns na joints bunaiteach agus adhesive.
Tha an taobh a-muigh den structar ceapaire air a dhèanamh de ghlainne tana. Ann am prionnsabal, thèid glainne silicate soda-aoil a chleachdadh. Le tiugh targaid <2 mm, tha am pròiseas teothachaidh teirmeach a’ ruighinn a’ chrìoch teicneòlais gnàthach. Faodar glainne aluminosilicate neartaichte gu ceimigeach a mheas gu sònraichte iomchaidh ma tha feum air neart nas àirde air sgàth dealbhadh (me panalan fuar-fhillte) no cleachdadh [12]. A bharrachd air na gnìomhan tar-chuir solais agus dìon na h-àrainneachd tha deagh fheartan meacanaigeach leithid deagh strì an aghaidh sgrìobadh agus modulus Young an ìre mhath àrd an taca ri stuthan eile a thathas a’ cleachdadh ann an stuthan co-dhèanta. Air sgàth cho beag de mheud a bha ri fhaighinn airson glainne tana le neart ceimigeach, chaidh panalan de ghlainne soda-aoil làn-thiugh 3 mm tiorma a chleachdadh gus a’ chiad prototype mòr a chruthachadh.
Thathas den bheachd gu bheil an structar taic mar phàirt cumadh den phannal co-dhèanta. Tha buaidh aig cha mhòr a h-uile feart air. Taing don dòigh saothrachaidh cuir-ris, tha e cuideachd aig cridhe a ’phròiseas saothrachaidh didseatach. Bidh thermoplastics air an giullachd le bhith a 'ceangal. Tha seo ga dhèanamh comasach àireamh mhòr de dhiofar polymers a chleachdadh airson tagraidhean sònraichte. Faodar topology nam prìomh eileamaidean a dhealbhadh le cuideam eadar-dhealaichte a rèir an gnìomh. Airson an adhbhair seo, faodar dealbhadh cumadh a roinn anns na ceithir roinnean dealbhaidh a leanas: dealbhadh structarail, dealbhadh gnìomh, dealbhadh bòidhchead, agus dealbhadh cinneasachaidh. Faodaidh adhbharan eadar-dhealaichte a bhith aig gach roinn, a dh’ fhaodadh leantainn gu diofar topologies.
Rè an sgrùdadh tòiseachaidh, chaidh cuid de na prìomh dhealbhaidhean a dhearbhadh airson freagarrachd an dealbhadh [11]. Bho shealladh meacanaigeach, tha an uachdar bunaiteach trì-ùine aig an gyroscope gu sònraichte èifeachdach. Tha seo a 'toirt seachad àrd meacanaigeach an aghaidh a bhith a' cromadh aig caitheamh stuthan coimeasach ìosal. A bharrachd air na structaran bunaiteach ceallach air an ath-riochdachadh anns na roinnean uachdar, faodar an topology a chruthachadh cuideachd le dòighean lorg cumadh eile. Is e gineadh loidhne cuideam aon de na dòighean as fheàrr air stiffness a mheudachadh aig a’ chuideam as ìsle a tha comasach [13]. Ach, chaidh structar na meala, a tha air a chleachdadh gu farsaing ann an togail ceapaire, a chleachdadh mar thoiseach tòiseachaidh airson leasachadh na loidhne toraidh. Bidh am foirm bunaiteach seo a’ leantainn gu adhartas luath ann an cinneasachadh, gu sònraichte tro phrògramadh slighe inneal furasta. Chaidh sgrùdadh farsaing a dhèanamh air a ghiùlan ann am pannalan co-dhèanta [14, 15, 16] agus faodar an coltas atharrachadh ann an iomadh dòigh tro parameterization agus faodar a chleachdadh cuideachd airson bun-bheachdan optimization tùsail.
