Не дизайн, но художественное конструирование

Все знают, а многие даже помнят, что такой профессии, как дизайнер, в СССР не существовало, а людей, проектировавших внешний вид промышленных товаров, называли художник-конструктор. Эта связка двух специалистов в одном до сих пор будоражит умы одним каверзным вопросом: так кого же в дизайнере больше, художника или инженера. Ответить на него весьма сложно хотя бы потому, что компетенции дизайнера не ограничиваются лишь этими двумя. Однако здесь мы рассмотрим пример проекта, к которому, в отличие от классического понимания деятельности промышленного дизайна,  именно термин «художественное конструирование» подходит как нельзя кстати.

 

КРАТКО О СУТИ

Эта история из 2018 года, когда к нам обратился клиент из города Тула с весьма своеобразной задачей. Компания "Тула Сад" занимается производством садовых фигур методом литья полимерного гипса в силиконовые формы. И вот, решив расширить рынок, он понимает, что нынешние темпы явно не будут удовлетворять объемы спроса, и с этим надо что-то решать. А именно, полностью заменить процесс изготовления методом, более подходящим к термину «промышленное производство». И методом тем оказалась выдувная экструзия полипропилена.

Ассортимент продукции заказчика

 

ЗАДАЧИ

Спецификой именно этой задачи, при всей кажущейся простоте, оказалась необходимость одновременно, и сохранить образ, который при всей своей геометрии никак не отвечал требованиям технологии выдувки, и сделать весьма технологичную деталь, которая вряд ли уже сможет быть столь же эмоционально выразительной при слепом соблюдении всех необходимых требований производства, как оригинал. При том, что оригиналом у нас было не абы что.

Волк – предмет разработки

Чтобы более подробно понять, какие именно проблемы стояли перед двумя девушками, решавшими этот ребус, следует пояснить три вещи: что представляет собой процесс выдувной экструзии, за счет чего в форме изделия формируется нужная эмоциональность, а также что представляет собой процесс инженерного 3D моделирования, и чем он сильно отличается от художественного. Теперь по порядку.

 

ТЕХНОЛОГИЯ

Технология раздува заготовки – та самая, которая вот уже десятки лет дает нам возможность наслаждаться любимыми напитками, заранее разлитыми в ПЭТ упаковки различного литража. Для изготовления бутылки используют так называемые преформы, заранее отлитые ПЭТ заготовки с уже заложенной в их конструкции резьбой для дальнейшей установки крышки.

Преформы – «эмбрионы» будущих бутылок

Изначально такая преформа выглядит как разожравшаяся пипетка. В бутылку же ее превращает выдувной автомат, который заполняет форму горячим воздухом под высоким давлением, за счет чего сама расширяется до пределов, ограниченных объемом стальной трехчастной матрицы.

Схема инжекционно-выдувного формования: 1 - пресс-форма; 2 - преформа; 3 - шток

Далее, как только заготовка принимает заданную форму, пресс форма размыкается, и изделие высвобождается, а цикл повторятся вновь. Весь процесс превращения заготовки в полноценную бутылку при таком методе занимает меньше одной минуты. Этот метод носит название инжекционно-выдувного формования (ИВ).

 

Пресс-форма, преформа и готовые 20L масляные бутылки

Однако далеко не всегда в производстве изделий методом выдувки используют преформы. Еще один метод, также основанный на раздуве изделия изнутри, предполагает непрерывную подачу рукава, эластичной предварительно разогретой трубной заготовки,  и нарекается экструзионным раздувом (ЭР). В данном случае две матрицы, смыкаясь, сначала зажимают  противоположный от канала подачи воздуха конец рукава, затем происходит выдувка, а уже после этого – смыкание и «запаивание» оставшегося свободного края, а также обрезка излишков.

Схема экструзионно-выдувного формования: 1 - пресс-форма; 2 - трубная головка; 3 - трубная заготовка

Этим способом делают, например, пластиковые бочки, баки. При этом всем больше всего знакомы полипропиленовые канистры.

Производство канистр методом ЭР

Так, чтобы наше изделие смогло быть изготовленным, нам необходимо учесть сразу несколько моментов:

- Форма изделия в области каждой из частей матриц не должна иметь отрицательных уклонов, не позволяющих ему высвободиться при размыкании этой самой матрицы.

