Застосування ArtCAM JewelSmith для проектування та підготовки виробництва ювелірних виробів

На санкт-петербурзькому «Ювелірному заводі Альфа» (www.alfa-jewell.com) для вирішення завдань виготовлення восковок для ювелірного виробництва вже понад п'ять років успішно застосовується CAD/CAM-система ArtCAM JewelSmith компанії Delcam. За цей час на підприємстві було накопичено чималий досвід, який дозволяє у найкоротші терміни вирішувати складні завдання проектування та підготовки виробництва нових ювелірних виробів. Постійний розвиток системи ArtCAM, поява нових можливостей та розширення функціоналу нових версій дає можливість прискорити процес створення моделей, а також відкриває нові можливості для творчості. Але іноді у роботі виникають завдання, які потребують нетривіального підходу до проектування виробів. На прикладі двох цікавих проектів, які вже запущені в серійне виробництво, ми продемонструємо можливості системи ArtCAM JewelSmith.

Проект "Нагородний знак уряду Санкт-Петербурга"

Перед нами було поставлено завдання розробити та виготовити нагородний знак уряду Санкт-Петербурга. Від художників надійшов ескіз, створений з урахуванням комбінації фотографій елементів нагороди (рис. 1).

Мал. 1. Ескіз художника

Після технологічного аналізу було вирішено розбити знак на три окремі конструктивні елементи:

хрест;
стрічка з написом;
герб уряду Санкт-Петербурга

Побудова хреста

Побудова даного елемента не викликало особливих труднощів. В першу чергу була створена робоча зона, що визначає габарити хреста, та задані осьові лінії. Потім за допомогою функцій ArtCAM JewelSmith для роботи з векторами та функцій відображення векторів було створено векторний малюнок хреста. Далі з використанням функцій Створення похилої площини та Редактор форми була побудована3D модель хреста. Для отримання гільошування на внутрішній поверхні хреста було створено масив векторів, що імітують штихельний різ. Це дозволило досягти позитивного декоративного результату з чітким кроком малюнка гільйоша (рис. 2), що важко при створенні його вручну.

Мал. 2. Тривимірна модель хреста у Delcam ArtCAM JewelSmith

Побудова стрічки з написом

3D-модель стрічки створювалася аналогічно моделі хреста. За ескізом був побудований векторний малюнок, за допомогою функцій Створення похилої площини та Редактор форми була отримана модель (рис. 3). Для найбільшої точності розміщення напису всередині стрічки було сформовано середні лінії всередині стрічок, якими позиціонувався текст (функція Текст вздовж кривої).

Мал. 3. Тривимірна модель стрічки у Delcam ArtCAM JewelSmith

Побудова герба уряду Санкт-Петербурга

Герб уряду Санкт-Петербурга щодо складний і багаторівневий, у зв'язку з цим його зображення було розбито на кілька фрагментів: герб міста та корона, стрічка, держави з орлами, робота над якими йшла окремо. На першому етапі за ескізом було створено векторний малюнок усієї композиції. Як 3D-моделі герба і корони використовувалися файли, що є в архівній базі, і побудова даних фрагментів звелося до їх компонування та масштабування до потрібного розміру (рис. 4).

Мал. 4. Тривимірна модель елементів герба в ArtCAM JewelSmith

На наступному етапі було створено 3D-модель стрічки. Нами була спроба створення за плоскими векторами малюнка об'ємної моделі за допомогою базових операцій з рельєфом (рис. 5), але задовільна плавність перегинів стрічки і прямих її ділянок все ж таки не була досягнута. Для вирішення даної задачівекторам було створено 3D-модель стрічки без перегинів, тобто лінійні ділянки стрічки перебували різних висотах. Дана модель була збільшена в 40 разів і вирізана в модельному воску (рис. 6) на верстаті Roland EGX-300 (як інструменти застосовувалися сферичні фрези діаметром 2,0 і 0,8 мм).

