이중 곡선 플로트 유리를 위한 로봇식 재구성 가능 모래 성형

날짜: 2023년 6월 7일

제시된 연구는 맞춤형 유리 부품의 재구성 가능한 성형 전략으로 느슨한 모래 형성을 조사합니다. 이중 곡면 유리 부품은 일반적으로 개별 세라믹 또는 강철 주형을 노동 집약적으로 제작해야 합니다. 재구성 가능한 유리 금형은 특정 모듈식 기하학적 구조로 제한되며 값비싼 내열성 작동 메커니즘이 필요합니다. 유리 슬럼핑을 위한 3차원(3D) 인쇄 모래 주형에는 바인더가 필요하며 재사용할 수 없습니다. 이 연구의 목적은 이중 곡면 유리 요소의 폐기물 없는 제작과 유리의 열간 굽힘을 위한 쉽고 빠르며 저렴한 금형 제작 공정을 촉진하는 것입니다. 성형 시스템은 내열성이 있고 빠르게 개질될 수 있는 입상 느슨한 모래 재료를 사용합니다. 새로운 디지털 도구 및 로봇 제작과 결합된 이 기술은 업계에서 바로 사용할 수 있는 플로트 유리의 변형을 위한 유연한 성형 시스템을 제공합니다.

이 연구는 느슨한 입상 성형을 위한 가능한 입상 재료 시스템, 입상 재료의 로봇 설정 및 배치 전략, 로봇 공정 매개변수를 고려한 체적 재료 형성을 포함한 첫 번째 결과를 제시합니다. 또한 슬럼핑 중 금형 안정성과 금형 및 결과 유리 요소의 기하학적 정밀도를 조사합니다. 생성된 유리 요소는 오염이 발생하지 않고 완전히 투명합니다. 제시된 접근 방식을 통해 부드러운 곡률, 쉬운 금형 제거 및 추가 처리 없이 완전한 금형 재활용이 가능합니다. 이 방법은 어떤 종류의 형태를 생산할 수 있는지에 대한 조사를 포함하여 여러 중간 규모 실험에 적용되었습니다. 제안된 제작 방법의 기하학적 자유도와 한계에 대해 논의합니다. 유리를 위한 재구성 가능한 모래 성형은 유리 요소의 기하학적 맞춤화를 가능하게 하고 유리 외관 및 창문에 새로운 광학적, 구조적 또는 장식적 특성을 허용할 수 있습니다.

1.1. 배경

유리 제조는 고대부터 시작되었습니다. 유리 주형에 대한 최초의 증거는 로마 시대로 거슬러 올라갑니다. 가정용 물건은 프릿 주조, 금형 내부의 열에 의해 작은 유리 알갱이 융합 또는 금형 내부의 액체 유리 주조를 사용하여 만들어졌습니다(Wight 2011). 기원전 1세기에 곰팡이 없이 속이 빈 자유형 물체를 제작할 수 있는 유리 취입이 발명되기 전에(Eisen 1916), 장인들은 제거될 코어 주위에 녹은 유리를 감싸서 소위 코어 성형을 사용했습니다. 속이 빈 물체를 생산합니다(Corning Museum of Glass 2022). 무주형 공정의 발명에도 불구하고, 주형은 역사적으로 유리 성형에 매우 관련성이 높은 도구였습니다. 금형 재료에는 모래, 세라믹, 점토-벤토나이트, 흑연 및 강철이 포함됩니다. 그 중 모래는 유리 및 금속 주조에 적합한 성형 재료입니다.

소위 패턴 주조 공정의 경우, 나무 패턴을 모래-점토-벤토나이트 혼합물로 압착하고 주조 전에 제거합니다(Corning Museum of Glass 2022). 장인들은 오늘날까지도 자유형 인공물을 만들기 위해 이러한 전통적인 방법을 사용하고 있지만, 판유리 산업은 건축용 유리 공학의 역사를 통틀어 상당한 발전을 이루었습니다. 산업 혁명 동안 원통형 판유리 기술을 통해 건축 분야에 적용할 수 있는 평면 유리판을 만들 수 있었습니다. 이 공정에는 유리 원통을 불어서 평평한 철판 위에 펴서 평평한 유리판을 만드는 과정이 포함되었습니다(Diderot et al. 2002). 1952년 플로트 유리 공정의 발명으로 건축 및 자동차 산업을 위한 표준화된 왜곡 없는 플로트 유리 생산이 가능해졌습니다(Pilkington 1969). 오늘날 플로트 유리는 유리 시장의 대부분을 차지하고 있으며, 2028년까지 연간 4%의 지속적인 성장이 예상됩니다(Statista 2021).

표준화된 품질과 높은 에너지 및 금형 비용으로 이중 곡면 유리를 제조해야 하는 과제로 인해 건축물에 곡면 유리를 구현하는 것은 여전히 ​​예외입니다. 건축이나 자동차 산업에 적용하기 위한 이중 곡면 유리 부품용 금형은 일반적으로 비용이 많이 들고 한 가지 유형의 모양을 생산하는 데만 사용할 수 있는 세라믹이나 크롬강으로 만들어집니다(German Bundesverband Flachglas 2012). 유리의 냉간 굽힘은 생태학적 이점으로 인해 인기를 얻고 있습니다. 그럼에도 불구하고 이 기술은 패널 내에서 소규모 이중 곡률을 생성할 가능성이 없는 단일 및 약간의 이중 곡률로 제한됩니다(Fildhuth et al. 2019).