технологические приемы получения точных копий природных
advertisement
ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов УДК 621.74.045 © И.Г.Добрынина ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЧНЫХ КОПИЙ ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В ДИЗАЙНЕ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Аннотация Рассмотрены способы получения копий природных объектов в металле методами 3dмоделирования, гальванопластики, литья на основе природных растительных материалов и литья по выплавляемым моделям с использованием резиновых пресс-форм. Показаны возможности каждой из технологий, описаны процессы изготовления изделий, особенности выбора технологии, исходя из материала оригинала. Ключевые слова 3d-моделирование; литье; копии; природные модели; пресс-формы; выплавляемые модели © I. Dobrynina TECHNOLOGICAL METHODS OF MAKING REPLICAS OF NATURAL OBJECTS IN THE DESIGN OF JEWELRY Annotation Ways of obtaining metal copies of natural objects by the 3D-modeling methods, galvanoplasty, molding on natural models and molding on the melted models with use of rubber compression molds are considered. Possibilities of each of technologies are shown, processes of production of products, features of a choice of technology, proceeding from original material are described. Keywords 3d-modeling; casting; replica; natural models; transfer mould; investment casting 17 ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов К сегодняшнему дню сформировался большой арсенал технологий изготовления ювелирных изделий, среди которых с давних времен особое место занимают технологии, позволяющие полностью воспроизводить форму природных объектов. Это литье по природным флористическим моделям; метод использования резиновых пресс-форм для тиражирования восковых моделей; 3D моделирование и гальванопластика. Наиболее современной является технология 3D-моделирования с последующим прототипированием в материале. Для создания компьютерной 3D-модели ювелирного изделия используются такие программы как Rhinoceros, Matrix, 3Design, ArtCAM Jewelsmith и другие [1, 2]. Насколько качественными, эстетичными и, в случае моделирования какого-либо существующего объекта, похожими на оригинал получатся 3D модели – зависит только от навыков дизайнера. Но, в любом случае, повторить созданное природой очень сложно, поэтому ювелирных изделий с не стилизованными флористическими элементами очень мало, а спроектированных с помощью 3D-программ практически нет. Для использования в ювелирном деле рассматривались листья и соцветия растений, кедровые и сосновые шишки, орехи, фрукты, сухофрукты, насекомые и минералы. Все они имеют достаточно сложный рельеф и определенную, очень интересную и ценную для дизайна, структуру поверхности, которые далеко не всегда возможно передать, смоделировав природный объект. Так, например, автор одной из работ [3], на основе законов формообразования в живой природе создает 3D модели изделий с ветвящимися узорами (рисунок 1). Получаемые таким образом модели ветвящихся узоров можно редактировать средствами компьютерной графики для достижения желаемого результата при разработке дизайна изделий флористической направленности. Рисунок 1- 3D-модель подвеса с ветвящимися узорами [3] Для того чтобы воссоздать какой-либо уже существующий, в том числе природный объект, можно воспользоваться 3D-сканером - устройством, анализирующим физический объект и на основе полученных данных создающим его 3D-модель. Полученные таким обра- 18 ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов зом 3D-модели могут быть обработаны средствами САПР и, в дальнейшем, воссозданы в материале средствами фрезерования или печати на 3D-принтере. Существующие на сегодняшний день технологии 3D-сканирования можно разделить на контактные и бесконтактные, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. К контактным 3D-сканерам относятся устройства, работающие по принципу обводки контура посредством сенсора, с помощью которого в компьютер передаются координаты выбранных оператором точек поверхности сканируемого объекта. В большинстве случаев после такой оцифровки требуется довольно трудоемкая доработка 3D-модели в редакторе, так как способ не передает мелких деталей, а так же возникают неточности в связи с тем, что оцифровка происходит «вручную». В бесконтактных сканерах используется более сложная лазерная технология, недостатком которой является высокая стоимость оборудования и невозможность напрямую управлять процессом сканирования. Получаемая 3D-модель очень сложна и содержит избыточную информацию о координатах, с которыми зачастую отказываются корректно работать 3D-пакеты [4]. Предназначенные специально для работы с ювелирными изделиями, 3D-сканеры, имеют разрешение 10-20 мкм или от 1 до 5 мегапикселей на один объект. Наиболее точной технологией для воспроизведения особенностей природных объектов является литье по выжигаемым моделям, при котором в качестве моделей выступают определённым образом подготовленные соцветия и листья [5]. Для этого они 2-3 дня вымачиваются в растворе глицерина (одна часть глицерина на две части воды) и покрываются для начала со всех сторон слоем аэрозольной акриловой краски, а затем с обратной стороны модельным составом для придания большей жесткости модели и увеличения толщины