Tha mòran polymers thermoplastic ri beachdachadh nuair a thaghas tu polymer, a rèir a ’phròiseas eas-tharraing a thathar a’ cleachdadh. Tha sgrùdaidhean tòiseachaidh tùsail air stuthan beaga air lùghdachadh a dhèanamh air an àireamh de pholaimirean a tha air am meas freagarrach airson an cleachdadh air aghaidhean [11]. Tha polycarbonate (PC) gealltanach air sgàth cho làidir ‘s a tha e teas, strì an aghaidh UV agus neart àrd. Mar thoradh air an tasgadh teicnigeach agus ionmhasail a bharrachd a dh’ fheumar gus polycarbonate a phròiseasadh, chaidh polyethylene terephthalate atharraichte ethylene glycol (PETG) a chleachdadh gus a’ chiad prototypes a thoirt gu buil. Tha e gu sònraichte furasta a phròiseasadh aig teòthachd an ìre mhath ìosal le cunnart ìosal de chuideam teirmeach agus deformachadh phàirtean. Tha am prototype a chithear an seo air a dhèanamh à PETG ath-chuairtichte ris an canar PIPG. Chaidh an stuth a thiormachadh ro-làimh aig 60 ° C airson co-dhiù 4 h agus air a phròiseasadh gu gràinneagan le susbaint snàithleach glainne de 20% [17].
Tha an adhesive a’ toirt seachad ceangal làidir eadar prìomh structar polymer agus mullach glainne tana. Nuair a bhios pannalan co-dhèanta fo luchdan cromadh, bidh cuideam rùsgaidh air na joints adhesive. Mar sin, b’ fheàrr le adhesive nas cruaidhe agus dh’ fhaodadh gun lughdaich e sleamhnachadh. Bidh adhesives soilleir cuideachd a’ cuideachadh le bhith a’ toirt seachad càileachd lèirsinneach àrd nuair a tha iad ceangailte ri glainne soilleir. Is e feart cudromach eile ann a bhith a’ taghadh adhesive an saothrachadh agus amalachadh ann am pròiseasan toraidh fèin-ghluasadach. An seo faodaidh adhesives ciùraidh UV le amannan slànachaidh sùbailte suidheachadh nan sreathan còmhdaich a dhèanamh nas sìmplidhe gu mòr. Stèidhichte air deuchainnean tòiseachaidh, chaidh sreath de adhesives a dhearbhadh airson am freagarrachd airson pannalan glainne tana co-dhèanta [18]. Dhearbh Loctite® AA 3345 ™ UV curable acrylate [19] gu sònraichte freagarrach airson a’ phròiseas a leanas.
Gus brath a ghabhail air comasachd saothrachadh cuir-ris agus sùbailteachd glainne tana, chaidh am pròiseas gu lèir a dhealbhadh gus obrachadh gu didseatach agus gu parametric. Tha Grasshopper air a chleachdadh mar eadar-aghaidh prògramadh lèirsinneach, a’ seachnadh eadar-aghaidh eadar diofar phrògraman. Bidh a h-uile cuspair (innleadaireachd, innleadaireachd agus saothrachadh) a’ toirt taic agus a’ cur ri chèile ann an aon fhaidhle le fios air ais dìreach bhon ghnìomhaiche. Aig an ìre seo den sgrùdadh, tha an sruth-obrach fhathast ga leasachadh agus a' leantainn a' phàtrain a chithear ann am Figear 2. Faodar na diofar amasan a chur còmhla ann an roinnean taobh a-staigh chuspairean.
Ged a tha cinneasachadh panalan ceapaire sa phàipear seo air a bhith fèin-ghluasadach le dealbhadh stèidhichte air neach-cleachdaidh agus ullachadh saothrachaidh, cha deach amalachadh agus dearbhadh innealan innleadaireachd fa leth a thoirt gu buil gu h-iomlan. Stèidhichte air dealbhadh parametric geoimeatraidh an aghaidh, tha e comasach slige a-muigh an togalaich a dhealbhadh aig ìre macro (aghaidh) agus meso (panalan aghaidh). Anns an dàrna ceum, tha an lùb fios-air-ais innleadaireachd ag amas air sàbhailteachd agus freagarrachd a mheasadh a bharrachd air comasachd dèanamh balla-cùirteir. Mu dheireadh, tha na pannalan a thig às deiseil airson riochdachadh didseatach. Bidh am prògram a’ giullachd an structair bunaiteach leasaichte ann an còd-G a ghabhas leughadh le inneal agus ga ullachadh airson saothrachadh cuir-ris, iar-giullachd toirt air falbh agus ceangal glainne.