- Линия разъема матриц в любом случае оставляет след на изделии, и при разработке формы это надо учесть, чтобы «шов» не оказался в итоге на самом видном месте

- Варианты выдувки из преформы или из рукава имеют свои особенности. В первом случае мы можем использовать  трехчастную матрицу, что дает нам возможность разработать более сложную с точки зрения общей геометрии форму. Однако в этом случае саму преформу также придется разрабатывать и производить отдельно. Кроме того, из-за особенности исходного состояния заготовки, детализация самой формы не будет сильно высокой. Этих проблем нет в технологии ЭР, однако в ней мы сильнее ограничены в свободе проектирования общей геометрии, так как должны обеспечить разъемность матриц строго в одном направлении.

Слева – священные требования по обеспечению уклонов, справа – неизгладимый след смыкания форм на изделии.

 

ОБРАЗ

Учитывая особые требования к эмоциональной составляющей подобных проектов, нельзя не обойти вниманием основные принципы, с помощью которых художник добивается нужного эффекта в облике промышленного изделия. И отличительной особенностью от дизайна здесь является характер самой формы, которая просто не может иметь хоть сколько-нибудь геометричности в своей основе. Отсюда все принципы симметрии, «правильных» сопряжений и единой плоскости вида сразу можно исключить, пусть даже это и неплохо бы помогло с точки зрения конструирования технологичной детали.

Особые требования к разработке именно образа при этом предъявлял и сам персонаж, волк. Персонаж достаточно вольный в своей позе, выразительный в мимике. Именно поэтому, понимая, что вопрос о том, переделывать или нет, не стоит, было полное понимание того, с какой серьезностью необходимо уделять внимание всем деталям, способным либо выявить, либо окончательно погубить образ при его перепроектировании. И все это было необходимо сделать в достаточно жестких рамках ограничений, описанных выше.

Профессиональный вызов – эмоциональный вызов

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ

Особенностью и отличием 3D моделирования под требования промышленного производства являются тип геометрии и формат передачи данных. Самый распространенный стандарт, используемый большинством промышленных предприятий, solid моделирование, предполагает работу со сшитыми из отдельных протяженных поверхностей в единый объем трехмерными объектами. Описанные за цело математическими формулами, такие поверхности представляют собой что-то наподобие трехмерной карты обработки заготовки для станков с ЧПУ. При этом же, инструментарий по работе с подобными объектами, «заточенный» исключительно под инженерку, не предполагает широких возможностей их пластической модификации.

SOLID моделирование (из архива проектов «иННов дизайн»)

Именно этот факт в свое время определил появление технологии NURBS, неоднородных рациональных сплайнов Безье, позволяющей формировать кривизну отдельных поверхностей не только путем простых операций по обрезке и сшивке, а используя при их построении сетки кривых. Однако, имея более широкие возможности по работе с отдельными объектами, оставаясь все той же «инженерной» технологией, она предполагала, в первую очередь, создание геометрии, строящейся под изготовление деталей, а значит и предполагающих  хоть и более сложную, чем в солидах, но все еще именно «технически рациональную» кривизну.

Модель, построенная по технологии NURBS (из архива проектов «иННов дизайн»)

В тоже время технология, способная полностью решить все задачи по построению сложной «живой» бионической формы, полигональное моделирование, настолько же полностью не пригодна для реализации машинным методом. Так как в отличие от тех же solid и NURBS, даже сами отдельные поверхности в ней разбиваются на микро плоскости, которые, соединяясь под разным углом, и формируют уже именно видимость необходимой нам кривизны.

Полигональная модель другого «хищника» (скрин из интернета)

Таким образом, еще одной острой проблемой, вставшей перед разработчиками, стало то, каким методом реализовать в модели то, что будет нарисовано художником, пусть даже с соблюдением всех технологических норм, но при этом же на основе сложных, бионических мотивов.

Распространенные методы 3D моделирования

 

РЕШЕНИЕ

Здесь сразу стоит отметить, что наши спецы оказались далеко не первыми, кто приступал к решению этой задачи. И за энное время до этого некое количество фрилансеров от «дисигна» снова умудрились доказать, что проектирование в нашей сфере – это не просто «картинки в трыдемаксе рисовать», чем едва не обратили людей в веру о том, что российский промышленный дизайн скорее мертв, чем жив.

Кто-то потратил много времени на построение полигональной модели, а зря.

Видимо, именно поэтому при обращении к нам клиент раз семь буквально по слогам повторил, что ему надо не просто модель, а модель под конкретный метод производства. И далее, дабы убедить его в том, что мы действительно знаем, что мы делаем, была обрисована подробная методологическая карта выполнения проекта, с отдельным обозначением всех очевидных и не очень рисков на всех этапах. И если коротко, то суть этой схемы заключалась в следующем.

