Moldagem robótica reconfigurável em areia 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 curvas geralmente exigem a fabricação trabalhosa de moldes individuais de cerâmica ou aço. Os moldes reconfiguráveis ​​para vidro são limitados a geometrias modulares específicas e requerem mecanismos de atuação dispendiosos e resistentes ao calor. Moldes de areia impressos tridimensionalmente (3D) para queda 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 de vidro. O sistema de moldagem utiliza 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 materiais considerando parâmetros de processo robótico. Além disso, investiga a estabilidade do molde durante o abatimento e a precisão geométrica do molde e dos elementos de vidro resultantes. Os elementos de vidro resultantes são totalmente transparentes e não causam 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 médio porte, incluindo investigações sobre quais famílias de formas podem ser produzidas. A liberdade geométrica e as limitações do método de fabricação proposto são discutidas. A moldagem de areia reconfigurável para vidro poderia 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 origem na antiguidade. A primeira evidência de moldes para vidro remonta ao período romano. Os objetos domésticos eram feitos por fundição de 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 século I a.C., que permitiu a fabricação sem molde de objetos ocos de forma livre (Eisen 1916), os artesãos usavam a chamada formação de núcleo, envolvendo o 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 moldagem 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 do padrão, um padrão de madeira é prensado em uma mistura de areia, argila e bentonita e removido antes da fundição (Corning Museum of Glass 2022). Embora os artesãos ainda utilizem 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 chapa de vidro soprada em cilindro permitiu a fabricação de painéis de vidro planos para aplicações em arquitetura. Este processo envolvia soprar um cilindro de vidro e desdobrá-lo sobre uma placa de aço plana para produzir painéis de vidro planos (Diderot et al. 2002). A invenção do processo de vidro float em 1952 permitiu a produção de vidro float padronizado e livre de distorção para a arquitetura e a 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 elevados custos de energia e molde. Os moldes para peças de vidro duplamente curvas para aplicação na arquitetura ou na indústria automotiva são geralmente feitos de cerâmica ou aço cromo, que são caros e só podem ser usados ​​para produzir um tipo de forma (alemão Bundesverband Flachglas 2012). A curvatura do vidro a frio está ganhando popularidade devido às suas vantagens ecológicas. Ainda assim, a técnica é limitada a curvaturas duplas simples e leves, sem potencial para produzir curvaturas duplas em pequena escala dentro de um painel (Fildhuth et al. 2019).