Tha am pròiseas dealbhaidh air a mheas aig dà ìre eadar-dhealaichte. A bharrachd air an fhìrinn gu bheil cruth macro na h-aghaidhean a 'toirt buaidh air geoimeatraidh gach pannal co-fhillte, faodar topology a' chridhe fhèin a dhealbhadh aig ìre meso cuideachd. Nuair a bhios tu a’ cleachdadh modail facade parametric, faodaidh na h-earrannan facade eisimpleir buaidh a thoirt air cumadh agus coltas a’ cleachdadh na sleamhnagan a chithear ann am Figear 3. Mar sin, tha an uachdar iomlan air a dhèanamh suas de uachdar scalable a tha air a mhìneachadh le neach-cleachdaidh a dh’ fhaodar a dheformachadh le bhith a ’cleachdadh luchd-tarraing puing agus air atharrachadh le a 'sònrachadh an ìre as ìsle agus an ìre as àirde de dhì-dhealbhadh. Tha seo a’ toirt ìre àrd de shùbailteachd ann an dealbhadh cèisean togalach. Ach, tha an ìre seo de shaorsa air a chuingealachadh le cuingealachaidhean teicnigeach agus saothrachaidh, a tha an uairsin air an cluich leis na h-algorithms anns a’ phàirt innleadaireachd.
A bharrachd air àirde agus leud an aghaidh gu lèir, tha sgaradh nam pannalan aghaidh air a dhearbhadh. A thaobh pannalan facade fa leth, faodar an comharrachadh nas mionaidiche aig ìre meso. Bidh seo a 'toirt buaidh air topology a' phrìomh structar fhèin, a bharrachd air tiugh na glainne. Tha dàimh chudromach aig an dà chaochladair seo, a bharrachd air meud a’ phannail, ri modaladh innleadaireachd meacanaigeach. Faodar dealbhadh agus leasachadh na h-ìre macro agus meso gu lèir a dhèanamh a thaobh optimization anns na ceithir roinnean de structar, gnìomh, bòidhchead agus dealbhadh toraidh. Faodaidh luchd-cleachdaidh sealladh agus faireachdainn iomlan cèis an togalaich a leasachadh le bhith a’ cur prìomhachas air na raointean sin.
Tha am pròiseact a’ faighinn taic bhon phàirt innleadaireachd a’ cleachdadh lùb fios-air-ais. Chun na crìche seo, tha amasan agus suidheachaidhean crìche air am mìneachadh anns an roinn optimization a chithear ann am Fig. 2. Bidh iad a’ toirt seachad trannsaichean a tha comasach gu teicnigeach, gu corporra fallain, agus sàbhailte airson togail bho shealladh innleadaireachd, aig a bheil buaidh mhòr air dealbhadh. Is e seo an t-àite tòiseachaidh airson diofar innealan a dh’ fhaodar fhilleadh a-steach gu dìreach ri Grasshopper. Ann an tuilleadh sgrùdaidhean, faodar feartan meacanaigeach a mheasadh le bhith a’ cleachdadh Mion-sgrùdadh Eileamaid Crìochnaichte (FEM) no eadhon àireamhachadh anailis.
A bharrachd air an sin, faodaidh sgrùdaidhean rèididheachd grèine, mion-sgrùdadh loidhne-sealladh, agus modaladh fad grèine measadh a dhèanamh air buaidh panalan co-dhèanta air fiosaig togail. Tha e cudromach gun a bhith a 'cuingealachadh cus astar, èifeachdas agus sùbailteachd a' phròiseas dealbhaidh. Mar sin, chaidh na toraidhean a gheibhear an seo a dhealbhadh gus stiùireadh agus taic a bharrachd a thoirt don phròiseas dealbhaidh agus chan eil iad nan àite airson mion-sgrùdadh mionaideach agus fìreanachadh aig deireadh a’ phròiseas dealbhaidh. Tha am plana ro-innleachdail seo na bhunait airson tuilleadh rannsachaidh gnèitheach airson toraidhean dearbhte. Mar eisimpleir, chan eil mòran fios fhathast mu ghiùlan meacanaigeach pannalan co-dhèanta fo dhiofar shuidheachaidhean luchdan is taic.
