СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СКУЛЬПТУР ИЛИ ИХ КОПИЙ
METHOD OF MAKING SCULPTURES OR COPIES THEREOF

Изобретение относится к области декоративного искусства и может быть использовано, в частности, при изготовлении макетов монументальных скульптур и их копий, при изготовлении скульптур малых форм и их копий, при проведении реставрационных работ и при изготовлении копий оригиналов скульптурных произведений при их консервации.
Известно, что традиционные способы создания скульптур технологически очень сложны и трудоемки. Так, например, в одном из общедоступных источнике (http://ru.wikipedia.org/wiki/Скульптура) техника исполнения скульптуры описывается следующим образом: «Предпринимая какую-либо работу, ваятель, прежде всего, лепит в малом виде из воска или мокрой глины макет, передающий идею его будущего произведения. Иногда, особенно в том случае, когда задуманное изваяние должно быть велико и сложно, художнику приходится изготовить другую, более крупную и детальную модель. Затем, руководствуясь макетом или моделью, он приступает к работе над самим произведением. Если предстоит исполнить статую, то берется для ее подножия доска, и на ней утверждается стальной каркас, изогнутый и пригнанный таким образом, чтобы ни одна его часть не выходила за пределы будущей фигуры, и сам он служил для нее как бы остовом; кроме того, в тех местах, где тело фигуры должно иметь значительную толщину, прикрепляются к каркасу стальной проволокою деревянные кресты; в таких же частях фигуры, которые выдаются на воздух, например в пальцах рук, волосах, свесившихся складках одежды, деревянные кресты заменяются крученою проволокой или пенькой, напитанной маслом и свернутой в виде жгутов. Поместив такой остов статуи на треножном, неподвижном или горизонтально вращающемся станке, называемом кобылкою, художник начинает обкладывать каркас лепною глиной так, чтобы получалась фигура, в общих чертах сходная с моделью; затем, удаляя в одном месте излишне наложенную глину, добавляя в другом ее недостаток и отделывая в фигуре часть за частью, он постепенно доводит ее до желаемого сходства с натурой. Для этой работы ему служат пальмовые или стальные инструменты различной формы, называемые стеками, но еще больше пальцы его собственных рук. Во все продолжение лепки необходимо, во избежание появления трещин в высыхающей глине, постоянно поддерживать ее влажность и для этого, от времени до времени, смачивать или сбрызгивать фигуру водой, а, прерывая работу до следующего дня, окутывать ее мокрым холстом. Подобные приемы употребляются и при производстве рельефов значительного размера - с тою только разницей, что для укрепления глины пользуются вместо каркаса большими стальными гвоздями и болтами, вбитыми в дощатый щит или неглубокий ящик, служащий основанием рельефа. Вполне окончив лепку, ваятель заботится об изготовлении точного снимка со своего произведения из материала, более прочного, чем глина, и с этою целью прибегает к помощи формовщика. Этот последний снимает с глиняного оригинала так называемую черную форму (á creux perdu) из алебастра, и по ней отливает гипсовый слепок произведения. Если художник желает иметь слепок не в одном, а в нескольких экземплярах, то они отливаются по так называемой чистой форме (á bon creux), изготовление которой гораздо сложнее, чем предыдущей (см. Формовка).
Без предварительной лепки глиняного оригинала и отливки его гипсового слепка не обходится создание ни одного более или менее крупного произведения скульптуры - будет ли оно каменное или металлическое. Правда, бывали ваятели, как, например, Микеланджело, работавшие прямо из мрамора; но подражание их примеру требует от художника необычайной технической опытности, и все-таки он рискует при таком смелом труде впасть на каждом шагу в неисправимые ошибки.
