Low-poly модель. От эскиза до изделия

Сразу к делу. Цель: смоделировать и изготовить низкополигональную собаку (рис. 1). Результат на рис. 2.

Рис. 1. Рендер модели собаки

Рис. 2. Готовое изделие.

Этапы:

1. Blender. Создать базовую модель животного;

2. SolidWorks. Преобразовать базовую модель в сборку из листовых деталей;

3. Подготовить конструкторскую документацию;

4. Изготовить детали: собрать, сварить, покрасить готовое изделие.

А теперь подробнее:

1. Создание базовой модели

Вариантов программ для создания сетки модели множество: Blender, ZBrush, Cinema 4D, Maya и пр. Я остановился на Blender, так как программа бесплатна и имеет большое комьюнити. Начинаем с эскиза (рис. 3)

Рис. 3. Фронтальный и боковой эскизы

Создаём новый проект Blender и используем оба эскиза в качестве фона (рис. 4)

Рис. 4. Объекты в виде изображений эскизов.

Создаём новый объект "поверхность", переключаемся на вид сбоку и прорабатываем тело, создавая новые поверхности и перетаскивая вершины по контуру (рис. 5)

Рис. 5. Поверхности в рамках контура тела и головы.

Вытягиваем эти поверхности по оси X на половину ширины тела собаки (рис. 6).

Рис. 6. Вытянутое тело

Через shift выбираем и удаляем поверхности, которые совпадают с осью OY. Добавляем модификатор "зеркало" (рис. 7).

Рис. 7. Процесс отражения.

Используя Loop Cut, разрезаем получившееся тело на 4 части. Вытягиваем поверхности ног, ушей и хвоста животного в соответствии с контуром. Мне удобнее всего выбирать поверхность, входить в режим полупрозрачности (alt+Z), переключаться на вид сбоку (numpad 3), выделять прямоугольником вершину и перетаскивать её в нужное место (G). Результат на рис. 8.

Рис. 8. Добавление ног, хвоста и ушей

Теперь остаётся самое интересное - придать собаке форму. Для этого переходим в режим выбора вершин и перемещаем их, придавая объемы в необходимых местах. Советую просмотреть изображения собак и обратить внимание на особенности строения тела. Также пригодится использование инструмента Loop Cut для дополнительной детализации.

Необходимо помнить, что с увеличением числа поверхностей растёт сложность изделия. Советую не использовать более 200 полигонов для изделия высотой 700мм.

Если у вас возникают проблемы с интерфейсом программы или сложности в управлении элементами модели, то советую обратить внимание на эти видео:

• https://www.youtube.com/watch?v=YPg6rWwOKcM&t=1s

• https://www.youtube.com/watch?v=BWRNNXa-S3Y&t=342s

Рис. 9. Готовая модель.

Теперь сохраняем в формате STL (тело сетки) и переходим ко второму этапу.

2. Преобразование базовой модели в сборку листовых деталей

Есть два пути преобразовать абстрактную модель в список деталей.

Первый заключается в использовании программ, автоматически создающих развёртки STL моделей. Например, PepaCura. Интересно в ней то, что можно достаточно быстро получить все детали в формате векторной графики DXF. В этом же файле будут отображаться линии и углы гибов.

На рис. 10. изображена раскладка собаки. Такая развёртка требует доработки (как минимум нужно разделить самую большую деталь на множество мелких).

Рис. 10. Развёртка модели в PepaCura.

Второй подход основан на использовании систем проектирования. Я использую SolidWorks 2022. Уверен, что для выполнения поставленной задачи подойдёт любая 3D CAD система. Я знаком с Компас-3D, Inventor, AutoCad, Casia, но только SolidWorks предложил мне наиболее эффективные и простые инструменты.

При реализации этого решения необходимо вручную последовательно создавать детали, подгоняя их друг к другу. Это решение потребует больше времени, но специфика предприятия-производителя не позволяет использовать один лишь файл развёртки. Производственным рабочим необходимы сборочные чертежи, чертежи деталей, пояснительные записки, спецификации и прочее. Таким образом, продолжим работу по этому пути.

Импортируем STL модель в SolidWorks. Создаём новую сборку, добавляем в неё импортированную модель. Приступаем к созданию деталей. Этот процесс цикличен, опишу его списком:

• Создаём в импортированной модели новую поверхность из сетки (рис. 11)

Рис. 11. Создание поверхности из сетки.