Aon uair ‘s gu bheil an dealbhadh agus an innleadaireachd deiseil, tha am modail deiseil airson cinneasachadh didseatach. Tha am pròiseas saothrachaidh air a roinn ann an ceithir fo-ìrean (Fig. 4). An toiseach, chaidh am prìomh structar a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh goireas clò-bhualaidh robotach 3D air sgèile mhòr. Tha an uachdar an uairsin air a bhleith a’ cleachdadh an aon shiostam robotach gus càileachd uachdar a leasachadh a tha riatanach airson deagh cheangal. Às deidh bleith, thèid an adhesive a chuir an sàs air a ’phrìomh structar a’ cleachdadh siostam dòsachaidh a chaidh a dhealbhadh gu sònraichte air a chuir suas air an aon shiostam robotach a thathas a ’cleachdadh airson a’ phròiseas clò-bhualaidh is bleith. Mu dheireadh, tha a’ ghlainne air a chuir a-steach agus air a chuir sìos mus tèid an UV a chiùradh air a’ cheangal ceangailte.
Airson saothrachadh cur-ris, feumar topology comharraichte an structair bhunaiteach eadar-theangachadh gu cànan inneal CNC (GCode). Airson toraidhean èideadh agus àrd-inbhe, is e an t-amas gach còmhdach a chlò-bhualadh gun a bhith a 'tuiteam dheth an t-sròin extruder. Bidh seo a’ cur casg air cus cuideam gun iarraidh aig toiseach is deireadh a’ ghluasaid. Mar sin, chaidh sgriobt ginealach slighe leantainneach a sgrìobhadh airson a’ phàtran cealla a thathar a’ cleachdadh. Cruthaichidh seo polyline leantainneach parametric leis na h-aon phuingean tòiseachaidh is crìochnachaidh, a bhios ag atharrachadh a rèir meud a ’phannal taghte, àireamh agus meud cìrean meala a rèir dealbhadh. A bharrachd air an sin, faodar paramadairean leithid leud loidhne agus àirde loidhne a shònrachadh mus cuir thu loidhnichean sìos gus an àirde a tha thu ag iarraidh den phrìomh structar a choileanadh. Is e an ath cheum anns an sgriobt na h-òrdughan còd G a sgrìobhadh.
Tha seo air a dhèanamh le bhith a’ clàradh co-chomharran gach puing air an loidhne le fiosrachadh inneal a bharrachd leithid tuaghan iomchaidh eile airson suidheachadh agus smachd meud eas-tharraing. Faodar an còd G a thig às an uairsin a ghluasad gu innealan cinneasachaidh. Anns an eisimpleir seo, thathas a ’cleachdadh gàirdean robot gnìomhachais Comau NJ165 air rèile sreathach gus smachd a chumail air extruder CEAD E25 a rèir a’ chòd G (Figear 5). Chleachd a’ chiad prototype PETG iar-ghnìomhachais le susbaint snàithleach glainne de 20%. A thaobh deuchainn meacanaigeach, tha am meud targaid faisg air meud a 'ghnìomhachais togail, agus mar sin tha tomhasan a' phrìomh eileamaid 1983 × 876 mm le ceallan meala 6 × 4. 6 mm agus 2 mm àrd.
Tha deuchainnean tòiseachaidh air sealltainn gu bheil eadar-dhealachadh ann an neart adhesive eadar adhesive agus roisinn clò-bhualaidh 3D a rèir na feartan uachdar aige. Gus seo a dhèanamh, bidh sampallan deuchainn saothrachaidh cuir-ris air an glaodhadh no air an lannachadh gu glainne agus fo theannachadh no rùsgadh. Rè giollachd meacanaigeach tòiseachaidh air uachdar polymer le bleith, mheudaich an neart gu mòr (Fig. 6). A bharrachd air an sin, bidh e a’ leasachadh rèidh a ’chridhe agus a’ cur casg air uireasbhaidhean air adhbhrachadh le cus eas-tharraing. Tha an acrylate UV curable LOCTITE® AA 3345 ™ [19] a thathar a’ cleachdadh an seo mothachail air suidheachaidhean giullachd.
