Prototipagem de painéis de fachada compostos de vidro fino fabricados digitalmente

Aug 20, 2023

Data: 23 de junho de 2023

Autores: Daniel Pfarr e Christian Louter

Fonte:Arquitetura, Estruturas e Construção, Springer

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

O uso de vidro fino promete possibilitar uma variedade de atividades na indústria da construção. Além dos benefícios ecológicos do uso mais eficiente dos recursos, os arquitetos podem antecipar novas liberdades de design com vidro fino. Com base na teoria do sanduíche, o vidro fino e flexível pode ser combinado com um núcleo de polímero de célula aberta impresso em 3D para formar um elemento compósito muito rígido, porém leve. Este artigo apresenta uma tentativa exploratória de fabricação digital de painéis finos de fachadas compostas de vidro com um robô industrial. Ele explica a ideia de um fluxo de trabalho digital “do arquivo para a fábrica” que inclui Design Assistido por Computador (CAD), Engenharia (CAE) e Manufatura (CAM). A pesquisa mostra um processo de design paramétrico para permitir a integração perfeita de ferramentas analíticas digitais.

Além disso, este processo mostra os potenciais e desafios da fabricação digital de um painel composto de vidro fino. Aqui, são explicadas etapas parciais de produção executadas por um braço robótico industrial, como fabricação aditiva de grande formato, preparação mecânica de superfície, processo de colagem e montagem. Finalmente, uma primeira visão das propriedades mecânicas do painel compósito é investigada experimental e numericamente e avaliada sob carga superficial. O conceito geral do fluxo de trabalho de design e fabricação digital, bem como os resultados do estudo experimental fornecem a base para a integração de métodos adicionais de localização e análise de formas, bem como a implementação de extensas investigações mecânicas em pesquisas futuras.

Os métodos de fabricação digital estão nos permitindo aprimorar nossa produção através da transformação de abordagens tradicionais e do fornecimento de novas possibilidades de design [1]. Os métodos tradicionais de construção tendem a abusar dos materiais em termos de custo, geometrias básicas e segurança. Ao transferir a construção para fábricas, utilizando pré-fabricação modular e robótica para permitir novas abordagens de design, os materiais podem ser utilizados de forma eficiente sem comprometer a segurança. A fabricação digital permite-nos expandir a nossa imaginação de design, levando a geometrias mais variadas, eficientes e ambiciosas. Embora os processos de projeto e cálculo tenham sido em grande parte digitalizados, a produção e a montagem ainda são, em sua maioria, executadas de maneira tradicional, utilizando trabalho manual. Para lidar com a crescente complexidade das estruturas de forma livre, os processos de fabricação digital estão se tornando cada vez mais importantes. Especialmente em fachadas, a busca pela liberdade e flexibilidade de design cresce continuamente. Além do efeito visual das fachadas de forma livre, eles também podem criar estruturas mais eficientes, por exemplo, usando um efeito de membrana [2]. Além disso, um grande potencial dos processos de fabricação digital reside na sua eficiência e nas possibilidades de um design otimizado.

O presente artigo explora como as técnicas digitais podem ser usadas no projeto e fabricação de um painel de fachada composto inovador que consiste em um núcleo de polímero fabricado aditivamente e finas folhas externas de vidro coladas com adesivo. Além das novas possibilidades arquitetónicas resultantes da utilização de vidro fino, os critérios ecológicos e económicos são uma motivação importante para a construção de envolventes de edifícios com menos material. Paralelamente às alterações climáticas, à escassez de recursos e ao aumento dos preços da energia, o vidro deve ser utilizado de forma mais inteligente no futuro. A utilização de vidros finos, provenientes da indústria eletrônica com espessura inferior a 2 mm, promete fachadas leves e com uso reduzido de matéria-prima.

Devido à alta flexibilidade do vidro fino, ele abre novas possibilidades para aplicações arquitetônicas e também leva a novos desafios de engenharia [3,4,5,6]. Embora a realização de projetos de fachadas com vidro fino seja atualmente limitada, o vidro fino está cada vez mais entrando na pesquisa de engenharia civil e arquitetura. Devido à elevada capacidade de deformação elástica do vidro fino, a sua utilização em fachadas requer soluções estruturais de enrijecimento [7]. Além de utilizar um efeito de membrana por meio de uma geometria curva [8], o momento de inércia pode ser aumentado por meio de uma estrutura em sanduíche composta por um núcleo de polímero com finas folhas externas de vidro coladas adesivamente. Esta abordagem já se mostrou um projeto promissor ao usar um núcleo sólido de policarbonato transparente com densidade inferior à do vidro. Além dos efeitos mecânicos positivos, outros critérios de segurança já foram alcançados [9].