디지털 방식으로 제조된 얇은 유리 복합 외관 패널의 프로토타이핑

Aug 20, 2023

날짜: 2023년 6월 23일

저자: Daniel Pfarr 및 Christian Louter

원천:건축, 구조 및 건설, Springer

DOI:https://doi.org/10.1007/s44150-022-00080-7

얇은 유리를 사용하면 다양한 건설 산업 활동이 가능해집니다. 자원을 보다 효율적으로 사용함으로써 얻을 수 있는 생태학적 이점 외에도 건축가는 얇은 유리를 통해 새로운 디자인의 자유를 누릴 수 있습니다. 샌드위치 이론에 기초하여 유연한 얇은 유리는 3D 프린팅된 개방형 셀 폴리머 코어와 결합되어 매우 단단하면서도 가벼운 복합 요소를 형성할 수 있습니다. 본 논문은 산업용 로봇을 이용한 얇은 유리 복합 외관 패널의 디지털 제조에 대한 탐색적 시도를 제시합니다. CAD(컴퓨터 지원 설계), CAE(엔지니어링) 및 CAM(제조)을 포함하는 디지털 "fle-to-factory" 워크플로에 대한 아이디어를 설명합니다. 이 연구는 디지털 분석 도구의 원활한 통합을 가능하게 하는 파라메트릭 설계 프로세스를 보여줍니다.

또한 이 프로세스는 얇은 유리 복합 패널의 디지털 제조의 잠재력과 과제를 보여줍니다. 여기에서는 대형 적층 제조, 기계적 표면 준비, 접착 및 조립 공정 등 산업용 로봇 팔이 실행하는 부분 생산 단계에 대해 설명합니다. 마지막으로, 복합 패널의 기계적 특성에 대한 첫 번째 통찰력이 표면 하중 하에서 실험적, 수치적으로 조사되고 평가되었습니다. 디지털 설계 및 제조 워크플로의 일반적인 개념과 실험 연구 결과는 추가 형태 찾기 및 분석 방법 통합과 향후 연구에서 광범위한 기계적 조사 구현을 위한 배경을 제공합니다.

디지털 제조 방법을 통해 우리는 전통적인 접근 방식을 변화시키고 새로운 설계 가능성을 제공함으로써 생산을 향상시킬 수 있습니다[1]. 전통적인 건축 방법은 비용, 기본 기하학적 구조 및 안전성 측면에서 자재를 과도하게 사용하는 경향이 있습니다. 건설을 공장으로 전환하고, 모듈식 사전 제작 및 로봇 공학을 사용하여 새로운 설계 접근 방식을 구현함으로써 안전을 훼손하지 않고 자재를 효율적으로 사용할 수 있습니다. 디지털 제조를 통해 우리는 디자인 상상력을 확장하여 보다 다양하고 효율적이며 야심 찬 형상을 만들 수 있습니다. 설계 및 계산 프로세스는 대부분 디지털화되었지만 생산 및 조립은 여전히 ​​수동 노동을 사용하는 전통적인 방식으로 실행됩니다. 점점 더 복잡해지는 자유 형식 구조를 처리하기 위해 디지털 제조 프로세스가 점점 더 중요해지고 있습니다. 특히 파사드에서는 디자인의 자유로움과 유연성에 대한 추구가 꾸준히 증가하고 있습니다. 자유형 파사드의 시각적 효과 외에도 멤브레인 효과를 사용하는 등 더욱 효율적인 구조를 만들 수도 있습니다[2]. 또한 디지털 제조 프로세스의 큰 잠재력은 효율성과 최적화된 설계 가능성에 있습니다.

현재 논문에서는 적층 제조된 폴리머 코어와 접착식으로 접착된 얇은 유리 외부 시트로 구성된 혁신적인 복합 외관 패널의 설계 및 제조에 디지털 기술을 사용할 수 있는 방법을 탐구합니다. 얇은 유리의 사용으로 인한 새로운 건축 가능성 외에도 생태학적, 경제적 기준은 더 적은 재료를 사용하여 건물 외피를 구성하는 중요한 동기입니다. 기후 변화, 자원 부족, 에너지 가격 상승과 병행하여 미래에는 유리를 더욱 지능적으로 사용해야 합니다. 전자 산업에서 유래한 두께 2mm 미만의 얇은 유리를 사용하여 원자재 사용을 줄이면서 경량 외관을 보장합니다.

얇은 유리의 높은 유연성으로 인해 건축 응용 분야에 새로운 가능성을 열어주고 동시에 새로운 엔지니어링 과제를 야기합니다[3,4,5,6]. 현재 얇은 유리를 사용한 파사드 프로젝트의 실현은 제한되어 있지만, 얇은 유리가 토목 기술자 및 건축 연구에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 얇은 유리의 높은 탄성 변형 용량으로 인해 외관에 사용하려면 보강을 위한 구조적 솔루션이 필요합니다[7]. 곡선 형상을 통한 멤브레인 효과를 활용하는 것 외에도[8], 접착식으로 결합된 얇은 유리 외부 시트가 있는 폴리머 코어로 구성된 샌드위치 구조를 통해 관성 모멘트를 늘릴 수 있습니다. 이 접근 방식은 유리보다 밀도가 낮은 고체 투명 폴리카보네이트 코어를 사용함으로써 이미 유망한 설계임이 입증되었습니다. 긍정적인 기계적 효과 외에도 추가 안전 기준이 이미 달성되었습니다[9].