Bidh seo gu tric a’ leantainn gu claonadh àbhaisteach nas àirde airson na sampallan deuchainn banna. Às deidh saothrachadh cuir-ris, chaidh am prìomh structar a bhleith air inneal bleith ìomhaigh. Thèid an còd-G a tha a dhìth airson na h-obrach seo a chruthachadh gu fèin-ghluasadach bho shlighean innealan a chaidh a chruthachadh mar-thà airson a’ phròiseas clò-bhualaidh 3D. Feumaidh an structar bunaiteach a bhith air a chlò-bhualadh beagan nas àirde na an àirde bunaiteach a thathar an dùil. Anns an eisimpleir seo, tha an structar bunaiteach 18 mm tiorma air a lughdachadh gu 14 mm.
Tha am pàirt seo den phròiseas saothrachaidh na dhùbhlan mòr airson làn fèin-ghluasad. Tha cleachdadh adhesives a’ cur iarrtas mòr air cruinneas agus mionaideachd innealan. Tha an siostam dosing giuthais air a chleachdadh gus an adhesive a chuir an sàs air a’ phrìomh structar. Tha e air a stiùireadh leis an inneal-fuadain air an uachdar muilleidh a rèir an t-slighe inneal comharraichte. Tha e a 'tionndadh a-mach gu bheil e gu sònraichte buannachdail a bhith a' cur an àite an tip sgaoilidh traidiseanta le bruis. Leigidh seo le adhesives slaodachd ìosal a bhith air an sgaoileadh gu co-ionnan a rèir meud. Tha an t-suim seo air a dhearbhadh leis a’ chuideam san t-siostam agus astar an inneal-fuadain. Airson barrachd mionaideachd agus càileachd ceangail àrd, is fheàrr astaran siubhail ìosal de 200 gu 800 mm / min.
Chaidh acrylate le slaodachd cuibheasach de 1500 mPa * s a chuir air balla a ’chridhe polymer 6 mm de leud a’ cleachdadh bruis dosing le trast-thomhas a-staigh de 0.84 mm agus leud bruis de 5 aig cuideam gnìomhaichte de 0.3 gu 0.6 mbar. mm. Tha an adhesive an uairsin air a sgaoileadh thairis air uachdar an t-substrate agus a’ cruthachadh còmhdach 1 mm de thighead mar thoradh air teannachadh uachdar. Chan urrainnear an dearbh cho-dhùnadh air tiugh adhesive a bhith fèin-ghluasadach fhathast. Tha fad a 'phròiseis na shlat-tomhais cudromach airson a bhith a' taghadh adhesive. Tha fad slighe 26 m aig an structar bunaiteach a tha air a thoirt a-mach an seo agus mar sin ùine tagraidh 30 gu 60 mionaidean.
Às deidh dhut an adhesive a chuir a-steach, stàlaich an uinneag le glainne dùbailte na àite. Air sgàth cho tiugh is a tha an stuth, tha glainne tana mu thràth air a dhì-dhealbhadh gu làidir leis a chuideam fhèin agus mar sin feumar a shuidheachadh cho cothromach ‘s a ghabhas. Airson seo, thathas a’ cleachdadh cupannan suidse glainne giuthais le cupannan suidse ùine-sgapte. Tha e air a chur air a 'phàirt a' cleachdadh crann, agus san àm ri teachd faodar a chur dìreach a 'cleachdadh innealan-fuadain. Chaidh a ’phlàta glainne a chuir co-shìnte ri uachdar a’ chridhe air an t-sreath adhesive. Air sgàth an cuideam nas aotroime, bidh truinnsear glainne a bharrachd (4 gu 6 mm tiorma) a ’meudachadh cuideam air.
Bu chòir gum biodh an toradh a’ fliuchadh uachdar na glainne air feadh a’ bhun-structair, mar a chithear bho sgrùdadh lèirsinneach tùsail air eadar-dhealachaidhean dath follaiseach. Faodaidh am pròiseas tagraidh buaidh mhòr a thoirt cuideachd air càileachd a’ cho-bhanntachd cheangail mu dheireadh. Aon uair ‘s gu bheil iad air an ceangal, cha bu chòir na pannalan glainne a ghluasad oir bidh seo a’ leantainn gu fuigheall adhesive faicsinneach air a ’ghlainne agus uireasbhaidhean anns an fhìor shreath adhesive. Mu dheireadh, tha an adhesive air a leigheas le rèididheachd UV aig tonn-tonn de 365 nm. Gus seo a dhèanamh, thèid lampa UV le dùmhlachd cumhachd de 6 mW / cm2 a thoirt seachad mean air mhean thairis air an uachdar adhesive gu lèir airson 60 diog.
