Mastercam Art – в помощь искусству

Иво Липсте (ivo@colla.lv)

Нетрадиционные сферы применения CAM

То, что с помощью CAM-системы нынче можно сделать обработку деталей разной сложности, наверняка уже ни для кого не в диковинку. Однако, начиная разговор на эту тему, мы обычно представляем себе весьма типичный набор возможных деталей (корпусные детали, части пресс-форм и штампов, турбинные лопатки и многое другое), отличающихся сложностью и точностью изготовления. Как раз на такое применение и ориентируются традиционные пользователи CAM-систем.

Тем не менее, если более тщательно проанализировать перечень потенциальных задач, для решения которых имеет смысл привлекать оборудование с ЧПУ, можно увидеть, что внушительная их часть не совсем подходит под упомянутое классическое представление о применимости CAM-систем. Это, к примеру, касается такой области, как деревообработка, где наличие специализированных станков с программным управлением выводит качество и скорость обслуживания заказов на совершенно иной уровень. Это ювелирные и медальерные предприятия, производители игрушек, а также фирмы, которые занимаются оформительской деятельностью. Ну и, наконец, это многоуважаемые деятели искусств – скульпторы, гравёры, художники по металлу, резчики по дереву и т.д.

Если раньше художники предпочитали воздействовать на материал исключительно ручным инструментом, то с увеличением темпа жизни и ростом необходимости творить быстрее и в бoльших объемах, они тоже всерьез начинают обращать свои взоры на передовые технологии.

Некоторые зададутся вопросом – а при чем тут CAM-системы? Ответ простой – любая художественная идея должна как-то воплотиться в материале. Предположим, что художник создал великолепный (да, и такое случается) эскиз тончайшей резьбы по дереву большого размера – а что дальше? Негоже ведь гению стружку гнать... Традиционно, для черной работы использовался труд подмастерьев, а сам мастер подключался уже на стадии завершения, внося финальные художественные штрихи (как свидетельствует история искусств, иногда таким штрихом могла оказаться только подпись). Но в нынешнее время, когда минимальная почасовая оплата регулируется законодательно, держать толпу помощников становится накладно. Стоит серьезно подумать, а не поручить ли ремесленную часть работы машине, которая не пьет и не курит, работает быстрее, точнее и не требует надбавки к зарплате?

Если посмотреть на Запад, то можно увидеть, что заметная часть художников уже вовсю пользуется прелестями продвинутых технологий, не чувствуя себя при этом ущемленными в полете творческой мысли.

Реставрация по-итальянски

Рассмотрим поучительный пример итальянских мастеров. Не секрет, что памятники старины времён древних римлян пронесли сквозь века огромное количество рукотворных образов. Изящная лепка на фасадах строений и в интерьерах, неимоверное количество разных скульптур и барельефов, на которые могут часами любоваться толпы туристов. Но, к сожалению, время берет свое – "кислые" дожди и птичий помет постепенно разрушают камень и стирают древнюю историю.

Тем не менее, итальянцы не желают мириться с этим фактом. С присущим им задором и шармом, они превратили неравную битву со временем в высокотехнологичную индустрию. Её суть проста. С помощью сканирующих 3D-устройств создаются цифровые модели оригинальных скульптур и других художественных объектов (как правило, не снимая их с места). Далее художник на компьютере устраняет урон, нанесенный беспощадным временем, подправляя 3D-модель в меру своего разумения. После этого на станках с ЧПУ прямо из камня вытачивается "реставрированная" копия объекта, которая требует лишь небольшой ручной доводки. Созданный таким образом дубликат занимает место оригинала, а тот, в свою очередь, после некоторых восстановительных работ уходит на заслуженный отдых в качестве музейного экспоната.

Рис. 1

Из других, достаточно типичных примеров использования подобных решений, можно вспомнить ювелирное дело, изготовление медалей, памятных знаков и т.п.

Программные средства

Есть спрос – есть и предложение. Поэтому поговорим о программном обеспечении, которое ориентировано на подобные задачи. Первую часть методики компьютерной реставрации, то есть оцифровку объекта, получение из облака точек CAD-модели и её редактирование, мы здесь разбирать не будем – об этих технологиях журнал уже писал. Обратимся сразу к завершающей части, где однозначно не обойтись без использования средств CAM.

До недавнего времени в этом сегменте рынка царствовал пакет ArtCAM, предлагавший весьма неплохие средства для создания и обработки художественных рельефов. Но в последнее время у него появился серьезный конкурент в лице Mastercam Art.

Исторически, сферой интересов компании CNC Software, разработчика популярной CAM-системы Mastercam, всегда были традиционные области металлообработки. Однако, начиная с версии 8, она повела атаку и на рынок деревообработки, включив в набор модулей Mastercam продукт под названием Router. На сегодня этот продукт уже завоевал серьезные позиции на мировом рынке. Другой нетрадиционной областью интересов Mastercam стали средства создания и управления скульптурными поверхностями, которые практически не ограничивали бы художника при разработке сложнейших рельефов. Само собой разумеется, что это приложение содержит и средства формирования траекторий инструмента, в которых используются специальные стратегии, оптимальные для такого типа обработки.

Рис. 2

Функциональные возможности Mastercam Art

Раз уж речь зашла о новом продукте, стоит более подробно поговорить о предоставляемом им функционале. Поскольку тематика рассматривается околохудожественная, то трудность описания словами сильно возрастает. В этой связи наиболее уместным представляется предложить читателю что-то вроде комикса – пусть за себя говорят сами картинки, а на совести автора останутся лишь небольшие комментарии.

