Разработка дизайна медали средствами ArtCAM Pro
Моделирование лицевой стороны медали
Моделирование обратной стороны медали
Технологическая подготовка производства
Ежегодно в Иркутском государственном техническом университете проводится конкурс НИР-НИРС-НТТН, целью которого является рассмотрение научно-исследовательских работ студентов и сотрудников ИрГТУ и отбор лучших проектов для участия в открытом межвузовском конкурсе. Один из главных этапов этого мероприятия — подведение итогов и награждение победителей. На этот раз организаторы конкурса решили дополнить дипломы, вручаемые в качестве основных наград, памятными медалями, изготовленными с помощью современных компьютерных технологий.
Разработка дизайна и конструкторско-технологическая подготовка производства медалей были выполнены в Учебном центре компьютерных технологий ИрГТУ с помощью системы ArtCAM Pro 5 фирмы Delcam plc, а изготовление было проведено совместно с ОАО НПК «Иркут» на базе фрезерного, электрохимического и штампово-прессового оборудования.
Перед дизайнерам была поставлена непростая, но очень интересная задача — разработать эскиз медали, объединяющей широкие круги специалистов технических, гуманитарных и художественных направлений. После длительного поиска основной темы эскиза мы остановились на творчестве Леонардо да Винчи — всемирно-известного гениального художника, инженера и философа. Для обозначения принадлежности медали нашему университету лицевую сторону мы решили выполнить в виде фирменного логотипа и изображения фасада здания ИрГТУ.
Моделирование лицевой стороны медали
Дизайн лицевой стороны медали основан на комбинации трех изображений: здания ИрГТУ, текста с его названием и фирменного логотипа. Для построения барельефа здания университета использовали способность системы ArtCAM автоматически преобразовывать двухмерное полутоновое растровое изображение в объемные модели. В качестве исходных данных мы выбрали цветную фотографию, которую с помощью обычного сканера преобразовали в двумерное растровое изображение (рис. 1 а) и затем с помощью графического редактора FotoCanvase Lite (приложение ACDSee) конвертировали в черно-белое полутоновое растровое изображение (рис. 1 б).
Получив требуемый формат полутонового изображения, мы импортировали данные в систему ArtCAM и с помощью соответствующего инструментария в автоматическом режиме построили довольно сложную скульптурную модель (рис. 2). Следует отметить, что основной рельеф лицевой стороны медали первоначально был выполнен в произвольном масштабе.
Следующим этапом стало определение общей композиции лицевой стороны медали (рис. 3). При этом были задействованы такие объекты векторной графики системы ArtCAM, как параметризованные примитивы, полилинии, векторный текст и сплайны, а также инструменты для их редактирования и связывания с растровой графикой.
По представленным двумерным векторным изображениям путем использования различных методов конструирования рельефов (задание формы профиля внутри замкнутого контура, построение текста постоянной высоты, криволинейное профилирование (вытягивание образующего контура вдоль направляющего)) были построены трехмерные рельефы. Для ограничения модели по требуемому контуру была использована функция обнуления участков рельефа вне выделенного цвета. Путем комбинирования отдельных элементов (сложение, вычитание и объединение по наибольшей высоте) удалось получить комплексную модель (рис. 4).
Для увязки предварительно сохраненного рельефа здания ИрГТУ с базовой моделью медали применяли специальную вставку, которая кроме позиционирования позволяла также провести масштабирования вставляемого объекта в требуемый объем (рис. 5 а).
После обнуления полученного рельефа по соответствующему контуру медали необходимо было достроить недостающие фрагменты, находящиеся вне исходного фотографического изображения. Данная задача была решена с помощью модуля интерактивного редактирования рельефов Interactive Sculpting методом текстурирования выделенной области (рис. 5 б).