Tha a’ bhun-bheachd de phannalan glainne tana aotrom agus gnàthaichte le cridhe polymer dèanta a bharrachd air a bheilear an dùil a chleachdadh air aghaidhean san àm ri teachd. Mar sin, feumaidh pannalan co-dhèanta cumail ris na h-inbhean iomchaidh agus coinneachadh ris na riatanasan airson stàitean crìoch seirbheis (SLS), stàitean crìoch neart deireannach (ULS) agus riatanasan sàbhailteachd. Mar sin, feumaidh pannalan co-dhèanta a bhith sàbhailte, làidir, agus stiff gu leòr gus seasamh ri luchdan (leithid luchdan uachdar) gun bhriseadh no cus deformachadh. Gus sgrùdadh a dhèanamh air freagairt meacanaigeach pannalan glainne tana dèanta roimhe seo (mar a chaidh a mhìneachadh anns an roinn Deuchainn Meacanaigeach), chaidh an toirt gu deuchainnean luchdan gaoithe mar a chaidh a mhìneachadh san ath fho-earrann.
Is e adhbhar deuchainn corporra sgrùdadh a dhèanamh air feartan meacanaigeach panalan co-dhèanta de bhallachan a-muigh fo luchdan gaoithe. Chun na crìche seo, chaidh panalan co-dhèanta anns an robh duilleag a-muigh glainne làn thiugh 3 mm tiorma agus cridhe dèanta le cur-ris 14 mm tiorma (bho PIPG-GF20) mar a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd a’ cleachdadh adhesive Henkel Loctite AA 3345 (Fig. 7 clì). )). . Tha na pannalan co-dhèanta an uairsin ceangailte ris an fhrèam taic fiodha le sgriothan meatailt a tha air an gluasad tron ​​​​fhrèam fiodha agus a-steach gu taobhan a 'phrìomh structar. Chaidh sgriothan 30 a chuir timcheall iomall a’ phannail (faic an loidhne dhubh air an taobh chlì ann am Fig. 7) gus na suidheachaidhean taic sreathach timcheall air an iomall ath-riochdachadh cho faisg ‘s a ghabhas.
Chaidh am frèam deuchainn an uairsin a sheulachadh ris a’ bhalla deuchainn a-muigh le bhith a’ cur cuideam gaoithe no suidse gaoithe air cùl a’ phannal co-dhèanta (Figear 7, gu h-àrd air an làimh dheis). Tha siostam co-dhàimh didseatach (DIC) air a chleachdadh airson dàta a chlàradh. Gus seo a dhèanamh, tha glainne a-muigh a 'phannal co-dhèanta air a chòmhdach le duilleag tana elastic air a chlò-bhualadh air le pàtran fuaim neamhnaid (Fig. 7, gu h-ìosal air an làimh dheis). Bidh DIC a’ cleachdadh dà chamara gus suidheachadh coimeasach a h-uile puing tomhais air an uachdar glainne gu lèir a chlàradh. Chaidh dà ìomhaigh gach diog a chlàradh agus a chleachdadh airson measadh. Tha an cuideam anns an t-seòmar, air a chuairteachadh le pannalan co-dhèanta, air a mheudachadh le inneal-leantainn ann an àrdachaidhean 1000 Pa suas gu luach as àirde de 4000 Pa, gus am bi gach ìre luchd air a chumail suas airson 10 diogan.