Мал. 5. Етапи роботи над створенням 3D-моделі стрічки у Delcam ArtCAM JewelSmith

Мал. 6. Воскова модель стрічки, виготовлена на верстаті Roland EGX-300

Воскова модель стрічки була доопрацьована з одного боку скульптором для досягнення максимальної реалістичності та переведена в цифровий формат за допомогою контактного сканера з чутливим п'єзодатчиком Roland Pix-4 з кроком сканування 0,1 мм по осях X та Y.

Отримана таким чином 3D-модель була відображена дзеркально в площині Y-Z і відмасштабована до потрібних розмірів. Усередині стрічок було сформовано борти під холодну емаль. Отриману модель поєднали з гербом та короною. До них були добудовані відсутні фрагменти: держава та орли. При створенні держав застосовувалися стандартні операції з рельєфом, а 3D-моделі орлів було взято з бази даних моделей системи ArtCAM JewelSmith (рис. 7).

Мал. 7. Завершена 3D-модель герба в ArtCAM JewelSmith

Потім для отримання фотореалістичного зображення нагородного знака та узгодження його із замовником усі три елементи композиції були об'єднані (рис. 8).

Мал. 8. Завершена 3D-модель нагородного знака у Delcam ArtCAM JewelSmith

Воскові моделі всіх трьох елементів знака були виготовлені окремо (рис. 9 та 10). Обробка здійснювалася на фрезерному верстаті Roland MDX-40 із застосуванням поворотної осі.

Мал. 9. Готовий виливок герба без доопрацювання

Мал. 10. Готовий виливок хреста без доопрацювання

В результаті, завдяки використанню комп'ютерного проектування та обробці на верстаті з ЧПУ, вдалося досягти високої якості виробу та виготовити його у найкоротші терміни (рис. 11). Цілий ряд елементів виробу, таких як написи, текстура та дрібні деталі герба, створити вручну, без застосування сучасних комп'ютерних технологій, було б дуже важко.

Мал. 11. Готовий виріб "Нагородний знак уряду Санкт-Петербурга"

Проект атрибутики авіакомпанії ROSSIYA

Замовником перед нами було поставлено завдання розробити ескіз та у найкоротші терміни виготовити елементи форменого одягу для співробітників авіакомпанії ROSSIYA (рис. 12).

Мал. 12. Ескізи елементів кітеля авіаційної компанії ROSSIYA: тулія на кашкет, кокарда, знак бортпровідника та пілота, гудзики кітеля

Знак пілота та бортпровідника: побудова крил

Знак пілота був розділений нами на два конструктивні фрагменти: крила та центральний елемент з логотипом.

На першому етапі побудови 3D-моделі (рис. 13) було сформовано загальний профіль крила, який надалі був розбитий на фрагменти.

Мал. 13. Вектор ескіз елементів пілота знак.

Далі за векторним малюнком художника були сформовані напрямні для фрагментів крила і за допомогою функції витягування по двох напрямних сформовані об'ємні профілі (рис. 14).

Мал. 14. Етапи створення тривимірної моделі елементів знака пілота

Для створення потрібної форми профілі надалі були об'єднані в один шар та обрізані за габаритами крила (рис. 15).

Мал. 15. Етапи створення тривимірної моделі елементів знака пілота

Формування другого крилау системі ArtCAM JewelSmith не склало труднощів: оскільки композиція має вісь симетрії, даний фрагмент був дзеркально скопійований.

Сполучна перемичка між крилами була сформована так само, як і профіль крил, за допомогою функції витягування по двох напрямних.

Знак пілота та бортпровідника: побудова центрального елемента з логотипом

За векторним ескізом художника була сформована опукла підкладка центрального елемента, а потім створено об'ємний логотип з використанням функції Редактор форми. Пізніше елементи були об'єднані та скомпоновані з крилами.

Для зменшення ваги виробу було вирішено зробити вибірку на звороті знака. Для цього у 3D-моделі ми сформували зворотний бік за допомогою функції Змістити комбінований у зворотний та отриману поверхню поєднали з лицьовою (рис. 16).