По дизайнерскому замыслу барельеф здания ИрГТУ должен выглядеть объемным не только на плоскости, но и в пространстве. Для получения нужного эффекта мы наложили рельеф здания ИрГТУ на подложку клиновидной формы, которую смоделировали методом вытягивания образующего контура (полилинии) вдоль направляющей прямой (рис. 6 а) и посредством обнуления ненужных участков по требуемому профилю (рис. 6 б).
Для построения логотипа ИрГТУ было подготовлено векторное изображение (рис. 7 а). Рельеф, полученный по векторным данным методами криволинейного профилирования и заданием формы профиля внутри замкнутых контуров, представлен на рис. 7 б .
Для завершения лицевой стороны медали была проведена окончательная сборка полученных ранее рельефов (рис. 8) путем их объединения и с помощью специальной вставки, после чего модель была отмасштабирована в направлении оси Z (Hmax = 0,4 мм) в соответствии с технологическими требованиями штамповки. На рис. 9 показан увеличенный фрагмент лицевой стороны медали.
 |
|
Моделирование обратной стороны медали
Как уже было сказано, обратную сторону медали было решено посвятить творчеству Леонардо да Винчи, который, в частности, занимался исследованиями пропорций человеческого тела. Соответствующий рисунок выбран в качестве ключевой фигуры тыльной стороны медали. Для реализации идеи необходимо было преобразовать эскиз Леонардо в объемную модель.
В качестве основы для построения фигуры человека мы использовали цифровое изображение, найденное в сети Интернет (рис. 10). Возможность системы ArtCAM работать одновременно с растровой и векторной графикой позволила нам произвести векторизацию исходной картинки в режиме «ручного рисования». На данном этапе были получены замкнутые контуры (рис. 11), которые послужили базой для построения ступенчатой трехмерной модели (рис. 12 а). Основная работа над созданием барельефа пропорционального человека была реализована в режиме интерактивного скульптурирования. Используя инструменты сглаживания, наращивания и удаления элементов рельефа при различных законах гладкости и интенсивности, а также применяя различные методы объединения (нормальное, только повышением или только понижением участков), нам удалось построить тело человека (рис. 12б , 13, 14).
Завершив моделирование основного рельефа обратной стороны медали, мы перешли к построению ее названия и фонового рельефа (рис. 15, 16, 17). Шрифт Mysl Bold, используемый для заголовков лицевой и обратной сторон медали, был выбран потому, что он соответствует эпохе Леонардо. В качестве фонового рельефа сначала мы выбрали летательный аппарат, являющийся символом инженерного дела, а также атрибуты художественного мастерства — кисть и палитру (рис. 18).
Однако для того, чтобы обе стороны медали были выполнены в едином стиле, мы решили разгрузить полученную композицию и выполнить фоновый рельеф в виде текстуры, смоделированной по рукописи Леонардо да Винчи (рис. 19). Профиль текстуры, незначительно выступающий над базовой плоскостью, был сглажен и объединен с базовым рельефом по принципу MergeHighest (рис. 20 и 21).
|
|
Технологическая подготовка производства
Для тиражирования медалей был изготовлен штамп, формообразующие поверхности матрицы и пуансона которого были обработаны электрохимическим методом. Графитовые электроды (диаметром 50 мм), применяемые в качестве катодов электрохимической реакции при изготовлении матрицы и пуансона штампа, были обработаны на 3-координатном фрезерном станке с ЧПУ модели Roland MDX-550 по программам, рассчитанным непосредственно в системе ArtCAM (рис. 22). Обработку графитовых электродов проводили в один технологический переход цилиндро-коническими фрезами диаметром 3 мм с углом конуса a/2=15° и радиусом скругления вершины зуба 0,1 мм по спиральной стратегии с межстрочным шагом 0,02 мм. Режимные параметры обработки были следующие: частота вращения шпинделя (n) — 12 тыс. об./мин, скорость подвода инструмента (Vs) — 800 мм/мин, рабочая подача (Sм) — 300 мм/мин.
|
|
