Промышленный дизайн в действии

Студенты политехнического института отсканировали мемориал на аллее ТОГУ и напечатали его 3D-модель. Это стало возможным благодаря открытию в ТОГУ Центра промышленного дизайна.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Открытие нового Центра промышленного дизайна на базе вуза позволяет студентам под руководством наставников детально разобраться в процессах реверс-инжиниринга и 3D-моделирования. Теорию сложно усвоить без реальных кейсов, поэтому в ТОГУ будущие инженеры учатся на практике.

Мемориал Славы на аллее вуза был открыт в 1975 году, в честь 30-летней годовщины Великой Победы. В создании монумента участвовали студенты университета под руководством В. Бабурова, Н. Рыбака и В. Соловьева. Студенты отсканировали всю поверхность монумента, получили его цифровую модель и после этого смогли напечатать такой же памятник в масштабе.

«В нашем случае сканирование выполняет роль инструмента для сохранения культурного наследия, ведь мы смогли создать копию высокой точности,— говорит студент выпускного курса политехнического института Иван Паньшин.— В промышленности сканирование выполняет роль инструмента контроля качества. Также можно перевести детали в цифровую среду в тех случаях, когда необходимо скопировать ту или иную деталь сложной формы и геометрии без документации или же, наоборот, восстановить поломанные».

Станислав Дорофеев, к.т.н., доцент высшей школы промышленной инженерии Тихоокеанского государственного университета, ответил на вопросы «Ъ-Науки»:

— Что такое 3D-сканирование и для чего его используют?

— 3D-сканирование — это процесс построения цифровой трехмерной модели реального физического объекта с помощью специального устройства — 3D-сканера. Оно анализирует геометрическую форму и поверхность объекта — его фактуру и текстуру — и преобразует полученные данные в цифровую 3D-модель. 3D-сканирование используют в разных областях, где требуется точно и быстро получить цифровую модель физического объекта, например, в промышленном дизайне, инженерии, строительстве, медицине, науке и образовании, развлечениях и медиаиндустрии.

— Какие бывают 3D-сканеры и как они работают?

— Существует несколько основных технологий построения трехмерной цифровой модели:

• фотограмметрия: фотографирование объекта с разных углов и последующая обработка полученного множества фотографий в специальном программном обеспечении;
• контактное сканирование: используют механический зонд, который, физически контактируя с объектом, перемещается по поверхности объекта, измеряя координаты точек на поверхности;
• оптическое сканирование: используются камеры и проекторы для захвата изображений объекта с разных углов. Программное обеспечение анализирует эти изображения и воспроизводит 3D-форму объекта;
• структурированное световое сканирование: на объект проецируется сетка или узор света (обычно полосы), и камеры фиксируют деформации этих узоров на поверхности объекта.
• Программное обеспечение анализирует деформации для создания 3D-модели;
• лазерное сканирование: лазерный луч направляется на объект, и сканер измеряет время, необходимое для возвращения луча, или угол отклонения луча. Эти данные используются для определения расстояния до точки на объекте и создания его объемной 3D-карты.

Если первая технология доступна даже с современного мобильного телефона, оснащенного фотокамерой, то в последующих технологиях используются специальные устройства, называемые 3D-сканерами.

— Расскажите подробнее о том, как проходило сканирование мемориала и печать копии.

— При поддержке программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» в ТОГУ весной 2024 года был открыт Центр промышленного дизайна (далее ЦПД), оснащенный современным оборудованием для 3D-моделирования, сканирования, печати, макетирования и прототипирования.

Одним из первых практических кейсов, в котором участвовали студенты, стало изготовление 3D-модели и макета мемориала Славы на аллее ТОГУ. Студенты отсканировали всю поверхность монумента, получили трехмерное облако точек высокой плотности, в специализированном программном обеспечении преобразовали его в цифровую модель высокой точности и после этого смогли напечатать такой же памятник в масштабе методом фотополимерной 3D-печати. Примечательно, что для обеспечения наибольшей точности ребята выполняли 3D-сканирование мемориала ночью. В работе был использован сканер Calibry, позволяющий оцифровывать объекты размерами от 20 см до 10 м со скоростью до 35 кадров и 3 млн точек в секунду и точностью до 0,1 мм.

