Czytaj także -

Aktualne wydanie

2020 06 okladka

Świat Szkła 06/2020

User Menu

 20191104-V1-BANNER-160x600-POL

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

okladka Dom inteligentny 22

(w opracowaniu) 

 dom bez barier okladka

gotowy

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 

 Baner 2

Innowacyjna technologia gięcia szkła do wykonywania fasad szklanych o wyrazistym kształcie z ostrymi krzywiznami
Data dodania: 28.04.20

Trójwymiarowe wyroby szklane, wytwarzane ze szkła płaskiego, cieszą się wciąż rosnącą popularnością. 

 

Rzeczywistymi ograniczeniami giętych produktów szklanych są kształty o ostrych krzywiznach, co oznacza, że promienie gięcia mniejsze niż 50 mm nie są obecnie dostępne.

 

W ramach tego artykułu przedstawiamy innowacyjny i zaawansowany proces gięcia do produkcji szyb o ostrych krzywiznach. Korzystając z tej technologii, projektanci i architekci mogą tworzyć wyraziste szklane fasady w budynkach.

 

Używane jest przy tym specjalne urządzenie do gięcia szkła, umożliwiające miejscowe jego nagrzewanie.

 

Na etapie projektowania znajdują się symulacje numeryczne z zaawansowanym modelem zachowywania się materiału i szczegółowym opisem przewodności cieplnej i rozkładu temperatury.

 

Powstały prawdziwe prototypy demonstrujące potencjał zastosowania tak wygiętego szkła w nowoczesnych fasadach i do stosowania w motoryzacji.

 

2020 04 27 1

 

Rys. 1. Schematycznie przekroje różnych konfiguracji oszklenia izolacyjnego oraz widok przez takie oszklenie, modelowane w CAD. Konfiguracja a) oraz b) prezentują klejone oszklenie narożne termoizolacyjne szyby zespolonej z pracy B. Sieberta [1]; konfiguracja c) pokazuje prototyp oszklenia termoizolacyjnego instytutu Fraunhofer IWM.

 

 

Wstęp
Szkło to fascynujący materiał, który odgrywa ważną rolę w architekturze. Ze względu na swoje właściwości, będąc przezroczystym lub półprzezroczystym, kontroluje ilość wpadającego światła do budynku. Poza tym dostępne jest też szkło refleksyjne, barwione w masie, a nawet szkło ze zmiennym połyskiem, co nadaje budynkom niezwykły wygląd.

 

Potencjalnie istnieją nadal możliwości akcentowania połączenia ciekawego wyglądu i funkcjonalności poprzez indywidualne, specjalne opracowane projekty fasad szklanych.

 

Architekci i właściciele budynków poszukują nowoczesnego szkła o wysokiej jakości optycznej, o niskiej falistości i bez wad takich jak odciski mogące powstać w trakcie hartowania lub gięcia szkła.

 

Idealnie przygotowane produkty szklane są wytwarzane jako gotowe do montażu, mają precyzyjnie geometrycznie dopasowane okucia, są wolne od zakłóceń optycznych oraz zanieczyszczeń oraz zapewniają wysoki i stały poziom izolacji termicznej.

 

Przeszklenia wokół narożnika budynku do tej pory wykonywane są przy wykorzystaniu wyrobów klejonych lub mocowanych do profili konstrukcji słupowo-ryglowej umieszczonych w narożu.

 

Rozwiązania te mają nieprzezroczyste powierzchnie powodowane przez elementy inne niż szklane, takie jak ramki dystansowe lub profile w narożach (rys. 1).

 

Oprócz złego wrażenia wizualnego wynikającego z przerwanej przezroczystości, technicznie trudna jest kontrola przepływającego strumienia ciepła w obszarach narożnych.

 

Wysokie gradienty przewodności cieplnej niosą ryzyko kondensacji pary wodnej, co może powodować tworzenie się pleśni, szczególnie problematyczne na krawędziach klejonych. Całoszklany narożnik może być eleganckim sposobem na uniknięcie tych problemów.

 

2020 04 27 2 

Rys. 2. Z lewej: schemat konfiguracji gięcia w celu uzyskania kształtu naroża z kątem 90°, z różnymi promieniami gięcia w zależności od szerokości stref grzewczych b1 i b2, z pracy Wykonalność giętego szkła o małym promieniu gięcia [2]; po prawej: symulacja procesu gięcia, kolorowe pole temperatury.

