Moldagem de areia robótica reconfigurável para vidro flutuante duplamente curvado

Data: 7 de junho de 2023

A pesquisa apresentada investiga a formação de areia solta como uma estratégia de moldagem reconfigurável para peças de vidro personalizadas. Peças de vidro duplamente curvadas geralmente requerem a fabricação intensiva de moldes individuais de cerâmica ou aço. Moldes reconfiguráveis ​​para vidro são limitados a geometrias modulares específicas e requerem mecanismos de atuação resistentes ao calor caros. Moldes de areia impressos tridimensionalmente (3D) para moldagem de vidro requerem aglutinantes e não podem ser reutilizados. O objetivo desta pesquisa é facilitar a fabricação sem desperdício de elementos de vidro duplamente curvos e um processo de fabricação de moldes fácil, rápido e de baixo custo para a dobra a quente do vidro. O sistema de moldagem emprega material granular de areia solta, que é resistente ao calor e pode ser reformado rapidamente. Em combinação com novas ferramentas digitais e fabricação robótica, a técnica fornece um sistema de moldagem flexível para a transformação de vidro float pronto para a indústria.

Esta pesquisa apresenta os primeiros resultados, incluindo possíveis sistemas de materiais granulares para moldagem granular solta, configuração robótica e estratégias de colocação de materiais granulares e formação volumétrica de material considerando parâmetros de processo robótico. Além disso, investiga a estabilidade do molde durante a queda e a precisão geométrica do molde e dos elementos de vidro resultantes. Os elementos de vidro resultantes são totalmente transparentes sem causar contaminação. A abordagem apresentada permite curvaturas suaves, fácil remoção do molde e reciclagem completa do molde sem processamento adicional. O método foi aplicado em vários experimentos de média escala, incluindo investigações sobre qual família de formas pode ser produzida. A liberdade geométrica e as limitações do método de fabricação proposto são discutidas. A moldagem de areia reconfigurável para vidro pode permitir a personalização geométrica de elementos de vidro e permitir novas propriedades ópticas, estruturais ou decorativas em fachadas e janelas de vidro.

1.1. Fundo

A fabricação de vidro tem suas origens nos tempos antigos. Os primeiros indícios de moldes para vidro remontam ao período romano. Objetos domésticos foram feitos usando fundição por frita, fundindo pequenos grânulos de vidro sob calor dentro de um molde ou fundindo vidro líquido dentro de um molde (Wight 2011). Antes da invenção do sopro de vidro no primeiro século aC, que permitia a fabricação sem molde de objetos ocos de forma livre (Eisen 1916), os artesãos usavam a chamada formação de núcleo envolvendo vidro fundido em torno de um núcleo que seria removido para produzir objetos ocos (Corning Museum of Glass 2022). Apesar da invenção dos processos sem molde, os moldes foram uma ferramenta altamente relevante ao longo da história para a conformação do vidro. Os materiais do molde incluem areia, cerâmica, argila-bentonita, grafite e aço. Entre eles, a areia é um material de moldagem relevante para fundição de vidro e metal.

Para o chamado processo de fundição de padrão, um padrão de madeira é pressionado em uma mistura de areia-argila-bentonita e removido antes da fundição (Corning Museum of Glass 2022). Enquanto os artesãos ainda empregam esses métodos tradicionais até hoje para artefatos de forma livre, a indústria do vidro plano fez progressos significativos ao longo da história da engenharia do vidro para construção. Durante a Revolução Industrial, a técnica de folha de vidro soprado por cilindro permitiu a fabricação de painéis de vidro plano para aplicações em arquitetura. Este processo envolvia soprar um cilindro de vidro e desdobrar em uma placa de aço plana para produzir painéis de vidro plano (Diderot et al. 2002). A invenção do processo de vidro float em 1952 permitiu a produção de vidro float sem distorção padronizado para arquitetura e indústria automotiva (Pilkington 1969). Hoje, o vidro float ocupa a maior parte do mercado de vidro, com um crescimento anual contínuo previsto de 4% até 2028 (Statista 2021).

A implementação do vidro curvo na arquitetura continua sendo uma exceção devido ao desafio de fabricar vidros duplamente curvos com qualidade padronizada e altos custos de energia e moldes. Os moldes para peças de vidro duplamente curvadas para aplicação na arquitetura ou na indústria automotiva são geralmente feitos de cerâmica ou aço cromado, que são caros e só podem ser usados ​​para produzir um tipo de forma (German Bundesverband Flachglas 2012). A dobragem a frio do vidro está ganhando popularidade devido às suas vantagens ecológicas. Ainda assim, a técnica é limitada a curvaturas simples e duplas leves sem o potencial de produzir curvaturas duplas em pequena escala dentro de um painel (Fildhuth et al. 2019).