С получением гипсового слепка существенная часть художественной задачи ваятеля может считаться оконченной: остается только воспроизвести слепок, смотря по желанию, в камне (мраморе, песчанике, вулканическом туфе и т.п.) или в металле (бронзе, цинке, сталь и т.п.), что составляет уже полуремесленную работу. При изготовлении мраморного и вообще каменного изваяния поверхность гипсового оригинала покрывается целою сетью точек, которые, с помощью циркуля, отвеса и линейки, повторяются на глыбе, подлежащей отделке. Руководствуясь этою пунктировкой, помощники художника под его надзором удаляют ненужные части глыбы посредством резца, долота и молота; в некоторых случаях они пользуются при этом так называемой пунктирною рамой, в которой взаимно пересекающиеся нити указывают на те части, какие должны быть отбиты. Таким образом, из необделанной глыбы мало-помалу возникает общая форма изваяния; она все тоньше и тоньше отделывается под руками опытных рабочих, пока, наконец, сам художник не придает ей последней отделки, а полировка пемзой не сообщает различным частям поверхности произведения возможное сходство с тем, что представляет в этом отношении сама натура. Для большего приближения к ней в оптическом отношении, древние греки и римляне натирали свои мраморные изваяния воском и даже слегка раскрашивали их и золотили (см. Полихромия)».
Известно также, что одним из эффективных способов сохранения памятников культуры и защиты их от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды является замена памятников на копии с переносом оригиналов в закрытые музейные помещения. В Италии, например, в музеи помещают шедевры эпохи Возрождения; в Греции подобным образом спасают античные статуи; во Франции в 1964 году скульптурную группу «Танец» (работа Жана-Батисты Карпо) с главного фасада здания «Гранд-опера» заменили копией. Однако изготовление копий памятников традиционным способом, также как и создание скульптур, связано с большими трудозатратами и технологическими сложностями.
Известны также новые технологии копирования мраморной скульптуры (http://art-con.ru/node/1578), основанные на использовании камнеобрабатывающих станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и трехмерных (3D) сканеров. После компьютерной обработки данных измерений, полученных с помощью 3D-сканера, формируется так называемое облако точек, которое в виде графического файла в формате STL загружается в микропроцессор фрезерного станка с ЧПУ. По этим данным станок начинает постепенно (шаг за шагом - сначала очень грубо, а затем с все более высокой точностью) фрезеровать глыбу мрамора. После обработки заготовки на станке, которая занимает по времени от одной до трех недель (в зависимости от сложности объекта), производится «финишная» шлифовка и полировка поверхности. Несмотря на то, что обе эти операции выполняются не станком, а специалистом-скульптором вручную, человеческий фактор здесь полностью исключен, поскольку эта работа выполняется строго под контролем 3D-сканера. Сканер позволяет контролировать соответствие поверхности оригинала и изготавливаемой копии в каждой отдельно взятой точке поверхности скульптуры в течение всего процесса «ручной» доводки. В итоге получается высокоточная копия, полностью идентичная оригиналу (точность соответствия не хуже 0,5 мм).
Преимущества данной технологии:
- копия изготавливается из того же самого материала, что и оригинал памятника. В совокупности с полным соответствием формы и мельчайших деталей поверхности копии оригиналу это позволяет обеспечить практически абсолютную аутентичность;
- процесс изготовления копии является неинвазивным (полностью исключается любой контакт с поверхностью памятника). Это особенно актуально при изготовлении копий хрупких и сильно эродированных скульптур;
- использование 3D-сканирования и станка с ЧПУ позволяет значительно сократить время, необходимое для создания копии. Уменьшение доли «ручной» работы обеспечивает более низкую стоимость изготовления мраморной копии по сравнению с традиционными технологиями (вырубкой скульптуры из глыбы мрамора или изготовления копии путем отливки из полиэфирной смолы в специально приготовленную форму);
- создание 3D «виртуального» образа скульптуры на начальном этапе работы по созданию копии позволяет легко масштабировать ее размеры, а, кроме того, реконструировать утраченные фрагменты исходного памятника;
- в случае необходимости возможно тиражирование абсолютно идентичных между собой копий исходного объекта.
Несмотря на явные преимущества данного способа, использование механической обработки заготовки на станке с ЧПУ не позволяет сократить время изготовления скульптуры или копии скульптуры в такой степени, насколько это возможно при современном уровне развития техники и технологий.
С начала 1980-х г. начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов не путем удаления материала (точение, фрезерование, электроэрозионная обработка) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка), а путем постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства. На данный момент значительного прогресса достигли технологии послойного формирования трехмерных объектов по их компьютерным образам. Эти технологии известны под общим названием технологии «быстрого прототипирования». Наибольшее распространение получили:
- стереолитография (STL - stereolithography);
- отверждение на твердом основании (SGC - Solid Ground Curing);
- нанесение термопластов (FDM - Fused Deposition Modeling);
- распыление термопластов (ВРМ - Ballistic Particle Manufacturing);
- лазерное спекание порошков (SLS - Selective Laser Sintering);
- моделирование при помощи склейки (LOM - Laminated Object Modeling);
- технология многосопельного моделирования (MJM Multi Jet Modeling).
