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Jul 17, 2023

Data: 6 luglio 2023

Autori: Rena Giesecke e Benjamin Dillenburger

Fonte:Strutture e ingegneria del vetro, volume 7, (2022)

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

La ricerca presentata indaga un metodo di fabbricazione digitale per elementi edilizi in vetro personalizzati basati su stampi stampati tridimensionalmente (3D). Le parti in vetro personalizzate con geometrie specifiche richiedono solitamente diverse fasi di produzione, artigianato altamente specializzato o macchinari. Gli stampi in acciaio fresato a controllo numerico computerizzato sono adatti solo per lotti di grandi dimensioni a causa del loro costo elevato e della limitata libertà geometrica. La fusione a cera persa richiede diverse fasi di produzione e post-elaborazione. Questo articolo analizza un processo accessibile e a basso costo per modellare manufatti in vetro utilizzando stampi stampati in 3D per colmare il divario tra elementi in vetro prodotti in serie e realizzati su misura. Precedenti ricerche hanno dimostrato il potenziale dell'utilizzo del getto di legante con leganti inorganici per la fusione del vetro. Questo articolo esamina una serie di metodi di produzione tradizionali oltre alla fusione del vetro che possono essere combinati con stampi stampati in 3D, tra cui fonderia e fusione in forno, soffiaggio e slumping.

L'obiettivo è quello di ampliare le possibilità di produzione e fornire una gamma di approcci per il vetro tridimensionale. L'obiettivo è semplificare il processo dalla progettazione alla produzione di elementi tridimensionali in lastre di vetro massicce, cave o doppiamente curvate con elevata precisione. Questo articolo presenta studi sulle tecniche di getto di legante e considerazioni sui materiali, sulla loro resistenza al calore, compatibilità con diversi processi di produzione del vetro e rivestimenti per il trattamento degli stampi. Inoltre, viene valutata la precisione delle parti in vetro risultanti e vengono definite le linee guida di progettazione per le tipologie di vetro. I mattoni o le lastre di vetro per facciate con caratteristiche geometriche consentite dal metodo di fabbricazione presentato potrebbero consentire nuove proprietà ottiche, strutturali o decorative negli elementi costruttivi.

1.1 Contesto

Il vetro ha svolto un ruolo essenziale nella storia della cultura e dell'architettura e fu scoperto per la prima volta dall'uomo nell'età del bronzo, a metà del terzo millennio a.C., in Mesopotamia (Wight 2011). In epoca romana gli oggetti domestici venivano realizzati mediante la fusione in fritta, che prevedeva la fusione a caldo di piccoli granuli di vetro all'interno di uno stampo. Da allora, la formatura del vetro ha svolto un ruolo essenziale nella produzione del vetro. Nel I secolo a.C., i Fenici inventarono la soffiatura del vetro per produrre manufatti cavi come vasi e bottiglie. I romani furono i primi a utilizzare piccoli pezzi di vetro colato, parzialmente trasparenti, negli edifici nel 100 d.C. (McGrath e Frost 1937). Dal XVIII secolo per la produzione dei vetri delle finestre veniva utilizzato il vetro soffiato a lastra cilindrica o il vetro coronato. L'architetto svizzero Gustave Falconnier ha modificato il tradizionale processo di soffiaggio delle bottiglie utilizzando stampi in acciaio per produrre mattoni cavi di vetro per scopi architettonici (Jeandrevin 2018).

Nel 1887, il soffiaggio industriale consentì la produzione in serie di vasi e oggetti domestici. Nel 1959, l’invenzione del processo del vetro float ha consentito la produzione in serie del vetro float come prodotto standardizzato per l’edilizia (Pilkington 1969). Oggi, le parti in vetro prodotte in serie coprono un mercato significativo in tutto il mondo (Statista 2021), mentre il vetro artigianale su misura è un settore in declino (Guardian 2021). Gli stampi prodotti in serie per componenti in vetro sono generalmente realizzati in acciaio inossidabile o grafite, mentre per oggetti in vetro personalizzati gli stampi sono generalmente realizzati utilizzando stampi a pressatura di sabbia o gesso-silice. La scelta del metodo di stampaggio dipende dalla precisione richiesta, dalla geometria e dal numero di parti prodotte e il materiale di stampaggio è specifico per il metodo di lavorazione del vetro applicato. Per il metodo di pressatura con sabbia, un modello di legno viene pressato in una miscela di sabbia, argilla e bentonite prima della fusione per il processo di stampaggio del modello con sabbia.

Per la tecnica della cera persa, un positivo in cera o plastica viene scolpito manualmente, o fresato a CNC, seguito da una miscela di gesso e silice fusa attorno al positivo (Feinberg 1983). Tuttavia, la tecnica è lunga e laboriosa e la superficie di vetro a contatto con lo stampo risulta in una superficie ruvida che richiede una post-elaborazione per un risultato trasparente che potrebbe compromettere la precisione dell'oggetto di vetro. Sebbene gli stampi in acciaio fresato a CNC siano estremamente vantaggiosi per applicazioni su larga scala ed elementi di alta precisione con lotti elevati (Oikonomopoulou et al. 2018), sono troppo costosi per piccoli numeri di produzione e parzialmente limitati in termini di complessità geometrica. Sebbene alcuni stampi in acciaio multicomponente possano consentire la produzione di parti complesse, non possono produrre sottosquadri in parti complesse perché non è possibile rimuovere lo stampo.