Моделирование и изготовление художественных изделий с использованием CAD/CAM ADEM
К использованию современных средств автоматизации проектирования в условиях машиностроительного производства многие уже привыкли. Здесь CAD/CAM-системы занимают достойное место при выполнении проектирования различных деталей, их проверке на технологичность, разработке технологии и собственно при изготовлении. Этот процесс освоен пользователями в достаточной мере и зависит, пожалуй, только от функциональных возможностей применяемой системы и сложности ее освоения.
В данной статье мы рассмотрим использование CAD/CAM-систем при создании художественных изделий, их дизайнерской проработке и получении моделей перед их физическим воплощением. Конечно же, здесь не обойтись без применения всего многообразия средств и методов проектирования, применяемых на практике, таких как твердотельное и поверхностное моделирование, создание сборок, проектирование обработки и др. Кроме того, необходимо выбрать оптимальный способ изготовления изделия исходя из его серийности. Поэтому часто художник должен одновременно обладать навыками инженера-проектировщика и технолога.
При выборе системы проектирования для решения поставленных задач мы будем учитывать ряд важных моментов. Во-первых, не будем рассматривать мощные и дорогие системы именно вследствие их высокой стоимости, хотя они, несомненно, могут применяться и применяются в промышленном дизайне. Во-вторых, будем отдавать предпочтение СAD/CAM-решениям, поскольку любой проект должен иметь возможность последующего воплощения в материале, хотя некоторые решения чисто конструкторских систем являются весьма необходимыми при проектировании.
Как было сказано выше, наиболее предпочтительным является применение СAD/CAM-систем среднего класса, наиболее доступных как для отдельных художников-дизайнеров и инженеров-художников, так и для небольших творческих коллективов. Поскольку при моделировании художественных изделий и проектировании технологии их изготовления авторы использовали в основном систему ADEM, остановимся именно на ней.
Наличие в системе мощных средств твердотельного и поверхностного моделирования позволяет применять систему для моделирования различных художественных изделий из металла, дерева, пластмасс и других материалов. Художественная ковка, создание и изготовление различного рода гербов и эмблем, проектирование стеклянной и пластмассовой тары и пресс-форм для их изготовления, проектирование посуды, игрушек — вот неполный перечень областей, в которых успешно используется система ADEM. Кроме того, системы используются в учебном процессе при подготовке студентов, например в ТПИ (г. Томск) — при учебно-производственном изготовлении резных изделий из дерева и в Ижевском ГТУ — при обучении по специальности «инженер-художник». В частности, выполнено моделирование и изготовление различных значков и эмблем, созданы модели охотничьего и туристского снаряжения (рис. 1 и 2).
После создания модели изделия и его дизайнерской проработки важнейшим моментом является выбор технологии изготовления. Это либо чисто ручная индивидуальная работа инженера-художника, для которой созданная объемная модель является важным подспорьем, либо работа с применением современного механообрабатывающего оборудования, что особенно важно при изготовлении небольших серий. Пример тому — проектирование и изготовление охотничьих топоров.
Существующие технологии изготовления топоров с применением машинной или ручной ковки, литья или механической обработки ориентированы на массовое производство простых по конструкции и внешнему виду изделий. Каких-либо рекомендаций по расчету потребительских характеристик топоров в литературе нет. Существующие эксклюзивные образцы, представленные на выставках охотничьего снаряжения и являющиеся плодом труда мастеров-ружейников или мастеров художественной ковки, при моделировании могут быть использованы как художественный образ, но не как точное изделие заданных объема, геометрии и распределения масс. Поэтому весьма важно при расчете и разработке конструкций топоров различных модификаций иметь возможность моделирования, при котором все массовые характеристики, необходимые в дальнейших расчетах кинематики и балансировки, вычисляются автоматически (рис. 2).
Одна из моделей среднего охотничьего топора, созданная в системе ADEM, может изготавливаться серийно из предварительно откованной и вальцованной заготовки с последующими обработкой на фрезерном станке с ЧПУ, заточкой и отделкой. Отделка может быть выполнена методом лазерной или механической гравировки с последующим нанесением краски в образовавшиеся углубления и окончательной полировкой.
Следует отметить, что возможности системы ADEM не ограничиваются только проектированием и изготовлением самих изделий. Богатый опыт использования системы для оформления охотничьих ружей накоплен на государственном предприятии «Ижевский механический завод». До последнего времени при изготовлении эксклюзивных образцов и мелких серий оформление ружей выполнялось только граверами-художниками, что значительно увеличивало сроки производства и стоимость изделий. В настоящий момент на заводе освоена технология, позволяющая сократить долю ручной гравировки, а в некоторых случаях и вообще обойтись без нее.
Первая попытка использовать оборудование с ЧПУ для машинной гравировки завершилась неудачей, поскольку технологи пытались напрямую скопировать ручные рисунки. В результате нескольких экспериментов были выделены элементы орнаментов, применимые при такой гравировке, однако рисунки получались слишком простыми и неинтересными. С применением CAD/CAM ADEM удалось добиться большей сложности и насыщенности орнаментов (рис. 3).
Полученные результаты вдохновили специалистов завода на освоение традиционно ручных видов оформления изделий. В оружейном производстве очень часто применяется так называемая обронная гравировка, требующая значительных затрат ручного труда. Именно этот вид гравировки удалось выполнить машинным способом. Спроектированная управляющая программа выполняет черновую выборку материала на гравюре. После этого гравер-художник вручную слегка дорабатывает рисунок, оживляя его (рис. 4). Таким образом, время нанесения «обронки» сокращается в несколько раз; при этом качество полученных гравюр практически идентично ручным образцам.
В настоящий момент на заводе разрабатывается и внедряется новая технология нанесения покрытия на детали и их последующей обработки, имитирующая гравировку по золоту или серебру. Этот метод допускает создание двухцветных орнаментов (рис. 5). Все работы выполняются на лазерном комплексе ЛТН-103, позволяющем наносить рисунки любой сложности на материалы, применяемые в ружейном и пистолетном производствах, не нарушая твердость основного тела детали. Кроме гравировки система ADEM используется при обработке деталей спускового механизма ружей, фрезерования посадочных мест для установки элементов инкрустации из драгоценных металлов на элитные экземпляры охотничьих ружей.
Следует отметить, что с помощью генератора постпроцессоров системы ADEM в течение нескольких дней были разработаны постпроцессоры для лазерного комплекса и двух фрезерных станков, что обеспечило оперативную подготовку управляющих программ.
Данные примеры позволяют сделать вывод о том, что СAD/CAM ADEM обладает всеми необходимыми средствами для того, чтобы применяться как основа для конструирования, дизайна и производства художественных изделий, и может обеспечить сквозной цикл их производства.
«САПР и графика» 11'2001
