2533 
~8 мин
Доброго дня, мозгоизобретатели! Как художник работающий с разнообразными технологиями, я часто нахожу себя в фантазиях о создании своими руками чего-либо еще технологически невозможного, и данная мозгоподелка является тому прекрасным примером.
Впервые я задумался о ее создании несколько лет назад, но из-за различных трудностей - например, как сделать функционирующие веки - она так и осталась в мыслях. И лишь во время моего недавнего пребывания в команде Autodesk’s Pier 9, «упакованной» невероятной коллекцией разнообразного инструмента и оборудования, да еще с опытным персоналом, мне была предоставлена уникальная возможность все же воплотить ее в реальность.
А данная мозгостатья рассказывает о всех моих шагах в проектировании и создании трех прототипов для инсталляции из 20 «моргающих глаз».
Шаг 1: Первоначальный дизайн
Дизайн своих поделок я сначала разрабатываю с помощью старомодных карандаша и бумаги. Это и быстро, и заставляет меня в целом больше думать о скульптуре и как кто-либо будет взаимодействовать с ней, когда она будет воплощена. Глаза я хочу чтоб были тех же размеров, что и человеческие - около 2.5см в диаметре, а смонтировать их планирую прямо в стену. Для этого весь механизм не должен входить внутрь полости стены более чем на 8.9см. Уместить механизм глаза с веками в такое небольшое пространство - это уже мозгозадача для следующего шага.
Шаг 2: САПР-проектирование
Системы автоматизированного проектирования (САПР) это где все становится до боли конкретным. Я составляю перечень всех компонентов, и тех которые нужно сделать, и тех которые следует приобрести, тем самым имею реальное представление о всей стоимости мозгоподелки. К тому же это помогает решить с чего же начать, например, такие вещи как создание печатной платы необходимо отправить на изготовление, и это лучше сделать заранее, чтобы было больше времени на ее сборку.
Какие приводы будут отвечать за движения глаз и век? Какая при этом должна быть скорость движения глаз (sccade), как быстро должны они моргать, каковы максимальные точки перемещения глаз вверх/вниз и влево/вправо? Все эти важные моменты будут критично влиять на готовую самоделку. Неспешное и методичное проектирование экономит время если смотреть в долгосрочной перспективе, а всякое переделывание не годится.
Шаг 3: Создание каркаса
Все детали из виртуального мира в какой-то момент должны стать реальными объектами. В перспективе, я хочу создать инсталляцию из 20 «моргающих глаз» и чтобы механизмы «глаз» были сделаны из анодированного алюминия. Полагаю, что алюминиевые детали я запущу делать на ЧПУ-фрезере, но перед этих хотел бы убедиться, что полностью доволен разработанной мозгоконструкцией, прежде чем начну «пускать» металлическую стружку. Для этого я нашел быстрый способ получить прототип скульптуры с помощью лазерной резки акрила. Я экспортировал контуры каждой детали и вырезал их на резаке из акрила нужной толщины. При этом лазерный резак может лишь прорезать плоскость материала, поэтому некоторые особенные элементы кромок - в основном отверстия - пришлось потом сделать на фрезерном станке.
Шаг 4: Электрокомпоненты
Как я уже упоминал, на создание платы электроцепи нужно время и я стараюсь заказывать ее как можно раньше, чтобы потом было больше времени на сборку электросхемы. Сперва я создаю дизайн-макет электроцепи в Eagle CAD, а затем, перед отправкой на изготовление, собираю ее на макетной плате,чтобы проверить правильно ли она функционирует. В случае чего легко переткнуть проводки на макетке, а вот заказать новую печатную мозгоплату - это дорого, отнимает много времени, да и немного досадно.
После доставки платы я начинаю пайку маленьких электродеталей поверхностного монтажа. Знаю, что многие используют приобретенные онлайн #Making-A-SMD-Reflow-Oven/">плавильные печи для плат. Данный способ кажется интересным, но, честно говоря, для меня пайка этих крохотных деталек обычным паяльником процесс довольно легкий.
Шаг 5: Шестерни
Как заставить глаз двигаться по окружности? Планируется использовать отслеживание лица с помощью Open CV, но это так же означает, что глаз нужно правильно позиционировать. В аниматронных куклах обычно применяется система толкающих стержней, которая прекрасно работает, если вы управляете движениями глаз в ручную, с помощью джойстика, но я бы хотел, чтобы программа отвечала за движения глаз. Настроить 20 скульптур, при этом чтобы все связки были одинаковой длинны, это даже звучит страшно, и поэтому на помощь придут шестерни! Я уже делал пару поделок с шестернями и сервоприводами, но всегда был ограничен тем, чтобы купить их у таких поставщиков как этот или этот. Я плотно поработал с лазерным резаком и даже разработал свой способ создания шестерней - или еще чего-то подобно, которые, возможно, вы захотите установить на шлицы сервопривода. Процесс оказался довольно интересным чтобы написать отдельное мозгоруководство - «#Laser-Cutting-Gears-for-a-Hitec-Servo/">Создание шестеренок на лазерном резаке» .
Шаг 6: Осевые штифты
Веки мозгоподелки должны на чем-то вращаться. В данной сборке отверстие, в котором располагается осевой штифт, очень продолговатое и не за что взяться, если штифт необходимо вытащить, что является хорошим поводом, чтобы доработать мои последующие механизмы. Для прототипа это не критично, поэтому сейчас я оставлю как есть. А чтобы легко вынимать штифты других поделок оснащу из небольшим колпачком, сделанным на станке.