Все названные технологии предполагают наличие трехмерной цифровой (компьютерной) модели детали. Большинство известных систем автоматизированного проектирования обеспечивают экспорт моделей в стандартном для "быстрого прототипирования" формате.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является совокупность технических средств и технологий, реализующая известный способ изготовления скульптур (metod of sculpting) (WO 2008/029116; B44B 1/02, B44B 1/00, D44C 3/06, G05B 19/42: 13/03/2008). Способ заключается в сканировании физического объекта с целью подготовки набора данных изображения, последующей модификации набора данных и завершающего этапа изготовления скульптуры с помощью модифицированного набора данных изображения. Сканирование объекта предусматривается с различной степенью детализации. При этом может производиться как полное сканирование объекта, так и сканирование отдельных частей объекта. В зависимости от поставленной задачи производится модификация полученных в результате сканирования наборов данных для получения конечного набора данных и передачи его на завершающий этап изготовления скульптуры. На завершающем этапе может быть получен трехмерный скульптурный объект, рельефная скульптура или углубленный рельеф. Завершающий этап может осуществляться методом «быстрого прототипирования», методом литья, методом фрезерования, методом штамповки, методом вакуумного формования, при этом на завершающем этапе полученный методом "быстрого прототипирования" объект может дорабатываться вручную. Способ позволяет изготавливать скульптуры различных объектов или их частей с различным коэффициентом масштабирования.
Данный способ позволяет намного сократить время, необходимое для изготовления скульптуры, снизить общие трудозатраты в процессе ее изготовления, однако не в полной мере использует возможности, вытекающие из технологии "быстрого прототипирования". Современный уровень развития технологий «быстрого прототипирования», к сожалению, пока не в состоянии обеспечить изготовление скульптур, обладающих той же степенью эмоционального воздействия на восприятие зрителем готовой скульптуры, как скульптуры, изготовленные традиционным способом из традиционных материалов, например меди. Для усиления этого воздействия не обязательно изготавливать скульптуру целиком из этого дорогого металла, а достаточно на внешнюю поверхность полученной из полимерного материала методом «быстрого прототипирования» скульптуры нанести тонкое медное покрытие. Современные технологии позволяют эффективно решать подобные задачи.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении количества дорогостоящих материалов, необходимых для изготовления скульптур, в сокращении времени изготовления скульптур.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления скульптур или их копий включает: этап сканирования физического объекта устройством бесконтактного трехмерного сканирования объекта (3D-сканер); этап обработки данных сканирования, этап изготовления физической модели скульптурного объекта; этап предварительной обработки поверхности физической модели скульптурного объекта; этап нанесения токопроводящего слоя на поверхность физической модели скульптурного объекта; этап никелирования поверхности физической модели скульптурного объекта; этап меднения поверхности физической модели скульптурного объекта; этап чернения медного покрытия поверхности физической модели скульптурного объекта; этап нанесения защитного слоя на поверхность физической модели скульптурного объекта. На этапе сканирования физического объекта, как и в прототипе изобретения, с помощью устройства бесконтактного трехмерного сканирования объекта осуществляется сканирование физического объекта или части физического объекта. Полученные при сканировании данные на этапе обработки данных сканирования, как и в прототипе полезной модели, обрабатываются с целью получения цифровой модели объекта сканирования или цифровых моделей отдельных частей объекта сканирования. На этом этапе, при необходимости, осуществляется также корректировка полученной цифровой модели, в том числе ее масштабирование, а также подготовка управляющих программ для изготовления физической модели скульптурного объекта или отдельных частей скульптурного объекта одним из методов «быстрого прототипирования». На этапе изготовления физической модели скульптурного объекта с помощью набора управляющих программ, как и в прототипе изобретения, методом «быстрого прототипирования» осуществляется формирование физической модели скульптурного объекта или физических моделей его отдельных частей. В случае изготовления физической модели заведомо из нескольких частей, на этом этапе осуществляется их компоновка и соединение. Затем, в отличие от прототипа