6 - 2014

Прогрессивные методы производства ювелирных изделий от компании Delcam

С 30 мая по 2 июня в Лас-Вегасе (США) прошла выставка JCK — одно из самых значимых мероприятий для ювелирной отрасли Нового Света. Ежегодно в этой выставке принимает участие порядка 2500 компаний более чем из 30 стран. Перспективным технологиям производства ювелирных изделий был посвящен специальный раздел выставки. Компания Delcam представила на своем стенде два различных метода производства ювелирных изделий, что дало возможность посетителям стенда самим оценить преимущества и недостатки конкурирующих технологий.

Традиционная механообработка представляет собой так называемый субтрактивный подход, который подразумевает удаление материала с заготовки большего размера. На стенде Delcam был представлен четырехосевой фрезерный станок с ЧПУ GSCC Hercules, разработанный специально для ювелирной промышленности и позволяющий с высоким качеством выполнять чистовую обработку небольших деталей из воска или мягких металлических сплавов. Если этот станок оснастить дополнительным крепежным приспособлением Goldsmith Cross­Pin Fixture, то с его помощью на основе простой и надежной четырехосевой базовой платформы можно будет выполнять эквивалент пятиосевой обработки. Относительно жесткая силовая рама GSCC Hercules позволяет изготавливать на этом станке из цветных металлов матрицы и пуансоны для литья восковок, а также вспомогательную технологическую оснастку.

Все современные автоматизированные методы обработки базируются на использовании качественной математической 3D­модели, полностью и однозначно определяющей форму будущего изделия. Как показывает опыт, применение для дизайна и конструирования ювелирных изделий традиционных методов поверхностного и твердотельного моделирования зачастую оказывается неоправданно сложным и трудоемким. Как правило, ювелирные украшения имеют различные рельефные изображения и орнаменты, которые проще и быстрее задать с приемлемой точностью при помощи триангулированной поверхности. Поэтому в продуктовой линейке компании Delcam помимо CAD­системы PowerSHAPE (www.powershape.com), предназначенной главным образом для поверхностного и твердотельного 3D­моделирования, присутствует CAD/CAM­система ArtCAM (www.artcam.com), рассчитанная на создание фасетных моделей.

В большинстве случаев для конструирования ювелирных изделий достаточно возможностей фасетного 3D­моделирования в расширенной версии ArtCAM JewelSmith. Эта программа позволяет моделировать такие ювелирные украшения, как кольца, серьги, броши, подвески, запонки, браслеты и т.д. За основу проекта в ArtCAM берутся двумерные векторные эскизы или растровые изображения, трансформируемые в 3D­рельеф при помощи заданных пользователем алгоритмов. В ArtCAM реализованы функции так называемого скульптурного 3D­моделирования (на основе интерактивного деформирования поверхностей в режиме реального времени), которые наиболее удобны при работе над художественными изделиями. Базовые элементы 3D­модели могут быть скомпонованы в ArtCAM по слоям и группам, что также значительно упрощает работу дизайнера. Еще одно, не менее значимое по важности после 3D­моделирования предназначение CAD/CAM­системы ArtCAM JewelSmith — автоматическая генерация управляющих программ для четырехосевой обработки смоделированных изделий на фрезерных станках с ЧПУ.

Британский Инновационный центр ювелирной промышленности (JIIC), являющийся частью Школы ювелирного искусства (Бирмингем, Великобритания), провел в мае этого года второе ежеквартальное собрание участников проекта Precious Project. В этом проекте, основанном правительственным Советом по стратегическим технологиям и возглавляемом компанией Delcam, участвуют пять британских высокотехнологических компаний. Проект Precious Project призван продемонстрировать предприятиям ювелирной промышленности Великобритании коммерческий потенциал аддитивной технологии производства украшений из благородных металлов. Данный проект охватывает все стадии производства ювелирных изделий, начиная от их дизайна и изготовления вплоть до полировки, а затем и маркетингового продвижения.

Проведенный JIIC опрос среди работающих в ювелирной промышленности организаций показал, что аддитивную технологию используют уже более 500 предприятий. Опрос также позволил установить, что в настоящее время в ювелирной отрасли используются семь основных и 22 вспомогательные CAD­системы. Для успешного решения задач, возникающих при аддитивной обработке, большинство доступных сегодня на рынке CAD­систем требует расширения их функциональных возможностей. Поэтому одной из целей Precious Project является информирование производителей ювелирных изделий о возможности применения тех или иных CAD­систем в процессе аддитивной технологии производства.

