Przestrzenna optymalizacja obróbki surowego kamienia szlachetnego

Szlifowanie i polerowanie kamieni szlachetnych – sztuka wymagająca właściwej i dogłębnej analizy oraz wiedzy połączonej z wieloletnimi umiejętnościami i tradycjami, aby przekształcić rzadki kamień w unikatowy element biżuterii. Wykorzystując trójwymiarową technologię skanowania, otrzymujemy narzędzie pozwalające na lepsze wykorzystanie materiału i uzyskanie idealnie wyszlifowanego i wypolerowanego kamienia. 

Cel i obiekt pomiarowy

Po zakończeniu czynności związanych z ręcznym cięciem kamienia, zaskakująco mała część tego rzadkiego materiału pozostaje do dalszego wykorzystania: w przybliżeniu możemy mówić, iż dwie trzecie materiału jest tracone w wyniku procesu obróbki, a jedna trzecia stanowi produkt końcowy. Pomiary surowego kamienia przy wykorzystaniu skanera 3D o nazwie SmartScan 3D , nie tylko służą minimalizacji ilości odpadów, lecz pozwala na uzyskanie większej precyzji, a wynik 3D służy jako dane wejściowe dla kolejnego etapu jakim jest automatyczne polerowanie. 

Aby optymalnie wykorzystać kamień szlachetny, głównym zadaniem człowieka jest znalezienie najlepszego wzorca cięcia dla każdego z kamieni z osobna. Dla kolorowych kamieni, charakteryzujących się nieskończoną ilością możliwości cięcia i szlifowania, proporcjami i wzorcami okienka. Do dzisiaj, proces ten był wykonywany ręcznie a wybór cięcia zależał całkowicie od wiedzy i doświadczenia rzemieślnika. 

Nieobrobione, małych wymiarów kamienie, charakteryzują się bardzo nieregularnym kształtem, co z kolei przekłada się na trudność w digitalizacji metodami klasycznymi. Dzięki zaletom techniki opracowanej przez AICON 3D Systems, otrzymujemy możliwość wykonania procesu szlifowania całkowicie automatycznie.

Wykorzystując wychylno-obrotowy stolik CNC wraz z robotem podającym kamień, cały proces digitalizacji może być przeprowadzony w sposób automatyczny. Zależnie od stopnia przezroczystości kamienia, możliwym będzie konieczność pokrycia go łatwo zmywalnym kontrastem. Skaner SmartScan 3D , oferując ekstremalnie szybki czas pomiaru wynoszący mniej niż jedną sekundę, precyzyjnie i wydajnie przechwytuje całą geometrię. 

Dodatkowo możliwość samodzielnej kalibracji skanera przez użytkownika w przeciągu kilku minut, pozwala na zachowanie najwyższej precyzji przez cały czas procesu digitalizacji. Zależnie od rozmiaru kamieni, mamy do dyspozycji zmienne zakresy pomiarowe wynoszące od 25 do 50mm określane jako przekątna pola widzenia. Po zakończeniu procesu skanowania, geometria obiektu jest przeliczana i poddana wizualizacji w czasie krótszym niż 10 minut.

Przebieg

Kształt kamienia 3D, pozyskany w wyniku procesu digitalizacji, jest eksportowany do oprogramowania zaprojektowanego całkowicie przez Instytut Matematyki Technicznej i Przemysłowej ITWM (Kaiserslautern, Niemcy). Jego zadaniem jest wyliczenie optymalnych proporcji, ułożenia, geometrii i przedstawienie użytkownikowi kilku wariantów. W kolejnym kroku kamień taki jest przekształcany w idealny produkt poddawany obróbce na 17-sto osiowej obrabiarce dedykowanej do kamieni szlachetnych. 

Wynik

Uzyskany wynik, jako efekt skomplikowanej i precyzyjnej oraz automatycznej operacji digitalizacji, przy wykorzystaniu systemu SmartScan 3D jest optymalny dla indywidualnego kamienia szlachetnego. Dostarcza on wszystkie dane 3D potrzebne do dalszej obróbki. Uzyskana optymalizacja procesu polega nie tylko na oszczędności czasu w wyniku digitalizacji, ale znacząco redukuje ilość odpadów powstających w wyniku obróbki mechanicznej. Produkt końcowy posiada większą masę, stąd większa jest jego wartość w stosunku do kamieni szlifowanych metodami tradycyjnymi. 

 
Pragniemy podziękować firmie Paul Wild GmbH oraz Andreas Dinges (ITWM) za ich pomoc w realizacji tego raportu.