Arqueología - Vitoria-Gasteiz.


 
 

 

VAMOS A INCLUIR ESTA INTERESANTÍSIMA TESIS DOCTORAL, YA QUE A MEDIDA QUE AVANZA LA CIENCIA Y CON ELLA LA TECNOLOGÍA, APARECEN NUEVAS HERRAMIENTAS DE TRABAJO, Y ÉSTA ES UNA DE ELLAS, LA POSIBILIDAD DE CREAR CLONES DE PIEZAS ARQUEOLÓGICAS, COMO BUSTOS Y ESCULTURAS MILENARIAS, ETC, CON ESTAS NUEVAS TÉCNICAS.

AGRADECEMOS AL CREADOR DE ESTA TESIS DOCTORAL, JOSÉ CARLOS ESPINEL VELASCO, POR PERMITIR LA LIBRE DIFUSIÓN DE ÉSTE, SU TRABAJO, AL IGUAL QUE MUCHOS CIENTÍFICOS QUE CEDEN SUS INVENCIONES TECNOLÓGICAS CON CÓDIGO ABIERTO Y LIBRE, PARA QUE TODO EL MUNDO DISFRUTE DE SUS AVANCES, Y MUCHOS OTROS CONTINÚEN CON SU TRABAJO PARA MEJORARLO PERFECCIONÁNDOLO.

Procesos digitales y sistemas de prototipado rápido aditivos aplicados a la creación escultórica de pequeño formato y relieves.

UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID.

FACULTAD DE BELLAS ARTES.

TESIS DOCTORAL.

MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTOR PRESENTADA POR

José Carlos Espinel Velasco.

Directora Elena Blanch González.

Madrid, 2016.

 

A Laura, Adriana, Claudia y Gabriela. La fuerza y luz de mi vida.

 

AGRADECIMIENTOS.

A Elena Blanch: Por guiarme en todos estos años, por enseñarme que arte y tecnología están intimamente ligados y por su apoyo en todo momento. El mundo del arte necesita más personas como tú, abiertas, sin prejuicios y capaces de abrazar las oportunidades cuando todavía no están ahí.

A mis padres: Por enseñarme el valor del esfuerzo y del trabajo.

A Laura: Por estar ahí para mí, por tu incansable actitud ante la vida, por no dejarme tirar la toalla y por ayudarme a diario. Sin tu determinación y tu constante apoyo no lo habría conseguido. Gracias, por sacar siempre lo mejor de mí y por acompañarme siempre.

 

ÍNDICE.