будущей отливки. Если не наносить утолщающий слой, то будут возникать нежелательные дефекты, такие как непроливы тонких участков, хрупкость и ломкость отливки. После подготовки флористической модели, она устанавливается в опоку, которая заполняется формовочной массой согласно стандартному методу литья ювелирных изделий по выплавляемым моделям эстрих-процессом. Для лучшего выгорания органического материала следует увеличить время обжига литейных форм при максимальной температуре. А для уменьшения зольности можно крепить сверху модели небольшие прибыли для того чтобы во время заливки металла в форму вся оставшаяся в ней зола собиралась в одном месте и не портила качество отливки. Такой способ получения природных элементов ювелирных изделий пригоден для моделей, не обладающих повышенной зольностью, в противном случае на отливках будет наблюдаться большое количество дефектов. Хорошие результаты показывают такие модели как листья 19 ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов вишни, папоротника, клубники, смородины, цветы карликового георгина (рисунок 2), ветреницы лесной и другие [6]. Рисунок 2- Подвес из латуни, выполненный методом литья по природной модели карликового георгина Третий способ получения копий природного материала – метод тиражирования выплавляемых моделей с помощью резиновых пресс-форм [7]. Материалы для резиновых пресс-форм можно разделить на три группы: вулканизационные резины, двухкомпонентные холоднотвердеющие резины и жидкие двухкомпонентные безусадочные резины. Выбор резины зависит от характеристик материала мастер-модели, с которой будет изготавливаться копия. Вулканизационные резины подходят для моделей из твердых материалов, стойких к повышенным температурам и давлению. Существует низкотемпературная разновидность вулканизационной резины, которой достаточно 71-88С˚, но ей также необходимо и давление, поэтому её можно использовать для прочных моделей из металлов, глины, керамики, пластика, и подобных материалов. Холоднотвердеющая резина имеет консистенцию, похожую на пластилин и подходит для мастер-моделей из любых относительно прочных материалов. С помощью двухкомпонентной жидкой безусадочной резины можно делать копии в модельном составе практически с любого материала, который не содержит большого количества влаги (при взаимодействии жидкой резины с влагой она может не затвердеть). В качестве мастер-моделей могут использоваться хрупкие и недолговечные материалы, обладающие внешней привлекательностью, но в силу своих свойств не пригодные для использования в ювелирном деле. Так, с использованием данного метода в качестве экспериментальных образцов были изготовлены выплавляемые модели и отливки в металле коралла, кедровой шишки и жуканосорога. Для того чтобы жидкая резина не проникла в пористую поверхность коралла, он был покрыт тонким слоем лака. Затем к нему был прикреплен литник, и готовая модель ус- 20 ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов тановлена в форму. Шишка была покрыта слоем аэрозольной акриловой краски для того чтобы выступившая на её поверхности смола не пристала к пресс-форме. Поскольку не было необходимости отливать шишку целиком, что привело бы к увеличению её массы в несколько раз, было принято решение выполнить лишь внешнюю сторону изделия с пустотелой внутренней частью. Для этого шишка была закреплена в рамке таким образом, чтобы заливаемая резина покрывала её только наполовину. Тонкие лапки жука-носорога были приклеены к его туловищу, чтобы через них проливался расплавленный модельный состав, к жуку прикреплен литник и готовая модель помещена в рамку для заливки жидкой резиной. Затем резина была перемешана с катализатором в соотношении 10 к 1 и залита в подготовленные формы с моделями. После затвердевания резины, она заполнялась модельным составом. Пресс-формы для коралла и жука-носорога (рисунок 3) заполнялись стандартным способом с помощью воскового инжектора. В форму с шишкой расплавленный воск заливался с избытком, заполняя её целиком. После того как стенки модели прилегающие к пресс-форме затвердевали, излишки воска сливались и формировалась пустотелая модель (рисунок 4). а) б) Рисунок 3 - Жук-носорог, выполненный в модельном составе: а) – модель; б) – модель в половине пресс-формы Рисунок 4 - Пресс-форма, заполненная расплавленным воском 21 ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов По данной технологии были изготовлены подвесы из латуни и серебра в виде кораллов и кедровой шишки (рисунок5). а) б) Рисунок 5 - Подвесы: а) – кораллы (латунь, серебро); б) – кедровая шишка (серебро) Помимо рассмотренных в работе природных объектов в ювелирном деле можно использовать и другие, например: различные приправы (гвоздика, бадьян, ваниль), сухофрукты, различные высушенные насекомые (скорпионы, кузнечики, мадагаскарские тараканы) и морские обитатели (морские коньки, ежи-рыбы, морские звезды, панцири красноухих черепах), ветки растений, кристаллы и многое другое. В каждом отдельном случае технологические приемы могут слегка варьироваться, однако, конечный результат, направленный на сохранение текстурно-структурных особенностей материала, будет неизменным. Ещё одной достаточно удачной ювелирной технологией создания копий любых изделий или природных объектов является гальванопластика. По этой