5 - 2009

Применение ArtCAM JewelSmith для проектирования и подготовки производства ювелирных изделий

Алексей Марфичев

На санкт-петербургском «Ювелирном заводе «Альфа» (www.alfa-jewell.com) для решения задач изготовления восковок для ювелирного производства уже более пяти лет успешно применяется CAD/CAM-система ArtCAM JewelSmith компании Delcam. За это время на предприятии был накоплен немалый опыт, который позволяет в кратчайшие сроки решать сложные задачи проектирования и подготовки производства новых ювелирных изделий. Постоянное развитие системы ArtCAM, появление новых возможностей и расширение функционала новых версий дает нам возможность ускорить процесс создания моделей, а также открывает новые возможности для творчества. Но иногда в работе возникают задачи, требующие нетривиального подхода к проектированию изделий. На примере двух интересных проектов, уже запущенных в серийное производство, мы продемонстрируем возможности системы ArtCAM JewelSmith.

Проект «Наградной знак правительства Санкт-Петербурга»

Перед нами была поставлена задача разработать и изготовить наградной знак правительства Санкт-Петербурга. От художников поступил эскиз, созданный на основе комбинации фотографий элементов награды (рис. 1).

Рис. 1. Эскиз художника

Рис. 1. Эскиз художника

После технологического анализа было решено разбить знак на три отдельных конструктивных элемента:

  • крест;
  • лента с надписью;
  • герб правительства Санкт-Петербурга.

Построение креста

Построение данного элемента не вызвало особых затруднений. В первую очередь была создана рабочая зона, определяющая габариты креста, и заданы осевые линии. Затем при помощи функций ArtCAM JewelSmith по работе с векторами и функций отражения векторов был создан векторный рисунок креста. Далее с использованием функций Создание наклонной плоскости и Редактор формы была построена 3D-модель креста. Для получения гильошировки на внутренней поверхности креста был создан массив векторов, имитирующих штихельный рез. Это позволило добиться положительного декоративного результата с четким шагом рисунка гильоша (рис. 2), что затруднительно при создании его вручную.

Рис. 2. Трехмерная модель креста в Delcam ArtCAM JewelSmith

Рис. 2. Трехмерная модель креста в Delcam ArtCAM JewelSmith

Построение ленты с надписью

3D-модель ленты создавалась аналогично модели креста. По эскизу был построен векторный рисунок, с помощью функций Создание наклонной плоскости и Редактор формы была получена модель (рис. 3). Для наибольшей точности размещения надписи внутри ленты были сформированы средние линии внутри лент, по которым позиционировался текст (функция Текст вдоль кривой).

Рис. 3. Трехмерная модель ленты в Delcam ArtCAM JewelSmith

Рис. 3. Трехмерная модель ленты в Delcam ArtCAM JewelSmith

Построение герба правительства Санкт-Петербурга

Герб правительства Санкт-Петербурга относительно сложный и многоуровневый, в связи с этим его изображение было разбито на несколько фрагментов: герб города и корона, лента, державы с орлами, работа над которыми шла по отдельности. На первом этапе по эскизу был создан векторный рисунок всей композиции. В качестве 3D-моделей герба и короны использовались файлы, имеющиеся в архивной базе, и построение данных фрагментов свелось к их компоновке и масштабированию до нужного размера (рис. 4).

Рис. 4. Трехмерная модель элементов герба в ArtCAM JewelSmith

Рис. 4. Трехмерная модель элементов герба в ArtCAM JewelSmith

На следующем этапе была создана 3D-модель ленты. Нами была предпринята попытка создания по плоским векторам рисунка объемной модели при помощи базовых операций с рельефом (рис. 5), но удовлетворительная плавность перегибов ленты и прямых ее участков все же не была достигнута. Для решения данной задачи по векторам была создана 3D-модель ленты без перегибов, то есть линейные участки ленты находились на разных высотах. Затем данная модель была увеличена в 40 раз и вырезана в модельном воске (рис. 6) на станке Roland EGX-300 (в качестве инструментов применялись сферические фрезы диаметром 2,0 и 0,8 мм).

Рис. 5. Этапы работы над созданием 3D-модели ленты в Delcam ArtCAM JewelSmith

Рис. 5. Этапы работы над созданием 3D-модели ленты в Delcam ArtCAM JewelSmith

 

Рис. 6. Восковая модель ленты, изготовленная на станке Roland EGX-300

Рис. 6. Восковая модель ленты, изготовленная на станке Roland EGX-300

Восковая модель ленты была доработана с одной стороны скульптором для достижения максимальной реалистичности и переведена в цифровой формат при помощи контактного сканера с чувствительным пьезодатчиком Roland Pix-4 с шагом сканирования 0,1 мм по осям X и Y.