0. ABSTRACT

1. INTRODUCCIÓN

1.1. LA PRODUCCIÓN ESCULTÓRICA EN LA ÉPOCA DE LA VIRTUALIDAD

1.2. LA IMAGEN INFOGRÁFICA

1.3. NUEVAS POSIBILIDADES

1.4. CONCLUSIÓN

2. OBJETIVOS

3. LAS TECNOLOGÍAS DIGITALES

3.1 SISTEMAS CAD/CAM

3.2. LOS GRÁFICOS TRIDIMENSIONALES POR ORDENADOR

3.3. ANTECEDENTES

4. EL TALLER DEL ARTISTA DIGITAL

4.1. LAS HERRAMIENTAS

4.2. EL SOFTWARE

4.3. ESCÁNERES 3D

4.4. REALIDAD AUMENTADA

4.5. CONCLUSIÓN

5. PROCESOS DE PRODUCCIÓN 3D

5.1 PROTOTIPADO RÁPIDO

5.2. EL PROCESO BÁSICO

5.3. VENTAJAS GENERALES DE LOS PROCESOS ADITIVOS

5.4. REQUERIMIENTOS DEL MODELO 3D PARA IMPRESIÓN

5.4.1. Manifold objets

5.4.2. Normales

5.4.3. Grosor de las paredes

5.4.4. Detalle de superficie

5.4.5. Tamaño máximo

5.4.6. Agujeros de vaciado

5.4.7. Resolución del archivo

5.5. SINTERIZADO LÁSER SELECTIVO (SLS)

5.5.1. El proceso

5.5.1. Materiales

5.6. ESTEREOLITOGRAFÍA

5.6.1. El proceso

5.6.2. Resolución

5.6.3. Materiales

5.6.5. Características

5.7. FUSED DEPOSITION MODELING FDM

5.7.1. Proceso

5.7.2. Resolución

5.7.3. Proyecto RepRap

5.7.4. Gran formato

5.7.5. Fused deposition modeling of metals

5.7.6. Características

5.8. IMPRESIÓN 3D POR INYECCIÓN: 3D inkjet printing

5.8.1.Proceso

5.8.2. Resolución

5.8.3. Color Jet Printing (CJP)

5.8.4. Materiales

5.8.5. Ventajas del procedimiento

5.9. INYECCIÓN DE FOTOPOLÍMEROS

5.9.1. Proceso

5.9.2. Materiales

5.9.3. Color

5.9.4. Acabados

5.9.5. Beneficios

5.10. Conclusiones

6. IMPRESIÓN DE MODELOS TRIDIMENSIONALES

6.1. EL MODELO DE BULTO REDONDO

6.2. EL MODELO DE RELIEVE

6.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS MUESTRAS

6.4. MUESTRAS

6.5. CONCLUSIONES

7. EL RELIEVE: DE LA IMAGEN 2D AL MODELO 3D

7.1. BUMP MAPPING Y DISPLACEMENT MAPPING

7.1.1. Texture mapping

7.1.2. Bump mapping

7.1.3. Displacement mapping

7.1.4. Mapa de niveles: Imagen en escala de grises

7.2. MODELADO DE RELIEVES Y MEDALLAS A PARTIR DE MAPAS DE DESPLAZAMIENTO

7.3 ACERCAMIENTO Y PRIMEROS PASOS

7.4 METODOLOGÍA

7.5 FORMATO Y RESOLUCIÓN DE LA IMAGEN

7.6. APLICACIÓN DEL MAPA DE DESPLAZAMIENTO

7.7. PRODUCCIÓN DE LAS MUESTRAS

7.8. CONCLUSIONES

8. CONCLUSIONES

9. BIBLIOGRAFÍA

ANEXO: Fichas técnicas de materiales

 

"El gran libro de la naturaleza está escrito en símbolos matemáticos".

                  Galileo Galilei.

 

LOS PROCESOS DIGITALES Y SISTEMAS DE PROTOTIPADO RÁPIDO ADITIVO APLICADOS A LA CREACIÓN ESCULTÓRICA DE PEQUEÑO FORMATO Y RELIEVES.

 

0.1. INTRODUCCIÓN.

La historia del arte está inevitablemente ligada al desarrollo tecnológico. La escultura es una disciplina artística que ha estado presente en toda la historia de la humanidad, desde las venus paleolíticas hechas a mano, hasta esculturas contemporáneas realizadas con tecnologías digitales. Estas últimas son el tema principal de esta tesis.

El siglo XX ha sido testigo de la aparición y el desarrollo de la informática. El desarrollo de esta tecnología se debe, fundamentalmente, a su potencial sobre todo en el campo de la ingeniería, pero es un error pensar que el desarrollo de la informática se debe sólo a ingenieros y científicos. Los artistas han participado en todo el desarrollo de los gráficos por ordenador, jugando un papel muy importante en el nacimiento y la evolución de los sistemas de modelado en tres dimensiones.

Desde que Charles Babagge conceptualizara la computadora a finales del siglo XIX, la informática ha evolucionado a un ritmo vertiginoso.

Las nuevas tecnologías permiten la creación escultórica por medio de un ordenador, ofreciendo diferentes posibilidades creativas que podemos clasificar en tres grupos: de creación, de exposición y de conservación.

En cuanto a opciones para la creación artística, las nuevas tecnologías ofrecen una amplia gama de posibilidades. Desde el punto de vista de la estética, se puede hablar de las nuevas tecnologías como meras herramientas, como un cincel o una gradina.

