Переосмысление формы для литья стекла

Дата: 1 апреля 2021 г.

Источник:

Конференция по архитектурным и структурным применениям GlassBelis, Bos & Louter (ред.), Гентский университет, сентябрь 2020 г. Авторские права © с авторами. Все права защищены. ISBN 978-94-6366-296-3, https://doi.org/10.7480/cgc.7.4662.

В этой статье исследуются две альтернативные технологии изготовления пресс-форм, которые позволяют экономически эффективным способом отливать (твердые) стеклянные компоненты с большой степенью свободы по форме и размеру и/или индивидуальному дизайну. В частности, в статье обсуждаются исследования, проектные и экспериментальные работы, проводимые в Делфтском техническом университете по 3D-печатным песчаным формам и регулируемым высокоточным стальным формам. 3D-печатные песчаные формы могут обеспечить высокоточное и экономически эффективное решение для твердых тел. стеклянные детали сложной геометрии и/или индивидуального дизайна.

Хотя эта технология формования уже используется для литья металлов, она все еще остается неисследованной в области литья стекла. Соответственно, в этой статье представлены первые экспериментальные результаты этой технологии формования в Делфтском техническом университете: образцы форм с использованием различных связующих веществ и обработанные различными покрытиями для отделки поверхности подвергаются испытаниям при высоких температурах, ожидаемых при литье стекла (печь).

После этого с помощью 3D-печати подготавливаются формы для заданной геометрии стекла, а прототипы физического стекла изготавливаются методом литья в печи. Регулируемые металлические формы — это еще один метод изготовления форм, который обеспечивает определенную степень свободы в модуле конструкции. По сути, компоненты разных размеров и, в некоторой степени, форм могут быть изготовлены с помощью одной и той же формы. Соответственно, обсуждаются принципы проектирования и разработка такой формы, а также потенциальные применения и ограничения этой технологии.

В качестве доказательства концепции регулируемая форма изготовлена ​​из PLA, напечатанного на 3D-принтере, и МДФ, вырезанного лазером. Пресс-форма используется для изготовления восковых моделей переменной формы, которые используются для отливки стеклянных прототипов методом выплавляемого стекла. На основе результатов обеих представленных технологий формования даны рекомендации по их пригодности в зависимости от объема производства, требуемого уровня точности, а также сложности и разнообразия задействованных форм.

1.1.Потенциал формования литого стекла и текущие ограничения, налагаемые технологиями формования.

Теоретически литье стекла, то есть заливка расплавленного стекла в формы, позволяет изготавливать монолитные стеклянные детали практически любой формы и сечения. Такой огромный потенциал формования в сочетании с высокой прочностью стекла на сжатие (заявлено до 1000 МПа для флоат-натриево-известкового стекла (Saint Gobain 2016; Weller et al. 2008; Ashby, Jones 2006)) открывает безграничные возможности при проектировании прозрачные, монолитные конструктивные стеклянные элементы любого размера и формы: от стеклянных колонн высотой в несколько этажей до целых стеклянных ограждающих конструкций.

Однако на практике потенциал формирования литого стекла в застроенной среде остается в значительной степени неисследованной областью. Несколько реализованных примеров самонесущих конструкций, состоящих из компонентов литого стекла, а именно Мемориал Аточа (Шобер и др., 2007), Фонтан Короны (Hannah 2009), «Оптический дом» (Hiroshi 2013) и «Хрустальные дома» (Oikonomopoulou et al. 2017; Oikonomopoulou et al. 2015) используют идентичные цельные стеклянные блоки простой формы и массой примерно до 10 кг ( рисунок 1). Существуют две основные причины такого выбора конструкции цельных стеклопакетов, которые также в некоторой степени переплетаются: (а) длительное и сложное время отжига, необходимое для литых стеклянных элементов большей массы и толщины, и (б) ценовые барьеры. накладываются формами, требующими сложных высокоточных стальных или графитовых форм, или изготавливаются по индивидуальному заказу (рис.2).

Требуемое время отжига можно считать самым большим недостатком при литье стеклянных изделий значительной массы. Ключевыми факторами сокращения времени отжига являются коэффициент теплового расширения стекла (напрямую связанный с составом стекла), масса и общая форма объекта (Oikonomopoulou 2019). В этом направлении существенно более легкая структура может значительно сократить время отжига, позволяя изготавливать более крупные компоненты за значительно сокращенное время.