 

 

Proces gięcia
W instytucie Fraunhofer IWM opracowano procesy gięcia szkła do precyzyjnego formowania szkła płaskiego, przy zastosowaniu lokalnego ogrzewania. Procesy te mają kilka zalet w porównaniu do konwencjonalnych procesów gięcia.

 

Nieizotermiczna obróbka szkła z obszarami „gorącymi” i „zimnymi” w obrębie tafli szklanej umożliwia przenoszenie, mocowanie i podparcie elementu szklanego w „zimnych punktach” z dala od „gorących punktów” zmiękczonego materiału szklanego, który ma być gięty i modelowany na gorąco. W rezultacie jakość giętych i płaskich obszarów jest na bardzo wysokim poziomie.

 

Kształty z płaskimi obszarami zachowują bardzo wysoką jakość powierzchni szkła float pod względem płaskości i falistości, ponieważ płaskie obszary w ogóle nie zostaną zdeformowane podczas procesu gięcia szkła.

 

Poza tym zastosowanie precyzyjnego, skoncentrowanego i dobrze zdefiniowanego lokalnego ogrzewania umożliwia uzyskanie wyraźnych kształtów o bardzo małych promieniach gięcia (ostre krzywizny), dzięki czemu można uzyskać kształty, które nigdy wcześniej nie były formowane w szkle – niektóre przykłady pokazano na rys. 3 i 5.

 

2020 04 27 3 

Rys. 3. Przykłady eksperymentalne z gięcia szkła z wykorzystaniem lasera

 

Arkusze szklane o wymiarach do 1x1 m mogą być przetwarzane wewnątrz badawczego pieca do gięcia szkła w Instytucie Fraunhofer IWM we Fryburgu. Lokalne ogrzewanie odbywa się za pomocą lasera dużej mocy w połączeniu ze skanerem laserowym, który umożliwia odkrycie każdych zniekształceń na szkle.

 

Podczas procesu gięcia lokalne ogrzewanie jest kontrolowane przez „dozowanie” energii wysyłanej przez laser i kinetykę wiązki laserowej narzuconą przez program skanera laserowego. Daje to ogromną elastyczność w zakresie prowadzenia procesu.

 

Na przykład, gięcie tafli szkła pod kątem 90°, szerokość strefy podgrzewania i intensywność wysyłanej energii wzdłuż strefy ogrzewania można dostosować do indywidualnych wymagań (rys. 2).

 

 2020 04 27 4

Rys. 4. Wirtualny budynek z funkcjonalną szklaną fasadą

 

 

Na podstawie tych parametrów oraz mocy lasera i czasu trwania wiązki laserowej można precyzyjnie kontrolować promienie gięcia i kąt gięcia.

 

Laboratoryjny piec do gięcia szkła jest dodatkowo wyposażony w kamerę na podczerwień, dzięki czemu badacze mogą przyjrzeć się tafli szkła wewnątrz pieca oraz zmierzyć i zarejestrować przejściowy lokalny rozkład temperatury.

 

Dane te służą do usprawnienia procesu gięcia. Jednak optymalizacja takich procesów gięcia jest wyzwaniem wieloparametrowym. Najnowocześniejsza procedura radzenia sobie z tymi wyzwaniami polega na doświadczeniu specjalistów od szkła.

 

W Instytucie Fraunhofera IWM wykorzystuje się również symulacje numeryczne oparte na metodzie elementów skończonych w celu symulacji zachowania materiału szklanego w całym cyklu grzania i procesie gięcia [2] (rys. 2).

 

W bieżących projektach badawczych prowadzone są prace nad zaawansowanymi, zautomatyzowanymi i inteligentnymi procesami wspierającymi optymalizację, przy użyciu metod symulacji oraz narzędzi i algorytmów uczenia maszynowego.

  

 2020 04 27 5

Rys. 5. Wygięte szkła o kącie 90° i promieniach gięcia 5, 10, 20 mm

  

(...)


Ekspresyjne wyroby szklane, przykłady i prototypy demonstracyjne
Metodą tą wyprodukowano kilka różnych kształtów giętego szkła. Poniższe przykłady pokazują wykonalność formowania wyjątkowych kształtów geometrycznych (rys. 3), a także pokazują możliwości zastosowania uformowanego szkła do pojedynczych produktów lub kompletnych konstrukcji wykonanych z giętego szkła.