Полученная таким образом 3D-модель была зеркально отображена в плоскости Y-Z и отмасштабирована до нужных размеров. Внутри лент были сформированы борта под холодную эмаль. Полученную модель совместили с гербом и короной. К ним были достроены недостающие фрагменты: держава и орлы. При создании держав применялись стандартные операции с рельефом, а 3D-модели орлов были взяты из базы данных моделей системы ArtCAM JewelSmith (рис. 7).

Рис. 7. Завершенная 3D-модель герба в ArtCAM JewelSmith

Рис. 7. Завершенная 3D-модель герба в ArtCAM JewelSmith

Затем для получения фотореалистичного изображения наградного знака и согласования его с заказчиком все три элемента композиции были объединены (рис. 8).

Рис. 8. Завершенная 3D-модель наградного знака в Delcam ArtCAM JewelSmith

Рис. 8. Завершенная 3D-модель наградного знака в Delcam ArtCAM JewelSmith

 

Восковые модели всех трех элементов знака были изготовлены отдельно (рис. 9 и 10). Обработка осуществлялась на фрезерном станке Roland MDX-40 с применением поворотной оси.

Рис. 9. Готовая отливка герба без доработки

Рис. 9. Готовая отливка герба без доработки

 

Рис. 10. Готовая отливка креста без доработки

Рис. 10. Готовая отливка креста без доработки

 

В результате, благодаря использованию компьютерного проектирования и обработке на станке с ЧПУ, удалось добиться высокого качества изделия и изготовить его в кратчайшие сроки (рис. 11). Целый ряд элементов изделия, таких как надписи, текстура и мелкие детали герба, создать вручную, без применения современных компьютерных технологий, было бы крайне затруднительно.

Рис. 11. Готовое изделие «Наградной знак правительства Санкт-Петербурга»

Рис. 11. Готовое изделие «Наградной знак правительства Санкт-Петербурга»

Проект атрибутики авиакомпании ROSSIYA

Заказчиком перед нами была поставлена задача разработать эскиз и в кратчайшие сроки изготовить элементы форменной одежды для сотрудников авиакомпании ROSSIYA (рис. 12).

Рис. 12. Эскизы элементов кителя авиационной компании ROSSIYA: тулья на фуражку, кокарда, знак бортпроводника и пилота, пуговицы кителя

Рис. 12. Эскизы элементов кителя авиационной компании ROSSIYA: тулья на фуражку, кокарда, знак бортпроводника и пилота, пуговицы кителя

Знак пилота и бортпроводника: построение крыльев

Знак пилота был разделен нами на два конструктивных фрагмента: крылья и центральный элемент с логотипом.

На первом этапе построения 3D-модели (рис. 13) был сформирован общий профиль крыла, который в дальнейшем был разбит на фрагменты.

Рис. 13. Векторный эскиз элементов знака пилота

Рис. 13. Векторный эскиз элементов знака пилота

Далее по векторному рисунку художника были сформированы направляющие для фрагментов крыла и при помощи функции Вытягивание по двум направляющим сформированы объемные профили (рис. 14).

Рис. 14. Этапы создания трехмерной модели элементов знака пилота Рис. 14. Этапы создания трехмерной модели элементов знака пилота

Рис. 14. Этапы создания трехмерной модели элементов знака пилота

Для создания нужной формы профили в дальнейшем были объединены в один слой и обрезаны по габаритам крыла (рис. 15).

Рис. 15. Этапы создания трехмерной модели элементов знака пилота

Рис. 15. Этапы создания трехмерной модели элементов знака пилота

Формирование второго крыла в системе ArtCAM JewelSmith не составило труда: поскольку композиция имеет ось симметрии, данный фрагмент был зеркально скопирован.

Соединительная перемычка между крыльями была сформирована так же, как и профиль крыльев, с помощью функции Вытягивание по двум направляющим.

Знак пилота и бортпроводника: построение центрального элемента с логотипом

По векторному эскизу художника была сформирована выпуклая подложка центрального элемента, а затем создан объемный логотип с использованием функции Редактор формы. Позже элементы были объединены и скомпонованы с крыльями.

Для уменьшения веса изделия было решено сделать выборку с обратной стороны знака. Для этого в 3D-модели мы сформировали обратную сторону при помощи функции Сместить комбинированный в обратный и полученную поверхность совместили с лицевой (рис. 16).

Рис. 16. Обратная сторона знака пилота

Рис. 16. Обратная сторона знака пилота

Поскольку знак бортпроводника (рис. 17) содержит те же элементы, что и знак пилота, построение его сводилось к корректировке размера рельефа крыла и центрального элемента, созданных ранее. Таким образом, система ArtCAM JewelSmith позволила нам, создав базовые элементы, в кратчайшие сроки получить целый ряд различных моделей, по-новому компонуя и масштабируя повторяющуюся геометрию, экономя время и сохраняя качество.

Рис. 17. 3D-модель знака бортпроводника

Рис. 17. 3D-модель знака бортпроводника

Тулья

Процесс построения тульи на фуражку был схож с процессом создания знака пилота. По векторному рисунку художника были сформированы направляющие перьев крыла, по которым в дальнейшем был протянут и по заданной форме отсечен профиль. Второе крыло было зеркально скопировано в плоскости Y-Z. Центральный элемент («пропеллер») был сформирован по векторам с использованием функций Создать наклонную плоскость и Редактор формы (рис. 18).

Рис. 18. Трехмерная модель тульи

Рис. 18. Трехмерная модель тульи

Кокарда

Для создания более реалистичного и детализованного рельефа венка в кокарде были осуществлены следующие операции. По эскизу художника скульптор вылепил правую часть венка в крупном масштабе. Изготовленный увеличенный прототип был отсканирован при помощи контактного сканера с чувствительным пьезодатчиком Roland Pix-4 с шагом сканирования 0,1 мм по осям X и Y. Этот 3D-фрагмент был зеркально отражен относительно плоскости Y-Z, и полученный венок был доработан (с помощью интерактивного скульптора в системе ArtCAM JewelSmith были сглажены шероховатости и неровности) и масштабирован до нужного размера (рис. 19).

Рис. 19. Изображение отсканированной и отредактированной модели венка

Рис. 19. Изображение отсканированной и отредактированной модели венка

Построение центра кокарды было схоже с построением центрального элемента с логотипом для знака бортпроводника. Сначала по векторному рисунку была сформирована выпуклая подложка, а затем с помощью функции Редактор формы был добавлен объемный логотип.

Для уменьшения веса изделия была сделана выборка с обратной стороны модели. Для формирования изогнутости (пуклевка) к лицевому и обратному рельефу был добавлен фрагмент в виде линзы. После совмещения поверхностей трехмерная модель кокарды приняла необходимую форму (рис. 20).

Рис. 20. Завершенная 3D-модель кокарды

Рис. 20. Завершенная 3D-модель кокарды

Декоративные элементы козырька фуражки

Для создания венков для козырька фуражки было принято решение обратиться к скульптору, который вылепил частичный фрагмент венка. Данный элемент был отсканирован, а полученная цифровая модель (рис. 21) отмасштабирована до нужных размеров и последовательно скопирована вдоль кривой, повторяющей изгиб края козырька фуражки (рис. 22). Вторая симметричная половина венка была получена зеркальным копированием относительно плоскости Y-Z.

Рис. 21. Сканированный фрагмент венка

Рис. 21. Сканированный фрагмент венка

 

Рис. 22. 3D-модель венка

Рис. 22. 3D-модель венка

Пуговицы кителя

Построение данного элемента кителя не вызвало никаких затруднений и было выполнено на основе базовых рельефов, созданных ранее для других декоративных элементов.

Производство изделий

Все элементы фурнитуры формы сотрудников авиакомпании ROSSIYA были изготовлены из модельного воска и переведены в эталоны (рис. 23). Подготовка управляющих программ осуществлялась в системе ArtCAM JewelSmith. Обработка выполнялась на фрезерном станке Roland MDX-40 с применением поворотной оси для двусторонней обработки.

Рис. 23. Готовые изделия. Фурнитура форменной одежды сотрудников авиакомпании ROSSIYA

Рис. 23. Готовые изделия. Фурнитура форменной одежды сотрудников авиакомпании ROSSIYA

Выводы

Применение системы ArtCAM JewelSmith, а также сканирующего и металлообрабатывающего оборудования Roland позволило в кратчайшие сроки спроектировать, согласовать с заказчиком и подготовить к производству высококачественные изделия. Использование компьютерной системы в процессе моделирования дало возможность сэкономить много времени при создании однотипных изделий и изделий с повторяющимися элементами дизайна. Создание надписей и элементов правильной геометрической формы (именно эти элементы вызывают больше всего проблем при ручном изготовлении мастер-моделей) при применении компьютерного проектирования сводится к простейшим операциям. Также система ArtCAM позволяет гибко подходить к процессу проектирования и использовать при создании моделей как эскизы, созданные художниками на листе бумаги, так и данные сканирования прототипов, выполненных скульптором. Этот и другой функционал системы дает возможность создания и подготовки к производству художественных элементов и моделей с геометрией практически любой степени сложности.

Приведенные примеры являются реально выполненными проектами.

САПР и графика 5`2009