ロボットによる再構成可能な二重曲面フロートガラス用砂型成形

日付: 2023 年 6 月 7 日

発表された研究では、カスタムガラス部品の再構成可能な成形戦略としての緩い砂の形成を調査しています。 二重に湾曲したガラス部品は通常、個々のセラミックまたはスチール製の型を多大な労力をかけて製造する必要があります。 ガラス用の再構成可能なモールドは特定のモジュール形状に限定されており、高価な耐熱性の作動機構が必要です。 ガラススランプ用の 3 次元 (3D) プリント砂型にはバインダーが必要で、再利用できません。 この研究の目的は、二重湾曲ガラス要素の無駄のない製造と、ガラスの熱間曲げのための容易で高速かつ低コストの金型製造プロセスを促進することです。 成形システムには耐熱性があり、すぐに再成形できる粒状のルースサンド素材を採用しています。 この技術は、新しいデジタル ツールとロボット製造と組み合わせて、業界ですぐに使用できるフロート ガラスを変革するための柔軟な成形システムを提供します。

この研究では、ゆるい粒状成形のための可能な粒状材料システム、粒状材料のロボットによるセットアップと配置戦略、ロボットプロセスパラメータを考慮した体積材料形成などの最初の結果が示されています。 さらに、スランプ時の金型の安定性と、金型とその結果得られるガラス要素の幾何学的精度を調査します。 得られるガラス要素は完全に透明であり、汚染は発生しません。 提示されたアプローチにより、滑らかな曲率、簡単な金型の取り外し、さらに処理を行わずに金型を完全にリサイクルすることが可能になります。 この方法は、どのような種類のフォームを生成できるかについての調査を含む、いくつかの中規模実験に適用されました。 提案された製造方法の幾何学的自由度と制限について説明します。 再構成可能なガラス用砂型成形により、ガラス要素の幾何学的カスタマイズが可能になり、ガラスのファサードや窓に新しい光学的、構造的、または装飾的特性が可能になる可能性があります。

1.1. 背景

ガラス製造の起源は古代にあります。 ガラスの型の最初の証拠はローマ時代に遡ります。 家庭用の物品は、金型内で加熱して小さなガラス粒子を融着させる、または金型内で液体ガラスを鋳造する、フリットキャスティングを使用して作られました (Wight 2011)。 紀元前 1 世紀に吹きガラスが発明され、中空の自由形状物体を型を使わずに製造できるようになるまで (Eisen 1916)、職人は、コアの周りに溶融ガラスを巻き付ける、いわゆるコア成形を使用していました。中空のオブジェクトを作成します (コーニング ガラス博物館 2022)。 モールドを使用しないプロセスが発明されたにもかかわらず、モールドは歴史を通じてガラスの成形に非常に重要なツールでした。 型の材料には、砂、セラミック、粘土ベントナイト、グラファイト、鋼などがあります。 中でも、砂はガラスや金属の鋳造に関連した成形材料です。

いわゆるパターン鋳造プロセスでは、木製のパターンを砂、粘土、ベントナイトの混合物に押し込み、鋳造前に取り除きます (Corning Museum of Glass 2022)。 職人たちは今日に至るまで自由形状の工芸品にこのような伝統的な方法を採用していますが、板ガラス産業は建築用ガラス工学の歴史を通じて大きな進歩を遂げてきました。 産業革命の間、シリンダー吹き込み板ガラス技術により、建築用途向けの平板ガラスの製造が可能になりました。 このプロセスには、ガラスシリンダーを吹き込み、平らな鋼板上で展開して平らなガラス板を製造することが含まれていました (Diderot et al. 2002)。 1952 年のフロート ガラス プロセスの発明により、建築および自動車産業向けに標準化された歪みのないフロート ガラスの製造が可能になりました (Pilkington 1969)。 現在、フロートガラスはガラス市場の大部分を占めており、2028 年までに年間 4% の成長が継続的に予測されています (Statista 2021)。

建築における曲面ガラスの導入は、標準化された品質と高いエネルギーコストと金型コストで二重曲面ガラスを製造するという課題のため、依然として例外的な状況にあります。 建築や自動車産業で使用される二重曲面ガラス部品の金型は、通常、セラミックまたはクロム鋼で作られていますが、これらは高価であり、1 種類の形状しか製造できません (ドイツ連邦政府フラッハグラス 2012)。 ガラスの冷間曲げ加工は、環境に優しい利点があるため人気が高まっています。 それでも、この技術は単一およびわずかな二重曲率に限定されており、パネル内に小規模な二重曲率を生成する可能性はありません (Fildhuth et al. 2019)。