Los ordenadores pueden ser utilizados para modelar figuras en 3D, los escáneres tridimensionales se pueden utilizar como método de conservación o como una herramienta creativa con la que podemos escanear una pieza inacabada para terminarla posteriormente en el ordenador, y las impresoras tridimensionales y demás sistemas de prototipado rápido, nos permiten traducir nuestra creación virtual al mundo material. En este punto debe tenerse en cuenta que no sólo el escáner tridimensional permite la exploración y la traducción del mundo material en el mundo tridimensional virtual, otras herramientas y métodos, como es el caso de tecnologías médicas como el TAC (Tomografía Axial Computarizada), han sido utilizadas como herramientas para la creación de obras de arte.

En cuanto a las oportunidades conceptuales, la creación escultórica virtual ofrece posibilidades que no ofrecen los procesos de creación que entendemos como tradicionales. El simple hecho de copiar o traducir la realidad a través de un escáner en tres dimensiones abre un nuevo mundo de posibilidades conceptuales que de otro modo no hubiera sido posible. En este sentido, las esculturas de Robert Lazzarini juegan con nuestro sistema perceptivo abriendo ante nosotros una nueva dimensión a la que no podemos acceder.

 

0.2. OBJETIVOS.

Este trabajo se centra en lo que se conoce como prototipado rápido, los sistemas automatizados por los cuales prototipos o piezas finales se fabrican a partir de un modelo CAD tridimensional. Estos procesos de fabricación pueden tardar desde minutos hasta horas en crear una pieza que, de otro modo, a través de los sistemas convencionales podría llevar semanas o incluso meses. Estos procesos son también, en general, más económicos y permiten la fabricación de piezas únicas que, de lo contrario, tendrían que ser fabricadas mediante el ensamblaje de varias piezas .

El objetivo inicial de estas tecnologías fue la creación de prototipos más baratos y de una manera más rápida, ya que no es necesaria la creación de moldes caros o procesos de fabricación para comprobar y analizar un prototipo antes de una gran producción. Gracias a la amplia variedad de procesos y materiales, estas tecnologías son hoy en día consideradas como procesos de fabricación no sólo para prototipos, ya que la mayoría de los objetos son considerados productos finales. 

Los términos "prototipado rápido" y "fabricación aditiva" se utilizan indistintamente, para referirse a la primera.

Esta investigación no pretende ser una recopilación de todos los procesos disponibles en el mercado, sino una explicación de los procedimientos generales y principales. Es posible que surjan algunos procesos completamente nuevos y sin relación con los procesos que se muestran aquí, pero los que están disponibles hoy en el mercado se pueden clasificar de la siguiente forma: 

1 · Sinterizado selectivo láser (SLS) 

2 · Estereolitografía (SLA) 

3 · Modelado por deposición fundida 

4 · Impresión por inyección de tinta 3D 

5 · Impresión por inyección de fotopolímero (Multijet / Polyjet).

Se ha realizado una investigación de materiales y procesos, estudiando las características fundamentales de cada uno de ellos con el objetivo de disponer de un documento de consulta donde los artistas interesados en estos procesos de producción puedan obtener información relativa a los sistemas y materiales disponibles en el mercado.

No ha sido posible obtener una muestra de cada proceso y material disponible en el mercado, pero se ha hecho una muestra de los sistemas y materiales más representativos, obteniendo un total de 22 muestras en 17 materias diferentes.

Por otra parte, el mundo del modelado tridimensional siempre se ha centrado en el diseño de las figuras de bulto redondo. En este trabajo la intención 

ha sido estudiar las posibilidades que estas tecnologías ofrecen para la creación de relieves, tan fundamentales en la evolución de la humanidad y el registro de nuestra historia. El resultado, como se muestra en el Capítulo 8 ha sido muy satisfactorio. El trabajo ha tenido éxito en el desarrollo de un protocolo para la creación de un modelo de relieve a partir de una imagen bidimensional en escala de grises que, al ser aplicada como un mapa de desplazamiento convierte la malla tridimensional en un relieve virtual.

