Три

Jul 17, 2023

Дата: 6 июля 2023 г.

Авторы: Рена Гизеке и Бенджамин Дилленбургер.

Источник:Стеклянные конструкции и инженерия, том 7, (2022 г.)

ДОИ:https://doi.org/10.1007/s40940-022-00176-y

Представленное исследование исследует метод цифрового изготовления нестандартных стеклянных строительных элементов на основе трехмерных (3D) печатных форм. Изготовление стеклянных деталей на заказ с определенной геометрией обычно требует нескольких этапов производства, узкоспециализированного ремесла или оборудования. Стальные формы, фрезерованные с помощью компьютерного числового управления, подходят только для партий больших размеров из-за их высокой стоимости и ограниченной геометрической свободы. Литье по выплавляемым моделям требует нескольких этапов производства и последующей обработки. В этой статье исследуется доступный и недорогой процесс формирования стеклянных изделий с использованием форм, напечатанных на 3D-принтере, чтобы сократить разрыв между стеклянными элементами массового производства и изготовленными по индивидуальному заказу. Предыдущие исследования продемонстрировали потенциал использования струйной обработки связующего с неорганическими связующими для литья стекла. В этой статье исследуется ряд традиционных методов производства, помимо литья стекла, которые можно комбинировать с формами для 3D-печати, включая литейное и печное литье, выдувное формование и осадку.

Целью является расширение производственных возможностей и предоставление ряда подходов к созданию трехмерного стекла. Цель состоит в том, чтобы упростить процесс от проектирования до производства трехмерных цельных, полых или дважды изогнутых элементов из листового стекла с высокой точностью. В этой статье представлены исследования методов струйной обработки связующего и материалов, их термостойкости, совместимости с различными процессами производства стекла и покрытий для обработки форм. Кроме того, оценивается точность полученных стеклянных деталей и определяются рекомендации по проектированию типологий стекла. Стеклянные кирпичи или листы для фасадов с геометрическими особенностями, обеспечиваемыми представленным методом изготовления, могут обеспечить новые оптические, структурные или декоративные свойства элементов здания.

1.1 Предыстория

Стекло сыграло важную роль в истории культуры и архитектуры и было впервые обнаружено людьми в бронзовом веке в середине третьего тысячелетия до нашей эры в Месопотамии (Wight 2011). В римский период предметы домашнего обихода изготавливались с использованием литья фритты, при котором небольшие стеклянные гранулы плавились под воздействием тепла внутри формы. С тех пор формование стекла играет важную роль в производстве стекла. В I веке до нашей эры финикийцы изобрели выдувание стекла для изготовления полых артефактов, таких как сосуды и бутылки. Римляне были первыми, кто использовал небольшие, частично прозрачные кусочки литого стекла в зданиях в 100 г. н.э. (McGrath and Frost 1937). С 18 века для производства оконных стекол использовалось цилиндрическое выдувное листовое стекло или крон-стекло. Швейцарский архитектор Гюстав Фальконье модифицировал традиционный процесс выдувного формования бутылок, используя стальные формы для производства полых стеклянных кирпичей для архитектурных целей (Жандревин, 2018).

В 1887 году промышленное выдувное формование позволило начать массовое производство сосудов и предметов домашнего обихода. В 1959 году изобретение процесса изготовления флоат-стекла позволило начать массовое производство флоат-стекла как стандартизированного продукта для строительства (Pilkington 1969). Сегодня стеклянные детали массового производства охватывают значительный рынок во всем мире (Statista 2021), в то время как производство стекла на заказ находится в упадке (Guardian 2021). Формы массового производства для стеклянных деталей обычно изготавливаются из нержавеющей стали или графита, тогда как формы для индивидуальных стеклянных изделий обычно изготавливаются либо с использованием прессования песка, либо с помощью гипсово-кремнеземных форм. Выбор метода формования зависит от требуемой точности, геометрической формы и количества деталей, а также от материала формования, специфичного для применяемого метода обработки стекла. При использовании метода прессования песка деревянная модель прессуется в смесь песка, глины и бентонита перед отливкой для процесса формования песчаной модели.

В технике выплавки восковой или пластиковый позитив лепят вручную или фрезеруют на станке с ЧПУ, после чего вокруг позитива отливают гипсово-кремнеземную смесь (Фейнберг, 1983). Однако этот метод требует много времени и усилий, а поверхность стекла, контактирующая с формой, становится шероховатой, требующей последующей обработки для получения прозрачного результата, что может повлиять на точность стеклянного предмета. Хотя стальные формы, фрезерованные на станках с ЧПУ, очень выгодны для крупномасштабного применения и изготовления высокоточных элементов с большими партиями (Oikonomopoulou et al., 2018), они слишком дороги для небольших объемов производства и частично ограничены по геометрической сложности. Хотя некоторые многокомпонентные стальные формы позволяют изготавливать сложные детали, они не могут создавать подрезы в сложных деталях, поскольку форму невозможно снять.