三つ

日付: 2023 年 7 月 6 日

著者: レナ・ギーゼッケ & ベンジャミン・ディレンバーガー

ソース：ガラスの構造とエンジニアリング、第 7 巻、(2022)

土井：https://doi.org/10.1007/s40940-022-00176-y

発表された研究では、3 次元 (3D) 印刷された金型に基づいたカスタムのガラス建築要素のデジタル製造方法を調査しています。 特定の形状を備えたカスタムのガラス部品は、通常、いくつかの製造ステップ、高度に専門化された工芸品、または機械を必要とします。 コンピュータ数値制御によるフライス鋼金型は、コストが高く、幾何学的自由度が限られているため、大ロットサイズにのみ適しています。 ロストワックス鋳造には、製造と後処理のいくつかのステップが必要です。 この論文では、大量生産されたガラス要素と特注で作成されたガラス要素の間のギャップを埋めるために、3D プリントされた金型を使用してガラス加工品を成形するためのアクセスしやすい低コストのプロセスを調査します。 これまでの研究では、ガラス鋳造に無機バインダーを使用したバインダージェッティングの使用の可能性が実証されています。 この論文では、ガラス鋳造以外にも、鋳造や窯鋳造、ブロー成形、スランピングなど、3D プリント金型と組み合わせることができるさまざまな伝統的な製造方法を調査しています。

目的は、製造の可能性を拡張し、3 次元ガラスに対するさまざまなアプローチを提供することです。 目標は、三次元の中実、中空、または二重曲面の板ガラス要素の設計から製造までのプロセスを高精度で簡素化することです。 この論文では、バインダーの噴射技術と材料の考慮事項、その耐熱性、さまざまなガラス製造プロセスとの適合性、および金型処理用のコーティングに関する研究について説明します。 さらに、得られたガラス部品の精度が評価され、ガラスの類型に関する設計ガイドラインが定義されます。 提示された製造方法によって可能になる幾何学的な特徴を備えたファサード用のガラスレンガまたはガラスシートは、建築要素に新しい光学的、構造的、または装飾的特性を可能にする可能性があります。

1.1 背景

ガラスは文化と建築の歴史において重要な役割を果たし、紀元前 3 千年紀中期の青銅器時代にメソポタミアで人類によって初めて発見されました (Wight 2011)。 ローマ時代には、小さなガラス粒を型内で加熱して融着させるフリットキャスティングを使用して家庭用品が作られていました。 それ以来、ガラス成形はガラス製造において重要な役割を果たしてきました。 紀元前 1 世紀に、フェニキア人が器や瓶などの中空の工芸品を製造するための吹きガラスを発明しました。 ローマ人は、西暦 100 年に建物に部分的に透明な小さな鋳造ガラス片を初めて使用しました (McGrath and Frost 1937)。 18 世紀以降、窓ガラスの製造には円筒吹き込み板ガラスまたはクラウン ガラスが使用されました。 スイスの建築家ギュスターヴ・ファルコニエは、鋼製金型を利用して伝統的なボトルブロー成形プロセスを改良し、建築用の中空ガラスレンガを製造しました（Jeandrevin 2018）。

1887 年、工業用ブロー成形により、容器や家庭用品の大量生産が可能になりました。 1959 年にフロート ガラス プロセスが発明され、建設用の標準製品としてフロート ガラスの大量生産が可能になりました (Pilkington 1969)。 現在、大量生産されたガラス部品は世界中で重要な市場を占めていますが (Statista 2021)、カスタム加工されたガラスは衰退産業です (Guardian 2021)。 ガラス部品の量産型は通常、ステンレス鋼またはグラファイトで作られていますが、カスタマイズされたガラス製品の型は、通常、サンドプレスまたは石膏とシリカの型を使用して作られます。 成形方法の選択は、必要な精度、形状、および部品の生産数によって決まり、成形材料は適用されるガラス加工方法に応じて異なります。 サンドプレス法では、砂型の成形プロセスで鋳造する前に、砂、粘土、ベントナイトの混合物に木の型をプレスします。

ロストワックス技術では、ワックスまたはプラスチックのポジを手動で彫刻または CNC フライス加工し、その後石膏とシリカの混合物をポジの周囲にキャストします (Feinberg 1983)。 しかし、この技術は時間と労力がかかり、金型と接触するガラス表面は粗くなり、透明な結果を得るには後処理が必要となり、ガラスオブジェクトの精度に影響を与える可能性があります。 CNC フライス加工のスチール金型は、大規模用途やロットサイズの高い高精度の要素には非常に有益ですが (Oikonomopoulou et al. 2018)、少数の生産にはコストが高すぎ、幾何学的複雑さが部分的に制限されます。 一部の多成分鋼金型では複雑な部品の製造が可能ですが、金型を取り外すことができないため、複雑な部品にアンダーカットを作成することはできません。