 

Kształty, takie jak okrągłe zagłębienie w płaskiej płycie i „wystajace” z płaskiej płyty szklane półkole (rys. 3), zainspirowały studentów projektowania do zaprojektowania fasady budynku z funkcjonalnymi „bąbelkami” (rys. 4).

 

Wirtualny budynek „zbudowany” przez studentów projektowania na Politechnice w Monachium ma pionową, płaską i półprzezroczystą fasadę, która pozwala aby światło słoneczne przechodziło bez oślepiania pracowników w tym budynku, ale uniemożliwia ludziom stojącym na zewnątrz zaglądanie do środka.

 

Użytkownicy budynku mogą patrzeć od wewnątrz przez półprzezroczyste szkło. „Bąbelki” mają dwa obszary funkcjonalne: płaskie przezroczyste obszary pozwalają ludziom z wnętrza budynku patrzeć na zewnątrz i wpuszczać pośrednie światło z otoczenia.

 

Zakrzywione obszary są nieprzejrzyste i zapobiegają temu aby intensywne światło słoneczne bezpośrednio wpadało do budynku. Zapewnia to przyjemną atmosferę i pomaga regulować temperaturę wewnątrz pomieszczeń.

 

Drugi przykład pokazuje wykorzystanie wygiętego szkła z ostrą krzywizną jako podstawowego elementu. Używając wyżej opisanej technologii, szkło można ostro zgiąć z określonym promieniem.

 

Rys. 5 pokazuje trzy płyty szklane o grubości 3 mm, każda wygięta pod kątem 90°, ale o różnych promieniach gięcia: 5, 10 i 20 mm.

 

Takie gięte szkło może być użyte do wykonywania całoszklanych szyb izolacyjnych w narożnikach budynków, jak pokazano na rys. 6.

 

Oszklenia wykonane z giętej szyby izolacyjnej o ostrej krzywiźnie mogą potencjalnie zastąpić szyby izolacyjne klejone w narożniku, które są używane w budownictwie aktualnie.

 

Ponadto, z pojedynczych giętych szkieł o zgodnych promieniach, tj. wewnętrzny promień tafli zewnętrznej jest równy zewnętrznemu promieniowi tafli wewnętrznej plus grubość folii, można wytwarzać bezpieczne szkło laminowane do różnych zastosowań.

 

2020 04 27 6

Rys. 6. Prototypy demonstrujące całoszklane narożniki (oszklenie termoizolacyjne) o kącie 90° (z lewej) i przykład najnowocześniejszego, klejonego oszklenia na budynku (z prawej)

 


Wnioski i perspektywy
Połączenie eksperymentalnego oprzyrządowania do wspomaganego laserem gięcia tafli szklanych i modelowania numerycznego procesu ogrzewania i gięcia prowadzi do nowych możliwości w projektowaniu fasad szklanych w architekturze oraz innych dziedzinach gdzie wykorzystuje się gięte szkło.

 

Prace badawcze umożliwiły powstanie technologii pozwalającej wytwarzać gięte szkło o wysokiej jakości optycznej i odpowiedniej „wierności” odwzorowania geometrycznego zaprojektowanych przez architekta kształtów, przy wysokiej szybkości produkcji, nadającej się do produkcji masowej, ale także do wytwarzania indywidualnie dostosowanych kształtów w jednej partii.

 

(...)

 

Ta metoda gięcia została zaprojektowana przede wszystkim do obróbki szkła sodowo-wapniowego krzemianowego, tj. konwencjonalnego szkła typu float, o różnych grubościach i różnych kolorach.

 

Ale, jak wykazały wstępne testy eksperymentalne, proces ten można również zastosować do szkieł o różnych składach, takich jak szkła borokrzemowe (np. Borofloat®), szkła glinokrzemianowe (np. Gorilla®), szkło-ceramika (np. Robax®).

 

Wyniki takich badań eksperymentalnych opisano w innym miejscu [3].

 

Tobias Rist,, Matthias Gremmelspacher,


Adrian Baab, Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials

  

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 04/2020
   

 

2020 04 10 2 

 

Czytaj także --

Czytaj także

 

 

01 chik
01 chik