В данном кейсе реализовано еще одно очень важное применение технологии 3D-сканирования — сохранение историко-культурного наследия, ведь данной технологией можно быстро и точно получать цифровые модели различных исторических и культурных объектов, артефактов, музейных экспонатов, памятников и монументов, архитектурных зданий и сооружений. И в последующем данные цифровые модели могут быть использованы для документирования и более надежного хранения в цифровых архивах, последующей реставрации, виртуальной реконструкции утраченных или поврежденных объектов, проведения научных исследований, обеспечения мировой доступности очень габаритных или хрупких, или редких объектов путем создания виртуальных музеев с использованием технологий виртуальной реальности, изготовления точных материальных реплик в различном масштабе, в том числе и для лиц с ограниченными возможностями здоровья, например человек с нарушением органов зрения может взять в руки копию объекта, выполненную в определенном масштабе, и наощупь «увидеть» данный объект.

— Расскажите о других интересных кейсах, в решении которых принимали участие студенты ТОГУ.

— Все студенты ТОГУ начиная с первого курса проходят курс проектной деятельности. Студенты могут сами выбрать темы для своего проекта, распределяются на команды и в рамках еженедельного проектного дня проходят обучение по выполнению своих проектов. Студенческие команды, выбравшие тему своего проекта, сонаправленную с направлениями Центра промышленного дизайна под руководством наставников на базе центра могут изготавливать 3D-модели, макеты и прототипы, а также полнофункциональные детали и изделия различного назначения. Так, из последних кейсов, реализуемых в ЦПД и в которых участвуют студенты, можно привести следующие: изготовление макета тягово-грузового устройства подвесного типа многоцелевого назначения, разработка конструкции и 3D-моделирование универсальной трансформируемой тележки для перемещения крупногабаритных заготовок и инструмента, разработка конструкции поворотных жалюзи из профилированного металла для экстерьерного применения. Совмещая различные технологические методы традиционного прямого инжиниринга и реинжиниринга, студенты совместно со специалистами нашего центра смогут разрабатывать детали, изделия и конструкторские решения для разных отраслей промышленности региона.

Кроме того, в Центре промышленного дизайна студенты и преподаватели будут разрабатывать дизайнерские и инженерные решения новых промышленных изделий в сфере туризма, транспорта, машиностроения, станкостроения, бытовой техники, портативной электроники, мебели, товаров народного потребления, элементов городской инфраструктуры и общественных пространств: фонари, скамейки, декоративные ограждения, павильоны, остановки общественного транспорта, экопункты.

Помимо этого в Центре промдизайна ТОГУ студенты будут принимать прямое участие в выполнении заказов от бизнеса, например, оказывая услуги по разработке конструкторско-технологической документации, оцифровке чертежей, 3D-сканирование, 3D-моделирование и реверс-инжиниринг промышленных деталей и объектов, крупногабаритную и фотополимерную 3D-печать и лазерный раскрой неметаллов.

— Что дает такая практика студентам университета?

— На базе Центра промышленного дизайна будут проходить обучение не только студенты, но и школьники старших классов: совместно с производственными лабораториями открыта школа промышленного дизайна, где ребят знакомят с профессией промышленного дизайнера на курсах длительностью от трех месяцев до двух лет. Преподаватели университета обучают 3D-моделированию и печати на 3D-принтерах, конструированию, а также знакомят со всеми основными дисциплинами: композиция, материаловедение, эргономика, с программами векторной и растровой графики, инженерного проектирования и моделирования.

Возможность на базе ЦПД участвовать в решении реальных практических задач предоставляет школьникам и студентам множество преимуществ, которые способствуют их профессиональному и личностному развитию. Практикоориентированное обучение наиболее эффективно способствует усвоению и закреплению теоретических знаний, развитию профессиональных компетенций, навыков критического и изобретательского мышления, приобретению опыта работы в реальных условиях, пониманию актуальных проблем и трендов отрасли и умению работы в команде.

Таким образом, Центр промышленного дизайна в ТОГУ оказывает значимый вклад в развитие научно-технологического потенциала университета, подготовку профессиональных кадров для региональной промышленности и играет большое значение в развитии креативных индустрий и технологического суверенитета Дальнего Востока, что было подтверждено в мае 2024 года получением Центром промышленного дизайна золотой медали за инновационные разработки в области промышленного дизайна на 7-м Международном промышленном форуме «Технолето-2024».

Подготовлено при поддержке медиацентра ТОГУ