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Jan 28, 2024

Moulage robotisé en sable reconfigurable pour verre flotté doublement incurvé

Date : 7 juin 2023 La recherche présentée étudie la formation de sable meuble en tant que stratégie de moulage reconfigurable pour des pièces en verre personnalisées. Les pièces en verre doublement courbées nécessitent généralement beaucoup de travail

Date : 7 juin 2023

La recherche présentée étudie la formation de sable meuble en tant que stratégie de moulage reconfigurable pour des pièces en verre personnalisées. Les pièces en verre doublement courbées nécessitent généralement la fabrication intensive de moules individuels en céramique ou en acier. Les moules reconfigurables pour le verre sont limités à des géométries modulaires spécifiques et nécessitent des mécanismes d'actionnement coûteux et résistants à la chaleur. Les moules en sable imprimés en trois dimensions (3D) pour l'affaissement du verre nécessitent des liants et ne peuvent pas être réutilisés. L'objectif de cette recherche est de faciliter une fabrication sans déchets d'éléments en verre doublement courbés et un processus de fabrication de moules facile, rapide et peu coûteux pour le cintrage à chaud du verre. Le système de moulage utilise du sable granulaire en vrac, résistant à la chaleur et pouvant être rapidement reformé. En combinaison avec de nouveaux outils numériques et une fabrication robotisée, la technique fournit un système de moulage flexible pour la transformation du verre flotté prêt à l'emploi.

Cette recherche présente les premiers résultats, y compris les systèmes possibles de matériaux granulaires pour le moulage granulaire en vrac, les stratégies de configuration et de placement robotiques pour les matériaux granulaires et la formation volumétrique de matériaux en tenant compte des paramètres du processus robotique. En outre, il étudie la stabilité du moule lors de l'affaissement ainsi que la précision géométrique du moule et des éléments en verre résultants. Les éléments en verre résultants sont entièrement transparents et ne provoquent aucune contamination. L'approche présentée permet d'obtenir des courbures douces, un retrait facile du moule et un recyclage complet du moule sans traitement supplémentaire. La méthode a été appliquée dans plusieurs expériences à moyenne échelle, notamment pour déterminer quelle famille de formes peut être produite. La liberté géométrique et les limites de la méthode de fabrication proposée sont discutées. Le moulage en sable reconfigurable pour le verre pourrait permettre la personnalisation géométrique des éléments en verre et permettre de nouvelles propriétés optiques, structurelles ou décoratives dans les façades et fenêtres en verre.

1.1. Arrière-plan

La fabrication du verre trouve ses origines dans l’Antiquité. Les premières traces de moules pour le verre remontent à l’époque romaine. Les objets ménagers étaient fabriqués par moulage en fritte, en fusionnant de petits granulés de verre sous chaleur dans un moule ou en coulant du verre liquide dans un moule (Wight 2011). Avant l'invention du soufflage de verre au premier siècle avant JC, qui permettait la fabrication sans moisissure d'objets creux de forme libre (Eisen 1916), les artisans utilisaient ce qu'on appelle le formage de noyau en enroulant du verre fondu autour d'un noyau qui serait retiré pour produire des objets creux (Corning Museum of Glass 2022). Malgré l’invention des procédés sans moisissure, les moules ont été tout au long de l’histoire un outil très important pour le façonnage du verre. Les matériaux de moulage comprennent le sable, la céramique, l'argile-bentonite, le graphite et l'acier. Parmi eux, le sable est un matériau de moulage important pour la coulée du verre et du métal.

Pour le processus dit de moulage de motifs, un modèle en bois est pressé dans un mélange sable-argile-bentonite et retiré avant la coulée (Corning Museum of Glass 2022). Alors que les artisans emploient encore aujourd'hui des méthodes traditionnelles pour fabriquer des objets de forme libre, l'industrie du verre plat a fait des progrès significatifs tout au long de l'histoire de l'ingénierie du verre pour la construction. Durant la révolution industrielle, la technique du verre soufflé au cylindre a permis la fabrication de panneaux de verre plats destinés à des applications en architecture. Ce procédé consistait à souffler un cylindre de verre et à le déplier sur une plaque d'acier plate pour produire des panneaux de verre plats (Diderot et al. 2002). L'invention du procédé de verre flotté en 1952 a permis la production de verre flotté standardisé sans distorsion pour l'architecture et l'industrie automobile (Pilkington 1969). Aujourd'hui, le verre flotté occupe la majorité du marché du verre, avec une croissance annuelle continue prévue de 4 % d'ici 2028 (Statista 2021).

La mise en œuvre du verre bombé en architecture reste une exception en raison du défi de fabriquer du verre doublement bombé avec une qualité standardisée et des coûts élevés en énergie et en moule. Les moules pour pièces en verre à double courbure destinées à des applications dans l'architecture ou l'industrie automobile sont généralement fabriqués en céramique ou en acier chromé, qui sont coûteux et ne peuvent être utilisés que pour produire un seul type de forme (Bundesverband Flachglas 2012). Le cintrage à froid du verre gagne en popularité en raison de ses avantages écologiques. Néanmoins, la technique est limitée aux courbures simples et légères doubles sans possibilité de produire des doubles courbures à petite échelle au sein d'un panneau (Fildhuth et al. 2019).