изобретения, физическая модель скульптурного объекта проходит этап предварительной обработки поверхности физической модели, на котором осуществляется абразивная обработка ее поверхности, после чего физическая модель проходит этап нанесения токопроводящего слоя на поверхность физической модели. Далее физическая модель проходит или этап никелирования поверхности, или этап меднения поверхности физической модели, на выходе которых получаем готовый скульптурный объект. При необходимости, на этапе чернения поверхность физической модели с медным покрытием покрывается слоем темного материала и производится корректировка полученного покрытия. Изобретением предусмотрено также нанесение, при необходимости, защитного покрытия из прозрачного материала на поверхность физической модели на этапе нанесения защитного покрытия.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 представлена поэтапная схема процесса изготовления скульптур или их копий, где: 1 - этап сканирования физического объекта; 2 - объект сканирования; 3 - устройство бесконтактного трехмерного сканирования объекта (3D-сканер); 4 - этап обработки данных сканирования, получения и корректировки цифровой модели объекта сканирования, и подготовки управляющих программ для изготовления физической модели скульптурного объекта; 5 - этап изготовления физической модели скульптурного объекта; 6 - этап предварительной обработки поверхности физической модели скульптурного объекта; 7 - этап нанесения токопроводящего слоя на поверхность физической модели скульптурного объекта; 8 - этап никелирования поверхности физической модели скульптурного объекта; 9 - этап меднения поверхности физической модели скульптурного объекта; 10 - этап чернения медного покрытия поверхности физической модели скульптурного объекта; 11 - этап нанесения защитного покрытия на поверхность физической модели скульптурного объекта; 12 - готовый скульптурный объект.
В отличие от прототипа, изготовленная методом «быстрого прототипирования» физическая модель скульптурного объекта проходит этап предварительной обработки поверхности физической модели, где осуществляется абразивная обработка ее поверхности с целью подготовки этой поверхности к нанесению на нее токопроводящего слоя. Предпочтительным вариантом абразивной обработки, реализованным на практике, является пескоструйная обработка, которая в настоящее время широко применяется для подготовки поверхности заготовок перед гальванотехническими операциями для создания ее шероховатости. Затем физическая модель проходит этап нанесения токопроводящего слоя, где на шероховатой поверхности физической модели химическим способом создается токопроводящий слой с целью последующего нанесения методом гальваностегии тонкопленочных декоративных металлических покрытий. В заявленном изобретении реализованы никелирование и меднение поверхности физической модели скульптурного объекта на этапе никелирования или на этапе меднения соответственно, однако специалисту понятно, что возможно осуществлять и другие варианты декоративных металлических покрытий, в том числе: хромирование, оловянирование, золочение, серебрение, платинирование и т.д. Таким образом, заявленное изобретение позволяет также значительно снизить количество дорогостоящих металлов, необходимых для изготовления скульптур или их копий, сохраняя при этом эффект эмоционального воздействия при восприятии зрителем готовой скульптуры.
Кроме того, поскольку операции подготовки поверхности физической модели скульптурного объекта и нанесения на них гальванических покрытий занимают существенно меньше времени по сравнению с такими реализованными в прототипе изобретения способами завершающего этапа изготовления скульптуры, как, например, литье или фрезерование, то, в целом, значительно сокращается время изготовления скульптуры или ее копии.
Для усиления декоративной привлекательности полученных на этапе меднения физических моделей скульптурных объектов заявленным изобретением предусмотрено осуществление чернения медного покрытия, которое осуществляется на этапе чернения. Оптимальным способом чернения может быть, например, реализованный на практике способ нанесения на поверхность физической модели темной краски. Полученное таким способом покрытие может также корректироваться ручным способом.
С целью обеспечения защиты от неблагоприятных воздействий внешней среды полученных на этапах никелирования или меднения гальванических покрытий, а также дополнительного декоративного покрытия, полученного на этапе чернения медного покрытия, заявленным изобретением предусмотрен этап нанесения защитного покрытия. Оптимальным вариантом защитного покрытия может быть, например, реализованное на практике широко известное защитное покрытие слоем прозрачного автомобильного лака.