Шаг 7: Глазные яблоки и веки
Вопрос буквально стоит в том, чтобы сделать пару век на пару лет. Они должны быть относительно тонкими, но при этом держать свою форму, слишком толстые веки выглядят громоздко, а тонкие искривляются и трутся о глазное яблоко. Ничто не подходит. Я задумался даже о механической штамповке, чтобы попытаться отчеканить их из тонкого медного листа. Но мысль о штамповке и пайке 20 комплектов век прервала эту мозгозадумку.
Огромный мир новых возможностей открывает 3D-печать. Я могу напечатать тонкие и изящные веки, которые еще держат свою форму, а относительная легкость процесса печати (в отличии от штамповки и пайки, или литья) позволяет мне быстро повторить изначальную модель. Признаюсь, я не знаю, как еще можно сделать эти детали самоделки.
Однако возникла еще пара проблем: во-первых, верхние и нижние веки должны вращаться на одном и том же штифте, поэтому они в некоторых местах трутся друг о друга. Решением этой проблемы стали небольшие латунные втулки, которые надеваются на оси верхнего века, этот вкладыш на пластике дает гладкую поверхность, и это должно хорошо сработать.
Во-вторых, материал, который я использовал для 3D-печати, белого цвета, а веки моей поделки должны быть черными. И я был рад узнать что можно успешно использовать#Dye-a-3D-Printed-Part/"> черный краситель. Немного графита для смазки сочленений и механизм начал моргать.
Шаг 8: Вакуумная формовка
С оборудованием для вакуумного формования я какое-то время повозился, потому что до сих пор у меня не было поводов самостоятельно опробовать этот процесс. В этой самоделке я бы хотел максимально скрыть механизм, чтобы все внимание было сосредоточено на глаз, а не на то, что его заставляет двигаться.
В принципе процесс вакуумной формовки не очень сложный - вы просто нагреваете пластик и вакуумом «надеваете» его на пресс-форму. Хорошо описан этот процесс вот #Vacuum-Forming-a-Light-Diffuser/">здесь.
Я был приятно удивлен обнаружив в Autodesk Inventor опцию автоматического создания пресс-формы. До этого я и понятия не имел о такой возможности - вот одно из плюсов пребывания в мозгокоманде Autodesk. Данная опция позволила мне легко и быстро создать макет пресс-формы, которая с небольшим зазором будет точно соответствовать моей передней панели. После того, как макет формы был готов я приступил к ее изготовлению.
И конечно, в каждой детали есть свои нюансы:
Какой материал выбрать для пресс-формы? Напрашивающийся МДФ был легко доступен, поэтому я сформировал G-код и запустил Shopbot. Получилось довольно хорошо, вот только качество поверхности формы оказалось минимально допустимым, а так как я хотел создать не менее 20 деталей с помощью нее, то слегка обеспокоился о том, выдержит ли она. После формовки нескольких деталей опасения усилились, поэтому отправился на поиски и нашел несколько остатков мозгоакрила. С акрилом Shopbot не справляется, но на мое счастье, прибывание в команде Autodesk дает доступ к фрезерному станку. Тот же G-код, но финишная поверхность великолепная. В следующий раз пресс-форму буду делать сразу из алюминия.
Какой пластик (АБС, ПЭТГ, полистирол и т.п.) и какой толщины нужно использовать?
Я начал с 0.5мм-го полистирола, но он оказался слишком тонок и легко повреждается (примерно как крышка одноразового стаканчика). ПЭТГ толщиной 0.7мм проявил себя лучше, но все же был слишком гибким, а ПЭТГ толщиной 1.5мм был более прочным, но не повторял все детали, как это было необходимо. И в итоге я остановился на 1.5мм-м АБС, в котором сочетались все нужные мне свойства - легко формуется, хорошо повторяет детали и обрабатывается нормально. После того, как нужно количество АБС заготовок было сформовано, я на лазерном резаке чисто обрезал края и сделал все необходимые отверстия. Миссия выполнена!
Шаг 9: Раскрашивание глаз
Основу глазных яблок я сделал на 3D-принтере, но скульптура не будет завершенной, пока они не будут раскрашены.
Получившиеся 3D-принты оказались самыми хорошими из всех с которыми я сталкивался, но их поверхность все еще, на мое удивление, шершавая. Как то раз из медиа я узнал, что гладкая поверхность образуется путем многослойного грунтования: грунтовка - шлифовка - и еще раз повторить. Когда поверхность становится гладкой накладывается финишный белый глянцевый мозгослой.
Затем накладывается базовый слой радужной оболочки. Я хочу, чтобы каждый глаз был уникальным, и поэтому цвет каждого глаза немного отличается. Далее постепенно прорабатываются детали радужки и черным цветом рисуется зрачок. Также постепенно накладывается еще больше слоев краски и смолы, и это придает зрачку неуловимую глубину, которая действительно ощущается в законченном виде.
Затем добавляются кровеносные сосуды (то есть красные нитки), и наконец, вся эта «мешанина» покрывается тонким слоем полиэфирной смолы. Этот последний слой придает глазу слегка янтарный оттенок и помогает все закрепить.
Шаг 10: Временная стена
Моргающая поделка у меня уже готова, но необходимо еще место для их временного размещения, чтобы я посмотрел как они выглядят на стене, и которое легко транспортируется. Обычный лист фанеры 120х240см установленный вертикально является хорошей фальш-стеной, и ее легко изготовить - нужно всего лишь несколько клиньев, которые будут удерживать ее в вертикальном положении, и вырезанный на лазерном резаке шаблон, по которому фрезером легко вырезаются отверстия под механизмы глаз.
Шаг 11: Финальная сборка
Осталось лишь все собрать и установить, и самое время для фото.
На этом о «моргающей" поделке все, всем мозгоудачи!
( Специально для МозгоЧинов #Blink-Prototyping-a-blinking-eyeball-sculpture
