Технологии цифрового производства в архитектуре — фрезерная и лазерная резка, 3D-печать и 3D-сканирование

Этой статьей мы открываем серию публикаций, посвященных фабрикации (fabrication), цифровому производству или, другими словами, использованию ЧПУ-станков в архитектуре.

Что такое ЧПУ-станок?

ЧПУ-станки управляются с помощью компьютера в отличие от ручных станков.  ЧПУ (англ.: CNC) = Числовое Программное Обеспечение.

Для чего он может пригодиться?

Архитекторам ЧПУ-станки помогают в создании макетов, прототипов, мебели, элементов здания и элементов, использующихся в ходе строительства — опалубки и т.д

 

Лазерная резка (Laser cutting) | Лазерные станки с ЧПУ

Большинство лазерных станков с ЧПУ вырезает модель из плоского листа исходного материала в соответствии с чертежом.

 

Лазерная резка может идти очень быстро (если материал тонкий), резать можно различные материалы от бумаги и картона до пластика и фанеры. Так же есть лазеры, режущие металл. Важно уточнить какую толщину может прорезать лазер в вашем фаблабе. Можно делать гравировку, то есть не прорезать насквозь, а делать легкий видимый надрез.

Материал должен быть плоским, так как лазер имеет определенное фокусное расстояние, на котором он прорезает материал. Соответственно при искривлении фанеры может возникнуть ситуация, что лист не прорежется. Из других минусов лазерной резки – темные края, возможное вспучивание пластика в месте реза.

Что нужно для лазерных станков с ЧПУ, как идет процесс лазерной резки?

Формат файла для каждого лазера нужно уточнять отдельно. Обычно это .ai, .dwg или .cdr

Линии в зависимости от их типа (сплошные, пунктир) нужно разместить послойно по типам и сделать разного цвета. Некоторые организации требуют конкретные цвета для конктретных типов линий. Уточните это перед отправкой файла.

На видео ниже показаны возможности резки и возникающие проблемы (сгорание материала при очень тонких элементах)

 

Фрезеровка (cnc milling ) | Фрезерные станки

Фрезерные станки с ЧПУ вырезают модель, удаляя лишний материал с исходной формы.

Процесс фрезеровки показан на видео:

Чем отличаются фрезерные станки?

Во-первых, станки отличаются по материалу, который они обрабатывают. Так фрезер для мягких материалов (дерево, пластик) не предназначен для фрезировки металла и наоборот: фрезеры по металлу имеют встроенное жидкостное охлаждение и обработать им дерево не получится.

Пример фрезеровки металла

Во-вторых, станки отличаются по количеству осей подвижности (двух — восьмиосные). Многоосные фрезеры,  могут наклонять фрезу или перемещать/вращать модель. Это дает больше свободы в создании сложной геометрии, в частности, объектов с внутренними отверстиями. На видео ниже пример работы пятиосного станка.

Пример с восьмиосным роботом Kuka для полного счастья:

 

Ну и наконец, у фрезера есть свои размеры рабочего поля. Поэтому перед началом работ уточните что ваша модель впишется в эти габариты.

Что нужно для фрезера, как идет процесс работы с фрезерным станком?

После создания модели (или чертежа), её необходимо обработать с помощью CAM-программы/ CAM-плагина, например, для Rhino это Rhino CAM

В CAM- модуле указывается материал, параметры фрезы, фрезеруемые области. Программа выдает так называемый gcode , который представляет собой набор перемещений и скоростей фрезы. Именно этот код и нужен фрезерному станку с ЧПУ.

 

3D— печать (3D printing) | 3D— принтеры

3D- принтеры в Fab Lab Polytech

3D— принтеры, в отличие от фрезеров не снимают лишний материал, постепенно наращивают его. Технологически материал может быть почти любым, но наиболее распространены принтеры, печатающие пластиком. Процесс печати пластиком достаточно длительный, т.к. расплавленный пластик слой за слоем, каждый слой расплавленного пластика после нанесения должен остыть перед нанесением на него следующего слоя.

 

 

Основная проблема 3D— принтеров – невозможность печатать отвесные формы (обычно под углом более 45°). Однако это ограничение условно, так как существует печать с поддержкой. В необходимых местах создается объем из пластика, поддерживающий консоль. Поддержка печатается рыхлой для минимизации расхода материала и ускорения печати.

Что нужно для 3D— печати, как идет процесс печати?

3D— принтеры требуют модель в формате stl. В этот формат можно экспортировать модель из основных программ. Модель должна быть закрытой мешью.

Далее ПО, связанное с принтером обрабатывает геометрию (создает полости для минимизации расхода материала, при необходимости добавляет поддержку) и посылает ее на печать.

3D— сканирование | 3D— сканеры

3D— сканер позволяет получить mesh — модель по существующей геометрии. Сканируемая геометрия может быть разного размера в зависимости от используемой технологии. Так некоторые сканеры позволяют создавать сверхточные модели (с точностью до мм), но при этом модель должна быть не более. Некоторые сканеры позволяют создавать модели зданий. Здесь надо заметить что такие модели можно создавать и по фотографиям, сделанным с разных точек, но точность таких моделей существенно ниже.

Процесс построения модели может пройти занимать разное время — от десятков минут до нескольких часов в зависимости модели и количества полигонов.

Где найти воспользоваться этими станками?

Фаблабы (Fab Lab), производства, мастерские и лаборатории и даже некоторые библиотеки могут предоставлять Вам возможность пользования станками. 3D-принтеры стремительно дешевеют и их можно купить или собрать самостоятельно.  В частности, в Петербурге есть Фаблаб Политех | fablab1.ru

 

Это далеко не полный список технологий цифрового производства. Мы продолжим эту тему в одной из следующих публикаций и так же будем дополнять эту страницу.

Есть что добавить или поправить? Поделитесь своим опытом и рекомендациями со всеми в комментариях!

Юрий Насонов

создатель аrchi.place, архитектор, практикует генеративный подход к проектированию, модератор 1-й школы Fab Lab Polytech, преподает в СПбГАСУ
Поделиться:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
 Теги: , ,
[wpdreams_rpl]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *