Repensando o molde de vidro fundido

Data: 1º de abril de 2021

Fonte:

Conferência sobre aplicações arquitetônicas e estruturais de GlassBelis, Bos & Louter (Eds.), Universidade de Ghent, setembro de 2020.Copyright © com os autores. Todos os direitos reservados.ISBN 978-94-6366-296-3, https://doi.org/10.7480/cgc.7.4662

Este artigo explora duas tecnologias alternativas de fabricação de moldes que permitem a fundição de componentes de vidro (sólidos) com grande grau de liberdade de forma e tamanho e/ou design customizado, de forma econômica. Especificamente, o artigo discute a pesquisa, o projeto e o trabalho experimental conduzido na TU Delft em moldes de areia impressos em 3D e moldes de aço ajustáveis ​​de alta precisão. Os moldes de areia impressos em 3D podem fornecer uma solução econômica e de alta precisão para sólidos. componentes de vidro de geometria complexa e/ou de design personalizado.

Embora esta técnica de molde já seja utilizada para fundições de metais, ela ainda permanece inexplorada na área de fundição de vidro. Assim, este artigo apresenta as primeiras descobertas experimentais na TU Delft desta tecnologia de molde: amostras de molde usando diferentes ligantes e tratadas com vários revestimentos para acabamento superficial são testadas nas altas temperaturas previstas na fundição de vidro (em forno).

A seguir, moldes impressos em 3D são preparados para uma determinada geometria de vidro e protótipos físicos de vidro são feitos por fundição em forno. Os moldes metálicos ajustáveis ​​são outra técnica de molde que oferece um grau de liberdade no módulo de uma estrutura. Essencialmente, componentes de diferentes tamanhos e, até certo ponto, formatos podem ser gerados pelo mesmo molde. Assim, são discutidos os princípios de design e engenharia de tal molde e as potenciais aplicações e limitações desta tecnologia.

Como prova de conceito, um molde ajustável é feito em PLA impresso em 3D e MDF cortado a laser. O molde é utilizado para a geração de modelos de cera de formas variáveis, que são utilizados para moldar protótipos de vidro em estufa pela técnica de cera perdida. Com base nas conclusões de ambas as tecnologias de moldes apresentadas, são dadas orientações sobre a sua adequação de acordo com o volume de produção, o nível de precisão exigido e a complexidade e variação das formas envolvidas.

1.1.O potencial de moldagem do vidro fundido e as atuais limitações impostas pelas tecnologias de moldes

Em teoria, a fundição de vidro, ou seja, o vazamento de vidro fundido em moldes, permite a produção de componentes de vidro monolíticos de praticamente qualquer formato e seção transversal. Esse potencial de formação de avast, combinado com a alta resistência à compressão do vidro (declarada até 1000 MPa para vidro float de cal sodada por (Saint Gobain 2016; Weller et al. 2008; Ashby, Jones 2006)), oferece infinitas possibilidades no projeto de membros de vidro estrutural diáfanos e monolíticos de qualquer tamanho e formato: desde colunas de vidro de vários andares até envelopes inteiros de vidro.

Na prática, porém, o potencial de moldagem do vidro fundido no ambiente construído permanece em grande parte um campo não mapeado. Os poucos exemplos realizados de estruturas autoportantes constituídas por componentes de vidro fundido, nomeadamente o Memorial Atocha (Schober et al. 2007), a Fonte da Coroa (Hannah 2009), a Optical House (Hiroshi 2013) e as Crystal Houses (Oikonomopoulou et al. 2017; Oikonomopoulou et al. 2015), empregam unidades de vidro sólido idênticas de formato simples e, aproximadamente, até 10 kg de massa ( Figura 1). Existem duas razões principais por trás destas escolhas de design para as unidades de vidro sólido que também estão, até certo ponto, interligadas: (a) o longo e confuso tempo de recozimento necessário para elementos de vidro fundido de maior massa e espessura e (b) as barreiras de custo impostas por formas que exigem moldes complexos de aço ou grafite de alta precisão, ou por uma produção personalizada (fig.2).

O tempo de recozimento necessário pode ser considerado a maior desvantagem para a fundição de peças de vidro de massa substancial. Os fatores-chave para reduzir o tempo de recozimento são o coeficiente de expansão térmica do vidro (diretamente ligado à composição do vidro), a massa e a forma geral do objeto (Oikonomopoulou 2019). Neste sentido, uma estrutura substancialmente mais leve pode diminuir bastante o tempo de recozimento, permitindo a fabricação de componentes maiores num tempo significativamente reduzido.