• Создаём деталь в контексте сборки, выбираем созданную поверхность в качестве плоскости эскиза. После выбора инструмента "преобразование объектов" нажимаем на поверхность. Получившийся контур преобразовываем в листовой металл (рис 12).

Рис. 12. Создание контура поверхности и листовой детали.

• Добавляем гибы, опираясь на технологические возможности оборудования. Если гибочное оборудование отсутствует, то приступаем к созданию следующей детали.

Также я использовал инструмент "зеркальное отражение" для некоторых деталей. Это значительно ускорило процесс проектирования.

Теперь необходимо присвоить каждой детали свой идентификатор. Я советую нумеровать детали, начиная с 1 с шагом в 1. Таким образом номер позиции в спецификации будет совпадать с названием файла. Этот идентификатор мы будет гравировать на самой детали во время резки лазером. Для этого создаем эскиз, вписываем номер и создаём бобышку толщиной 0,5 мм (рис 13). Обращаю внимание на то, что файл назван в соответствием с идентификатором.

Рис. 13. Нанесение идентификатора на деталь.

Ещё один нюанс. Для облегчения работы гибщикам нужно предусмотреть треугольные засечки на линиях гибов (рис. 14). По таким засечкам проще производить установ заготовки на станке.

Рис. 14. Создание треугольных засечек.

По окончанию работ получаем результат, изображенный на рис. 15. Теперь это готовая сборка, состоящая из отдельных, подготовленных к производству, деталей. Между некоторыми деталями видны зазоры. Это нормально, они будут заварены и зачищены.

Рис. 15. Рендер сборки собаки.

3. Подготовка чертежей, спецификации и развёрток

Начинаем с деталей. Для этого создаём новый чертеж, в нем создаём новый лист, добавляем вид развёртки в масштабе 1:1, расставляем габаритные размеры. Затем нажимаем ЛКМ по виду, листаем окно PropertyManager вниз и выбираем "сохранить вид как" (рис. 16). И так с каждой деталью.

ВАЖНО! Добавлять вид на чертеж необходимо в масштабе 1:1, иначе выводимая развертка не будет соответствовать необходимым размерам.

Рис. 16. Создание чертежа детали и вывод развёртки.

По окончанию этой части работ, создаём сборочные чертежи. Автоматическая простановка позиций существенно облегчит нам работу (рис. 17).

Рис. 17. Сборочный чертеж.

Рис. 18. Спецификация.

Заключение - оформление спецификации (рис. 18). Тут выручает инструмент компании ITools - спецификация для SolidWorks. Это просто, быстро и удобно (но интерфейс так себе). Тут мы видим, что обозначение деталей, имена файлов и номера позиций идентичны. Всего получилось 68 деталей.

4. Изготовление

Маршрут производства следующий:

• Резка контуров на лазерном станке

• Гибка деталей на гибочном станке

• Предварительная сварка на точки

• Полная обварка всех стыков

• Зачистка

• Шпатлёвка, высушивание, выравнивание поверхностей

• Порошковая окраска в цвет "хром"

Далее приложу фотографии этапов сварки и финальный результат:

Рис. 19. Процесс сборки на прихватки.

Рис. 20. Обваривание и грубая зачистка.

Рис. 21. Готовое к продаже изделие.

Итоги.

Хочу осветить финансовый аспект изготовления такого рода изделий. Расчет себестоимости на текущий момент:

• Металл и необходимые расходники (проволока для сварки, шпатля, краска, зачистные круги и пр.) - 15 000руб.

• Трудозатраты конструктора. Я потратил около 25 часов на весь процесс создания и оформления КД. Себестоимость часа работы инженера на предприятии-изготовителе оценивается в 350руб., что в сумме даёт 8750руб.

• Трудозатраты сварщика. Квалифицированный специалист собирал, заваривал и зачищал данное изделие 30 часов. Себестоимость часа работы 260руб., что в сумме выражается в 7800руб.

• Трудозатраты покрасчика. На этом этапе было потрачено 15 часов. Стоимость часа 250руб., сумма - 3750руб.

Итого: 35 300руб. И это только себестоимость. Как правило, стоимость часа инженера "на продажу" - 1500руб, сварщика - 1100руб, покрасчика - 1000руб.

Таким образом, мы спроектировали, подготовили к производству и изготовили низкополигональную собаку из листового металла. Спасибо за внимание.