Дизайнер ювелирных изделий Лионель Дин (Lionel Dean) представил для проекта Precious Project концептуальный дизайн украшений, которые можно изготовить посредством аддитивной обработки. После того как на первом заседании проекта участники высказали свои пожелания и внесли в конструкцию украшений изменения, вызванные применением аддитивной технологии производства, г­н Дин заявил: «Украшения экзотической формы конечно же актуальны, но производителям гораздо важнее унаследовать при помощи новой аддитивной технологии собственный стиль и продолжить развивать свои исторические традиции».

В рамках проекта Precious Project компания Delcam представила собственную автоматизированную методику нестинга изделий в рабочем пространстве 3D­принтера, основанную на применении системы удаляемых впоследствии технологических перемычек. Для оценки достижимого качества внешней поверхности литой заготовки и точности изготовления изделия в целом (для точного прогнозирования его массы) при помощи аддитивной технологии были изготовлены из золота две разные тестовые детали. Специалисты из компаний Delcam, Cookson Precious Metals и Fintek проанализировали все стадии производственного процесса и выработали рекомендации по рациональному размещению и ориентации технологических перемычек с целью минимизации их негативного влияния на качество литья. Сейчас участники проекта работают над повышением качества внешней поверхности мастер­моделей, изготовленных на 3D­принтере.

В 2015 году Школа ювелирного искусства в Бирмингеме отметит свое 125­летие. В честь этого события будет организован однодневный семинар, на котором участники проекта Precious Project поделятся своими наработками в области аддитивного производства.

Если пользователю ArtCAM JewelSmith не хватит возможностей этой программы по 3D­моделированию (что маловероятно), то он может воспользоваться технологией трибридного моделирования, реализованной компанией Delcam в CAD­системе PowerSHAPE Pro. В ней можно создавать 3D­модели, сочетающие в себе поверхностные и твердотельные элементы с триангулированными поверхностями. Такой подход позволяет быстро конструировать изделия неограниченно сложной формы с рельефными изображениями.

Пятиосевая фрезерная обработка деталей сложной формы (с труднодоступными зонами, поднутрениями или полостями) требует не только применения дорогостоящего оборудования, но и достаточно совершенной CAM­системы для разработки управляющих программ. В этом случае компания Delcam рекомендует использовать ее флагманскую CAM­систему PowerMILL.

Освоение пятиосевой фрезерной обработки — сложный процесс, требующий от предприятия серьезных финансовых инвестиций, что для ювелирного производства далеко не всегда экономически оправданно. Поэтому ювелиры всего мира проявляют повышенный интерес к относительно молодой технологии послойного «выращивания» мастер­моделей при помощи 3D­принтеров и установки быстрого прототипирования. Такая аддитивная технология позволяет быстро изготовить из пластика детали сложной формы с внутренними пустотами и труднодоступными зонами, которые сложно, а иногда и просто невозможно обработать на пятиосевом станке с ЧПУ.

На выставке JCK компания Delcam продемонстрировала 3D­принтер Deep Imager 5 (производимый фирмой Elite ImageWorks), использующий принцип фотополимеризации специального пластика под действием ультрафиолетового излучения. Преимущество данной технологии заключается в отсутствии необходимости применения дорогостоящих многоосевых станков с ЧПУ и разработки для них сложных управляющих программ. Пользователю программ ArtCAM или PowerSHAPE достаточно экспортировать 3D­модель изделия в стандартный нейтральный формат данных STL, в котором все поверхности представлены в виде триангулированной сетки. Затем специальное программное обеспечение 3D­принтера автоматически строит по импортированной модели набор поперечных сечений. При необходимости CAD­модель может быть дополнена удаляемыми технологическими перемычками и подпорками. После этого можно приступать к послойному «выращиванию» изделия.

Разработчики ArtCAM JewelSmith снабдили программу встроенным модулем для высокореалистичной визуализации KeyShot, что позволяет пользователям этой CAD/CAM­системы уменьшить количество изготавливаемых физических прототипов и создавать изображения для рекламной продукции и каталогов посредством рендеринга 3D­модели. Получаемое в KeyShot изображение почти неотличимо от фотографии реального изделия.

Для повышения удобства и производительности труда в ArtCAM JewelSmith предусмотрена обширная библиотека, содержащая большое количество типовых элементов различных ювелирных украшений: колец, камней, шинок, вставок и т.п. Пользователь может добавлять в библиотеку свои элементы, а также импортировать в нее 3D­модели в популярных форматах данных STL, OBJ, 3DS и 3DM.

Предлагаемые компанией Delcam решения на основе программы ArtCAM JewelSmith позволяют не только значительно повысить производительность труда, но и освоить выпуск высококачественных ювелирных изделий сложной формы. 

САПР и графика 6`2014