Текст книги "Информационные технологии в реставрации архитектурного наследия"

5. Цифровые технологии исследования объектов культурного наследия. 3d-моделирование-макетирование

3D-моделирование-макетирование – технология создания точной копии объекта при помощи 3 D-принтера. 3 D-принтеры делятся на принтеры выливающие или распыляющие и спекающие или склеивающие различные материалы.

3D-принтеры выливающие или распыляющие FDM (fused deposition modeling) (рис. 19) – принтеры, которые выливают различный материал слой за слоем через сопло-дозатор (принтеры Stratasys, различные кулинарные, медицинские принтеры).

Технология Polyjet (рис. 20) была изобретена израильской компанией Objet в 2000 г. (в 2012 г. куплена компанией Stratasys). Суть технологии: фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемого девайса под воздействием УФ-излучения. Важной особенностью, отличающей Polyjet от стереолитографии, является возможность печати различными материалами.

Преимущества:

• толщина слоя до 16 мк;

• быстрая печать (т. к. жидкость можно наносить очень быстро).

Недостаток: печать только с использованием фотополимера – узкоспециализированного, дорогого пластика, как правило, чувствительного к УФ и достаточно хрупкого.

Применение: промышленное прототипирование и медицина.

Рис. 19. Пример FDM принтера

Рис. 20. Пример Polyjet принтера

LENS (laser engineered net shaping) (рис. 21). Материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера, мгновенно спекается и слой за слоем формирует трёхмерную деталь. До появления этой технологии печатать можно было только объекты из пластика, а с помощью данного принтера можно смешивать порошки различных материалов, получать сплавы и печатать стальные и титановые объекты.

Производитель оборудования: Optomec.

Применение: например, титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения.

LOM (laminated object manufacturing) (рис. 22). Укладывается тонкий ламинированный лист материала, который вырезается по контуру объекта с помощью ножа или лазера. Таким образом получается один слой, на него укладывается следующий лист и т. д. После этого все листы прессуются или спекаются. Возможна печать 3D-модели из бумаги, пластика или алюминия. Для печати моделей из алюминия используется тонкая алюминиевая фольга, которая вырезается по контуру слой за слоем и затем спекается с помощью ультразвуковой вибрации.

Рис. 21. Пример LENS принтера

Рис. 22. Пример LOM принтера

3D-принтеры спекающие или склеивающие различные материалы SL (Stereolithography – стереолитография) (рис. 23). Есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется. После того, как один слой готов, платформа с деталью опускается, жидкий полимер заполняет пустоту, далее запекается следующий слой и т. д. Иногда происходит наоборот: платформа с деталью поднимается вверх, а лазер расположен снизу. После печати таким методом требуется постобработка объекта – удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют. В зависимости от необходимых свойств конечного объекта, модель запекают в ультрафиолетовых духовках.

Преимущества:

• быстро и точно (до 10 мк);

• для спекания фотополимера достаточно лазера от Blu-ray проигрывателя, благодаря чему на рынке появляются дешёвые и при этом точные принтеры, работающие по такой технологии.

LS (laser sintering – лазерное спекание) (рис. 24). Технология похожа на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером.

Преимущества:

• менее вероятно, что деталь сломается в процессе печати, т. к. сам порошок выступает надёжной поддержкой;

• материалы в порошковой форме довольно легко найти в продаже, в т. ч. это может быть бронза, сталь, нейлон, титан.

Недостатки:

• поверхность получается пористая;

• некоторые порошки взрывоопасны, поэтому должны храниться в камерах, заполненных азотом;

• спекание происходит при высоких температурах, поэтому готовые детали долго остывают (в зависимости от размера и толщины слоёв, некоторые предметы могут остывать до одного дня).

Рис. 23. Пример стереолитографии

Рис. 24. Пример лазерного спекания

3DP (three dimensional printing) (рис. 25). Технология была изобретена в 1980 г. в MIT студентом Paul Williams и продана в несколько коммерческих организаций, одна из которых – zCorp (в настоящее время поглощена 3D Systems). На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка и т. д. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс).

Преимущества:

• т. к. используется клей, в него можно добавить краску и печатать цветные объекты;

• технология относительно дешёвая и энергоэффективная;

• можно использовать в условиях дома или офиса;

• можно использовать порошок стекла, костный порошок, переработанную резину, бронзу и даже древесные опилки; используя похожую технологию, можно печатать съедобные объекты, например, из сахара или шоколадного порошка – порошок склеивается специальным пищевым клеем, в клей может добавляться краситель и ароматизатор (как пример, новые 3 D-принтеры от компании 3D Systems, которые были продемонстрированы на CES-2014 – ChefJet и ChefJet Pro).

Недостатки:

• на выходе получается достаточно грубая поверхность, с невысоким разрешением (≈ 100 мк);

• материал нужно подвергать постобработке (запекать), чтобы придать ему необходимые свойства.

Рис. 25. Пример 3DP принтера

3D-принтеры используют в реставрации объектов культурного наследия при создании демонстрационных макетов, точных копий фрагментов исторических объектов (рис. 26, 27).

Рис. 26. Пример макета объекта культурного наследия, созданного 3D-принтером

Рис. 27. Высокоточные образцы барельефов ворот Флорентийского баптистерия для производства бронзовых копий элементов оригинальных ворот

6. Цифровые технологии исследования объектов культурного наследия. 3D-сканирование

3D-сканирование – технология оцифровки объекта при помощи лазерного дальномера, георадара, фотограмметрии и специального программного обеспечения для сканирования.

Трёхмерный лазерный сканер при помощи лазерного дальномера вычисляет расстояние до объекта и измеряет вертика

...

конец ознакомительного фрагмента