технологии, вначале изготавливают форму из пластилина или расплавленного модельного состава, к которой крепят контакты из провода небольшой толщины так, чтобы оголенные провода немного выглядывали. После чего объект, который необходимо скопировать, покрывают мыльным раствором и вдавливают до середины в форму. Затем его аккуратно вынимают, а форму промывают и сушат. Оставшийся слепок покрывают токопроводящим слоем. Это может быть графитовая пудра или бронзовая пудра и двухлористое олово. Последнее можно изготовить растворением олова в соляной кислоте. При прохождении тока, плотностью от 0,5 до 1,5 А/дм2 происходит электролиз раствора сернокислой меди, в результате на катоде осаждается чистая медь. На 1 литр электролита для меднения потребуется 250 г сернокислой меди (медного купороса), 15-18г серной кислоты и вода [8]. После отложения в форме слоя меди необходимой толщины, его вынимают и приступают к изготовлению второй половины модели, после чего 22 ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов их спаивают. Если нет необходимости получения именно копии объекта, можно воспользоваться методом гальваники. В этом случае слой металла наносят непосредственно на поверхность того объекта, который в дальнейшем станет частью ювелирного изделия. На него так же наносят токопроводящий слой, опускают в электролит и подают ток. Минусами этого метода являются сглаживание рельефа поверхности и наличие внутри изделия органического материала. Таким образом, можно сделать вывод, что все существующие на сегодняшний день технологии создания ювелирных изделий с точными копиями природных объектов имеют определенные недостатки. Используя технологии 3D-моделирования сложно передать структуру и фактуру поверхности природного объекта. При оцифровке поверхности флористического объекта с помощью специального 3D-сканера достаточно сложный природный рельеф будет обладать огромным количеством точек, в связи с этим модель получится малопригодной для дальнейшей работы и потребует оптимизации. При литье по природным выжигаемым моделям возникают дефекты отливок при использовании в качестве моделей природного материала с повышенной зольностью. Использование резиновых пресс-форм для создания выплавляемых моделей природных форм позволяет создавать копии только с материалов, обладающих достаточной прочностью. А при использовании гальванопластики рельеф природного объекта сглаживается за счет нанесения на поверхность металлического покрытия. В связи с этим продолжает оставаться актуальным поиск новых технологий, которые позволяли бы создавать бездефектные точные копии разнообразных природных объектов. Библиографический список 1. Луговой, В.П. Технология ювелирного производства: учеб. пособие / В.П.Луговой. – Минск: Новое издание; М.: ИНФРА-М, 2013. – 526 с. [2] л. ил. 2. Семенихин Д.В. Применение систем Линденмайера в разработке дизайна юве- лирных изделий // Д.В. Семенихин, Н.Е. Мильчакова. Дизайн. Теория и практика. 2014, № 16. С. 52-62 3. Семенихин Д.В. Система проектирования ветвящихся узоров для разработки дизайна изделий / Д.В. Семенихин. Диссертация на соискание учёной степени к.т.н. Москва, МГУПИ. 2015 г.; 100 стр. 4. Коржов Е.Г. Бесконтактное измерение формы объекта – основа обратного ин- жиниринга и новая технология для реставрации и создания копии скульптурных объектов // Е.Г. Коржов. Дизайн. Теория и практика. 2010 г. №4. С. 1-23. 23 ВЫПУСК 22 30.11.2015 2079-8121 РЕЦЕНЗИРУЕМОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ СЕТЕВОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ «ДИЗАЙН. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА» Технологии художественной обработки материалов 5. Хрущёва И.Г. Эксперименты по технологии отливок для дизайна ювелирных изделий на базе природных цветов и листьев // И.Г. Хрущёва, Р.М. Лобацкая. Дизайн. Теория и практика. 2012 г. №9. С. 77-87. 6. Хрущёва И.Г. Создание ювелирных изделий способом вакуумного литья по природным моделям // И.Г. Хрущёва, Р.М. Лобацкая. Труды академии технической эстетики и дизайна. 2014 г. Т.2. №1. С. 36-43. 7. Александрова А.Ю. Использование технологии тиражирования восковых мо- делей для создания ювелирных изделий природных форм // А.Ю. Александрова, А.С. Кордова, И.Г. Хрущёва. XVII Всероссийская научно-практическая конференция и смотр-конкурс творческих работ по направлению подготовки «Технология художественной обработки материалов»: Сборник научных трудов. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2015. С. 13-16. 8. Гальванопластика [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.anytech.narod.ru/galvano.htm Сведения об авторе Добрынина Ирина Геннадьевна Место работы и должность: Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет (ИрГТУ), институт недропользования, кафедра геммологии, доцент Ученое звание, степень: кандидат технических наук Рабочий адрес и тел.: Россия, 664074, г. Иркутск, Лермонтова, 83; тел.: (3952)405233 E-mail: xi05@mail.ru Author’s details Dobrynina Irina Employer and position: National Research Irkutsk State Technical University, Institute of natural resources, Department of gemmology, Associate Professor Academic status, degree: Candidate of Technical Sciences Work address and phone: ISTU, 83, Lermontov st., Irkutsk, Russia, 664074, ph.: (3952)405233 E-mail: xi05@mail.ru 24