Основой получения рельефа является органическая поверхность, которая создается на базе управляющей геометрии. Управляющая геометрия может быть получена, например, из отсканированной картинки или фотографии.

После создания начального лоскута поверхности необходимого размера и выбора управляющей геометрии, пользователь может приступить к его формованию. Основным средством управления формой является меню параметров (рис. 2). Стоит отметить, что это меню позволяет управлять формой двояко: как задавая точные цифровые значения, так и на глаз.

Рис. 3

Из имеющихся в меню управления функций отметим следующие:

Возможность сохранения и последующего использования удачных наборов параметров.

Окно интуитивного управления формой выдавливания или обнижения. Профиль сечения можно корректировать, перемещая мышью точки управления. Там же можно создавать и собственные профили сечений.

Раздел "Application Style" позволяет указать, что делать с фрагментами рельефа и как их сочетать между собой – добавить, вычесть, пересечь, или сгладить формы. Применяя упомянутые методы, можно с одной и той же геометрии получить совершенно различные формы.

Приведу несколько примеров, иллюстрирующих возможности меню управления. Так, имея всего лишь нарисованный контур, за пару щелчков мышью можно получить симпатичного объемного муравья (рис. 3). При этом профиль сечения можно менять, изменяя форму кривой в окне Cross Section.

На рис. 4 показаны разные узоры, построенные на базе одного контура, с одним и тем же профилем сечения. Отличие заключается только в значениях параметра Application Style. Результат при этом, как мы видим, получается совершенно различный.

При построении этого узора в окне Application Style было установлено значение Add (добавить). Обратите внимание на возвышения в местах пересечения линий узора	Этот же узор, построенный в режиме Add-Cut (“добавить, прорезая”); высота элементов узора в местах пересечения не меняется
Для построения этого узора был выбран режим Blend (с переходом) – элементы узора теперь пересекаются на одинаковой высоте	В режиме Subtract (вычесть) узор получается не выпуклым, а вдавленным. При этом возможны все те же варианты, что и при создании выпуклого рельефа
Рис. 4

Как правило, пользователь имеет обыкновение в ходе творческого процесса менять свои идеи. Cистема, в которой он работает, не должна ограничивать полет художественной мысли. Следовательно, она должна обеспечивать возможность изменения предыдущих шагов построения. В системе Mastercam Art для этого существует так называемый Менеджер рельефов, где и "накапливается" вся последовательность действий (рис. 5). Там же предоставляется возможность доступа ко всем параметрам, определяющим форму рельефа и образующей геометрии.

Рис. 5

На следующей иллюстрации (рис. 6) поэтапно разбирается небольшой пример из руководства Mastercam Art. Примечательно, что методика построения дается как бы "в реальном времени" – то есть, поминутно.

Для векторизации рисунка понадобится около 5 минут, включая время на устранение некоторых типичных огрехов вручную	Примерно те же 5 минут необходимы художнику, чтобы создать основной рельеф пёсика
Вдвое больше, то есть 10 минут, уйдет на придание объема мордочке	Последнюю пятиминутку можно посвятить работе с завитками шерсти и другими мелкими деталями
Рис. 6

Расскажу немного о личных впечатлениях от продукта. Когда я в первый раз сел за Mastercam Art, мне понадобилось примерно два часа, чтобы пролистать документацию и в общих чертах представить возможности продукта, не совсем типичного для специалиста по классическим системам механообработки. Кроме того, я выполнил пару предлагаемых пошаговых примеров, чтобы приспособиться к инструментам управления. Как человека, привыкшего к ловле микронов в моделях, меня поразили легкость и изящество, с которыми творится рельеф, удивило, насколько гибко можно им управлять.

Естественно, поначалу я не поверил, что такого "барбоса", как на предлагаемых иллюстрациях, можно создать всего за какие-то полчаса. Поэтому сразу же после получения первых навыков, я решил взяться за собачку вплотную, причем "без шпаргалки". На всё это мне понадобился час времени. Хотелось приблизиться к оригиналу, поэтому пришлось потратить время и поиграть с высотами выдавливания. Для чистоты эксперимента повторил задачу снова – уже знакомое создание появилось на свет ровно через 31 минуту.

Итак, рельеф на компьютере создан, художник в восторге, но ведь это же еще надо отфрезеровать! Как известно, если предложить обработать подобные изящные формы традиционному технологу, владеющему какой-то CAM-системой, на это согласится лишь авантюрист (в хорошем смысле этого слова). При обработке моделей такого типа имеется ряд нюансов. С одной стороны здесь не требуется высокая точность. С другой стороны, если использовать классические CAM-средства, то на создание траекторий понадобится уйма времени, а поверхность изделия всё равно не будет достаточно гладкой.

Поэтому в Mastercam Art имеется целый ряд специальных средств и методов создания УП. Только основных специализированных стратегий насчитывается 14, при этом каждая имеет дополнительные варианты (рис. 7).

Рис. 7

Вопрос о специализированных стратегиях обработки в Mastercam Art чрезвычайно интересен и заслуживает отдельной статьи, которую, я надеюсь, смогу предложить читателям в ближайшем будущем. Попутно можно отметить, что довольно часто при работе с подобными задачами бывает необходимо наложить на гладкие поверхности шагрень – Mastercam Art может и это.