1. Для начала нашим спецам было необходимо детально изучить исходный прототип с точки зрения именно его образности. Сначала по фотографиям живого изделия, а после и по специально предоставленному «живому» образцу были изучены все объемы и их пропорции, линии, их кривизна и направление развития. В общей форме рассматривалось влияние на восприятие поворотов и наклонов отдельных элементов формы – частей головы и туловища, изгибов. Выявлялись их крайние пределы, определяющие степень соответствия восприятия первоначальному образу. Специально для того, чтобы понять, чем мы имеем право жертвовать во имя технологичности, а с чем нам придется смириться, чтобы уже после ломать голову на тем, как решать эту задачу с точки зрения технологии.

Такой типаж…

По итогу этого короткого анализа было выявлено, что основными характерными элементами образа остаются пропорциональные отношения головы и туловища. За манерность в большей степени отвечает изгиб туловища в купе с выпученным вперед животом. При этом наклон и поворот головы не обязаны принимать экстремальные значения, а должны лишь отличаться от строгой постановки в осях. Отдельного внимания заслуживали уши и нос, которые чисто технологически просились статься плоско-приземистыми, чтобы обеспечить разъемность самой простой пресс-формы. Но с прилизанными ушами волк уже больше походил на породистую собачку, а с изящным «анатомичным» носиком и вовсе перетекал по образу в сторону гламурных, однако, при своеобразном брюшке, сильно потерявших форму диснеевских мульт героев.

Лапы, что нижние, что верхние, «работали» в большей степени задним фоном и органично дополняли образ, даже будучи фактически прижатыми к туловищу. И здесь, дабы оправдать расхождение в этой части с оригиналом, показательно оттопыривающим локти в стороны, образ был дополнен сосиской, лениво прижимаемой к уже набитому пузу.

Один из первых поисковых эскизов

2. Для обеспечения технологичности производства еще на этапе эскиза было необходимо добиться понимания того, сколько частей формы, в каких плоскостях и с какими линиями разъема будут формировать объем нашей фигуры при выдувке. И здесь сразу же вспомнились уши и нос, с сохранением которых мы просто не могли обойтись без третьей подвижной части матрицы, если только не исполнять раздвижными с поворотом вверх первые две. Такое бывает при изготовлении канистр с утопленной вверху ручкой. Потому далее линию разъема, образующую верх формы головы было решено «пустить» по границе верхней губы, специально для этого «вывернутой» немного вверх, что, кстати, также добавило нашему герою немного «наглости», и далее по верхним контурам ушей и по затылку. Линия разъема основной части, с туловищем, проходила по середине живота и спины. Хвост при этом загибался ровно так, чтобы не давать в форме отрицательных уклонов, и при этом выглядеть естественно чисто анатомически. В дальнейшем от линий разъемов уточнялась кривизна всех элементов во всех частях в соответствии с актуальными им направлениями разъема форм. Для того, чтобы сложить в представлении заказчика все эти нюансы в единую читаемую схему, ответственный за первые два этапа художник и ученик нашей первой школы, Кира, обозначила в эскизах по форме сами линии разъема, а также отдельно показала направления разъемов форм и кривизну отдельных участков с помощью линий.

3. Далее за дело должна была вступиться всем уже давно знакомая многоуважаемая и достопочтенная Ирина Игоревна. Ибо, не изучи она специально для этого проекта до того мало знакомую ей лишь по слухам технологию SUBDIVE моделирования, и наш волк, реализованный посредством NURBS, более походил бы или на робота из фильма «Аксель», или на нашу змейку от далекого уже 2014-го года.

Наша старая змейка и робот Аксель, к которому мы, разумеется, не имеем никакого отношения.

Технология Subdive включала же в себя все необходимые для этого проекта возможности: сложное пластическое моделирование формы единой поверхностью непрерывной кривизны за счет модификации ее сетки, а также формирование единого замкнутого solid объема и корректную конвертацию в stp/igs для дальнейшего использования при изготовлении оснастки.

Графический тест на соответствие уклонов поверхности требованиям технологии

В итоге вся работа была выполнена менее, чем за месяц. В результате удалось получить модель изделия, полностью отвечающую как эстетическим, так и технологическим требованиям. На данный момент, насколько нам известно, завершается разработка конструкции пресс-формы для изделия, после чего ее будут ждать на производстве, где и начнется изготовление нашего героя. А пока что нам остается довольствоваться лишь его маленькой копией, напечатанной на FDM, а также отзывом наших довольных клиентов.

Макет готового изделия в миниатюре