Зрение человека устроено так, что лучше воспринимает объёмные формы. Поэтому плоские изображения всегда проигрывают по красоте резким, «глубоким» фигурам. Самым простым способом придать плоскому изображению ощущения объёма — сделать его рельефным. Рельефная резьба является одним из основных видов искусства, практикуемого с самого начала развития человечества. Рельефное изображение формируется путём создания элементов, целиком выступающих над плоскостью основного фона. В отличие от круглой скульптуры, которая «по настоящему» является объёмным изделием, рельефный узор создаёт лишь перспективу объёма — хотя бы потому, что должен рассматриваться фронтально. В подавляющем большинстве случаев рельеф украшает плоскость — поверхности камня, металла, дерева, глины и т. п. В современной индустрии для создания рельефных изображению также используют пластик, органическое стекло, модельные воски и т. д. Технологией создания рельефов является лепка, чеканка или резьба.
Рельефные узоры могут украшать самые разные конструкции — от фасадов зданий, до элементов декора внутренней отделки. Рельефная резьба может выступать и в качестве основного изделия — например в художественных панно. Распространённым типом рельефа является барельеф — вид скульптурной композиции, когда изображение лишь незначительно выступает над основной плоскостью фона (не более чем в половину объёма). Для другого типа резьбы — горельефа — напротив, характерен значительный выступ элементов над плоскостью (больше чем на половину объёма).
Существует также контррельеф — такое изображение «утоплено» ниже основной плоскости фона и представляет собой как бы «негативное» отражение барельефа. Контррельеф широко применяется в формах и матрицах — основах для создания барельефных узоров.
Особенности изготовления рельефов
Во все времена рельеф — как признанное произведение искусства — стремились как можно шире использовать, украшая различные изделия. Сейчас рельефные узоры можно встретить повсеместно. Фасады зданий, конструкции внутренней отделки, элементы декора, мебель, украшения, сувенирные изделия в той или иной мере несут на себе «печать рельефа».
С развитием автоматического станочного оборудования (фрезерных станков с ЧПУ) сложилась уникальная ситуация, когда созданный руками мастера авторский рельеф может быть без ущерба для качества многократно воспроизведён на поверхности изделий из самых разных материалов. Причём для этого не обязательно вырезать рельеф вручную — любая работа дизайнера (в виде 3D-модели) может быть легко изготовлена на фрезерном станке с ЧПУ. Напротив, существующий рельеф (к примеру, классическое произведение искусства) также может быть оцифрован, а созданная на его базе 3D-модель воспроизведена на любом подходящем станке с ЧПУ.
Работа станка под управлением системы ЧПУ основана на придании заготовке форм в строгом соответствии с виртуальной моделью изделия. За точность воплощения модели отвечает контроллер ЧПУ, непосредственно преобразующий коды управляющего файла (созданного на базе виртуальной модели) в движение режущего инструмента над заготовкой.
Даже простейшие модели современных станков с ЧПУ имеют минимум три степени свободы режущего инструмента. Этого вполне достаточно для обработки сложных рельефов — вплоть до создания полноценных 3D-изделий. При этом совершенство компьютерных программ позволяет в реальном времени симулировать обработку — чтобы исключить возможные ошибки ещё до того, как фреза коснётся заготовки. Всё это позволяет эффективно программировать станки и обрабатывать заготовки для получения художественных рельефов высокого качества.
Порядок создания рельефов на фрезерном оборудовании с ЧПУ
Современные модели фрезерных станков с ЧПУ обладают достаточными характеристиками точности, чтобы воплотить в материале практически любой сложный рельеф, не уступающий по качеству ручной работе настоящего мастера. Причём в отличие от человека, фрезерный станок может создавать неограниченное количество идентичных копий — за довольно короткий срок (несоизмеримо меньший, чем ручная работа!).
Обработка рельефов на фрезерном станке с ЧПУ не требует непосредственного участия человека. Однако это вовсе не означает, что станок всё делает сам. Получение качественного результата зависит от того, насколько грамотно подготовлена управляющая программа.
Вне зависимости от того, фрезеруется ли икона, панно, барельеф или просто фигурная резьба на мебельном фасаде, этапы подготовки производства останутся неизменными:
- выбор трёхмерной виртуальной модели желаемой резьбы. Подобные модели создают профессиональные художники или дизайнеры, в том числе под заказ. Однако в сети доступно большое количество моделей, распространяемых свободно. Причём все модели резьбы не просто являются «прихотью» дизайнеров, а многократно проверены в реальном производстве!
- виртуальный рельеф импортируется в новый файл будущей программы обработки — указываются размеры заготовки, ориентация и высота (глубина) рельефа;
- процесс обработки разбивается на этапы (черновое, чистовое фрезерование) — для каждого этапа строится траектория движения режущего инструмента;
- для каждой траектории (их количество может быть равным или превосходящим число этапов) выбирается соответствующий тип режущего инструмента;
- также для каждого этапа обработки выбираются режимы резания;
- выполняется симуляция обработки. Данный этап позволяет выявить ошибки программирования — без необходимости изготовления пробного изделия;
- созданная программа обработки экспортируется в файл. На этом этапе понадобиться специальная программа — постпроцессор — для экспорта файла управляющей программы в виде, «понятном» имеющейся системе ЧПУ конкретного станка.
После завершения всех этапов обработки, файлы управляющей программы могут загружаться в память фрезерного станка и запускаться в работу. Следует отметить, что переходы между этапами требуют смены режущего инструмента (вручную). Эта процедура замедляет процесс обработки, который для сложной художественной резьбы и так занимает много времени. Для сокращения длительности обработки, без потери качества изготовления рельефной резьбы, существуют специальные технические решения.
Дополнительное оборудование для фрезеровки рельефов
Одним из наиболее «продвинутых» методов ускорения производства рельефов является использование фрезерных станков с ЧПУ, оснащённых системой автоматической смены инструмента. Такая система позволяет ещё на этапе подготовки станка загрузить в специальный магазин (или иное сменное приспособление) весь набор фрез, требуемый для изготовления резьбы «от и до». В процессе выполнения управляющей программы, фрезерный станок будет автоматически менять инструмент между этапами — без остановки и участия оператора. Помимо экономии времени на обработку, такая непосредственная замена повышает точность обработки, поскольку ни заготовка, ни инструмент не перезакрепляются (не сбиваются технологические базы).
Ещё более совершенным приёмом является использование 4-х и 5-ти координатных станков для фрезеровки рельефной резьбы. За счёт дополнительных степеней свободы, режущий инструмент получает возможность обрабатывать более сложный контур элементов рельефа. Это позволяет не только ускорить обработку (за счёт сокращения промежуточных технологических этапов), но и выполнять фрезеровку «многосложных» элементов.