Tha suidheachadh fiosaigeach an deuchainn cuideachd air a riochdachadh le modail àireamhach leis na h-aon tomhasan geoimeatrach. Airson seo, thathas a’ cleachdadh am prògram àireamhach Ansys Mechanical. B’ e mogal geoimeatrach am prìomh structar a’ cleachdadh eileamaidean sia-thaobhach SOLID 185 le taobhan 20 mm airson glainne agus eileamaidean tetrahedral SOLID 187 le taobhan 3 mm. Gus modaladh a dhèanamh nas sìmplidhe, aig an ìre seo den sgrùdadh, thathas a 'gabhail ris an seo gu bheil an acrylate a thathar a' cleachdadh gu math teann agus tana, agus tha e air a mhìneachadh mar cheangal teann eadar a 'ghlainne agus an stuth bunaiteach.
Tha na pannalan co-dhèanta stèidhichte ann an loidhne dhìreach taobh a-muigh a 'chridhe, agus tha am pannal glainne fo smachd cuideam uachdar de 4000 Pa. Ged a chaidh aire a thoirt do neo-loidhne geoimeatrach anns a' mhodail, cha deach ach modalan stuth sreathach a chleachdadh aig an ìre seo den sgrùdadh. Ged a tha seo na bharail dligheach airson freagairt elastagach sreathach glainne (E = 70,000 MPa), a rèir duilleag dàta neach-dèanamh prìomh stuth polymeric (viscoelastic) [17], chaidh an stiffness sreathach E = 8245 MPa a chleachdadh ann an bu chòir beachdachadh gu mionaideach air an anailis làithreach agus thèid a sgrùdadh ann an rannsachadh san àm ri teachd.
Tha na toraidhean a tha air an taisbeanadh an seo air am measadh gu sònraichte airson deformations aig luchdan gaoithe as àirde suas gu 4000 Pa (= ˆ4kN / m2). Airson seo, chaidh na h-ìomhaighean a chaidh a chlàradh leis an dòigh DIC a choimeas ri toraidhean atharrais àireamhach (FEM) (Fig. 8, gu h-ìosal air an làimh dheis). Fhad ‘s a thathar a’ tomhas cuideam iomlan de 0 mm le taic sreathach “freagarrach” anns an roinn iomaill (ie, iomall pannal) anns an FEM, feumar aire a thoirt do ghluasad corporra na sgìre iomall nuair a thathar a’ measadh an DIC. Tha seo mar thoradh air fulangas stàlaidh agus deformachadh an fhrèam deuchainn agus na ròin aige. Airson coimeas a dhèanamh, chaidh an gluasad cuibheasach ann an roinn an oir (loidhne gheal air a bhriseadh ann am Fig. 8) a thoirt air falbh bhon ghluasad as àirde ann am meadhan a 'phannal. Tha na gluasadan a chaidh a dhearbhadh le DIC agus FEA air an coimeas ann an Clàr 1 agus tha iad air an sealltainn gu grafaigeach san oisean gu h-àrd air an taobh chlì de Fig. 8.
Chaidh na ceithir ìrean luchdan gnìomhaichte den mhodail deuchainneach a chleachdadh mar phuingean smachd airson measadh agus measadh anns an FEM. Chaidh an gluasad meadhanach as àirde den phlàta co-dhèanta anns an stàit gun luchdachadh a dhearbhadh le tomhasan DIC aig ìre luchd de 4000 Pa aig 2.18 mm. Ged as urrainn do ghluasadan FEA aig luchdan nas ìsle (suas gu 2000 Pa) fhathast luachan deuchainneach ath-riochdachadh gu ceart, chan urrainnear an àrdachadh neo-shreathach ann an cuideam aig luchdan nas àirde a thomhas gu ceart.
Ach, tha sgrùdaidhean air sealltainn gum faod pannalan co-dhèanta seasamh ri fìor luchdan gaoithe. Tha cruas àrd nam pannalan aotrom a’ seasamh a-mach gu sònraichte. A 'cleachdadh àireamhachadh anailis stèidhichte air teòiridh sreathach plataichean Kirchhoff [20], tha deformation de 2.18 mm aig 4000 Pa a' freagairt ri deformachadh aon phlàta glainne 12 mm tiorma fo na h-aon chumhachan crìche. Mar thoradh air an sin, faodar tiugh na glainne (a tha lùth-dhian ann an cinneasachadh) anns a ’phannal co-dhèanta seo a lughdachadh gu glainne 2 x 3mm, a’ leantainn gu sàbhaladh stuthan de 50%. Le bhith a 'lùghdachadh cuideam iomlan a' phannal a 'toirt buannachdan a bharrachd a thaobh co-chruinneachadh. Ged a tha e furasta dha dithis a bhith a’ làimhseachadh pannal co-dhèanta 30 kg, tha feum aig pannal glainne traidiseanta 50 kg air taic theicnigeach gus gluasad gu sàbhailte. Gus an giùlan meacanaigeach a riochdachadh gu ceart, bidh feum air modalan àireamhach nas mionaidiche ann an sgrùdaidhean san àm ri teachd. Faodar mion-sgrùdadh eileamaid chrìochnaichte a leasachadh le modalan stuthan neo-loidhneach nas fharsainge airson polymers agus modaladh bannan adhesive.
Tha prìomh àite aig leasachadh agus leasachadh phròiseasan didseatach ann a bhith a’ leasachadh coileanadh eaconamach is àrainneachdail anns a’ ghnìomhachas togail. A bharrachd air an sin, tha cleachdadh glainne tana air aghaidhean a’ gealltainn sàbhalaidhean lùtha is ghoireasan agus a’ fosgladh chothroman ùra airson ailtireachd. Ach, air sgàth cho tiugh 'sa tha a' ghlainne, tha feum air fuasglaidhean dealbhaidh ùra gus an glainne a dhaingneachadh gu h-iomchaidh. Mar sin, tha an sgrùdadh a tha air a thaisbeanadh san artaigil seo a’ sgrùdadh bun-bheachd panalan co-dhèanta air an dèanamh le glainne tana agus bun-structaran polymer clò-bhuailte 3D clò-bhuailte le bannan. Tha am pròiseas toraidh gu lèir bho dhealbhadh gu cinneasachadh air a bhith digiteach agus fèin-ghluasadach. Le cuideachadh bho Grasshopper, chaidh sruth-obrach faidhle-gu-factaraidh a leasachadh gus leigeil le panalan tana glainne glainne a chleachdadh air aghaidhean san àm ri teachd.
Sheall cinneasachadh a’ chiad prototype ion-dhèantachd agus dùbhlain saothrachadh robotach. Ged a tha saothrachadh cur-ris is toirt air falbh mar-thà air a dheagh fhilleadh a-steach, tha cleachdadh agus co-chruinneachadh làn fèin-ghluasadach gu sònraichte a’ nochdadh dhùbhlain a bharrachd ris am feumar dèiligeadh ann an rannsachadh san àm ri teachd. Tro dheuchainnean meacanaigeach tòiseachaidh agus modaladh rannsachaidh eileamaid chrìochnaichte co-cheangailte, chaidh a shealltainn gu bheil panalan snàithleach aotrom agus tana a’ toirt gu leòr sùbailteachd lùbadh airson na tagraidhean aghaidh a tha iad an dùil, eadhon fo chumhachan fìor luchdan gaoithe. Nì rannsachadh leantainneach nan ùghdaran tuilleadh sgrùdaidh air comas panalan tana glainne tana dèanta gu didseatach airson tagraidhean aghaidh agus seallaidh iad an èifeachdas.
Bu mhath leis na h-ùghdaran taing a thoirt don h-uile neach-taic co-cheangailte ris an obair rannsachaidh seo. Taing do phrògram maoineachaidh EFRE SAB air a mhaoineachadh le airgead an Aonaidh Eòrpaich ann an cruth tabhartais Àir. gus goireasan ionmhais a sholarachadh airson ceannach manipulator le extruder agus inneal bleith. 100537005. A bharrachd air an sin, chaidh AiF-ZIM aithneachadh airson a bhith a’ maoineachadh pròiseact rannsachaidh Glasfur3D (àireamh tabhartais ZF4123725WZ9) ann an co-obrachadh le Glaswerkstätten Glas Ahne, a thug taic mhòr don obair rannsachaidh seo. Mu dheireadh, tha Saotharlann Friedrich Siemens agus a cho-obraichean, gu sònraichte Felix Hegewald agus neach-cuideachaidh oileanach Jonathan Holzerr, ag aithneachadh an taic theicnigeach agus buileachadh an saothrachaidh agus an deuchainn corporra a bha mar bhunait don phàipear seo.