Мал. 16. Зворотний бік знака пілота

Оскільки знак бортпровідника (рис. 17) містить самі елементи, як і знак пілота, побудова його зводилося до коригування розміру рельєфу крила і центрального елемента, створених раніше. Таким чином, система ArtCAM JewelSmith дозволила нам, створивши базові елементи, в найкоротші терміни отримати цілу низку різних моделей, по-новому компонуючи і масштабуючи повторювану геометрію, заощаджуючи час і зберігаючи якість.

Мал. 17. 3D-модель знак провідника

Процес побудови туллі на кашкет був схожий на процес створення знака пілота. За векторним малюнком художника були сформовані напрямні пір'я крила, якими надалі був протягнутий і за заданою формою відтятий профіль. Друге крило було дзеркально скопійоване у площині Y-Z. Центральний елемент («пропелер») був сформований за векторами з використанням функцій Створити похилийплощину та редактор форми (рис. 18).

Мал. 18. Тривимірна модель туллі

Для створення більш реалістичного та деталізованого рельєфу вінка в кокарді було здійснено такі операції. За ескізом художника скульптор виліпив праву частину вінка у великому масштабі. Виготовлений збільшений прототип був відсканований за допомогою контактного сканера з чутливим п'єзодатчиком Roland Pix-4 з кроком сканування 0,1 мм по осях X та Y. у системі ArtCAM JewelSmith були згладжені шорсткості та нерівності) та масштабований до потрібного розміру (рис. 19).

Мал. 19. Зображення відсканованої та відредагованої моделі вінка

Побудова центру кокарди була схожа на побудову центрального елемента з логотипом для знака бортпровідника. Спочатку за векторним малюнком була сформована опукла підкладка, а потім за допомогою функції Редактор форми було додано об'ємний логотип.

Для зменшення ваги виробу було зроблено вибірку зі зворотного боку моделі. Для формування вигнутості (пуклування) до лицьового та зворотного рельєфу було додано фрагмент у вигляді лінзи. Після поєднання поверхонь тривимірна модель кокарди набула необхідної форми (рис. 20).

Мал. 20. Завершена 3D-модель кокарди

Декоративні елементи козирка кашкета

Мал. 21. Сканований фрагмент вінка

Мал. 22. 3D-модель вінка

Ґудзики кітеля

Побудова даного елемента кітеля не викликала жодних труднощів і була виконана на основі базових рельєфів, раніше створених для інших декоративних елементів.

Виробництво виробів

Усеелементи фурнітури форми співробітників авіакомпанії ROSSIYA були виготовлені з модельного воску та переведені на зразки (рис. 23). Підготовка програм, що управляють, здійснювалася в системі ArtCAM JewelSmith. Обробка виконувалася на фрезерному верстаті Roland MDX-40 із застосуванням поворотної осі для двосторонньої обробки.

Мал. 23. Готові вироби. Фурнітура форменого одягу співробітників авіакомпанії ROSSIYA

Застосування системи ArtCAM JewelSmith, а також скануючого та металообробного обладнання Roland дозволило у найкоротші терміни спроектувати, погодити із замовником та підготувати до виробництва високоякісні вироби. Використання комп'ютерної системи в процесі моделювання дало можливість заощадити багато часу при створенні однотипних виробів і виробів з елементами дизайну, що повторюються. Створення написів та елементів правильної геометричної форми (саме ці елементи викликають найбільше проблем при ручному виготовленні майстер-моделей) при застосуванні комп'ютерного проектування зводиться до найпростіших операцій. Також система ArtCAM дозволяє гнучко підходити до процесу проектування та використовувати під час створення моделей як ескізи, створені художниками на аркуші паперу, так і дані сканування прототипів, виконаних скульптором. Цей та інший функціонал системи дає можливість створення та підготовки до виробництва художніх елементів та моделей з геометрією практично будь-якого ступеня складності.

Наведені приклади реально виконаними проектами.