Para este procedimiento el estudio ha partido de una herramienta disponible en los programas de modelado virtual conocida como "mapa de desplazamiento". El objetivo de esta herramienta es proporcionar volumen o rugosidad a los modelos virtuales mediante la modificación de la geometría del modelo. 

Funciona a través de un método de niveles de altura que consiste en que los diferentes tonos de gris de una imagen se traducen como diferentes alturas en un modelo tridimensional, y al aplicar esta imagen en escala de grises como mapa de desplazamiento, la posición de los vértices de la malla 3D es modificada, cambiando su geometría. 

El Mapa de desplazamiento crea mallas muy grandes y complejas de manejar y no es una herramienta adecuada para producciones audiovisuales. La representación de un objeto compuesto por muchos polígonos resulta ser un proceso muy lento y el peso del archivo se incrementa en gran medida, pero, a pesar de esto el Mapa de Desplazamiento es una herramienta ideal para nuestro objetivo, ya que modifi ca la geometría de la malla tridimensional.

 

0.3. CONCLUSIONES.

La investigación y el desarrollo de nuevos materiales y sistemas de prototipado rápido se encuentra en constante evolución y es un campo lleno de posibilidades para los artistas. Tal vez los sistemas menos desarrollados son los que trabajan directamente con el metal como el sinterizado directo de metal por láser, del que no se ha hecho ninguna muestra debido a su alto precio y la escasez de proveedores. Sin embargo, hay una amplia gama de materiales como resinas y plásticos que pueden trabajar con diferentes sistemas cubriendo así una amplia gama de necesidades creativas y estéticas.

Los artistas que trabajan con estas tecnologías tienen a su alcance una amplia gama de procesos y materiales que no sólo pueden proporcionar un elemento estético sino que también puede dar a nuestro trabajo contenido conceptual.

Por otro lado el proceso de modelado de relieves virtuales tridimensionales no ha sido, hasta ahora, desarrollado en profundidad. Basado en imágenes bidimensionales en escala de grises, la aplicación de estas como mapa de desplazamiento modifica la malla tridimensional, obteniendo un relieve. Con este trabajo se ha logrado establecer un protocolo para la creación de relieves digitales tridimensionales mediante el uso de esta herramienta.

Esta investigación pretende reflejar que el desarrollo tecnológico que está teniendo lugar abre posibilidades ilimitadas para los artistas, liberándonos (por decirlo de alguna manera) de la esclavitud material a la que siempre hemos estado sometidos.

Los artistas, en el sentido más tradicional del concepto, acostumbraban a tener un estudio donde trabajar y guardar las herramientas y materiales. Hoy en día no es imprescindible contar con este espacio ni con estas herramientas para crear y hacer un trabajo técnicamente impecable. Como se explica en el capítulo 3 de esta tesis el espacio de trabajo del artista ha evolucionado, y ya no es imprescindible para desarrollar una carrera excepcional en el mundo del arte.

Con estas nuevas tecnologías emergentes, el arte está en un proceso de democratización al que no tenemos que temer y que, por el contrario debemos abrazar. Estas tecnologías permiten que nuestro trabajo impacte en un mayor volumen de público, dado que ya no es necesario estar físicamente frente a la obra, y pueden ayudarnos a difundir nuestras creaciones sin temer por su integridad, pudiendo incluso eliminar el factor económico tradicionalmente vinculado a las exposiciones.

Así este trabajo se ha centrado en investigar estas áreas referentes a la creación escultórica virtual y su traducción en el mundo material a través de los sistemas de prototipado, actualmente en pleno desarrollo.

 

0. ABSTRACT.

DIGITAL AND RAPID PROTOTYPING PROCESSES APPLIED TO THE CREATION OF SMALL FORMAT SCULPTURES AND RELIEFS.

0.1. INTRODUCTION

Art history is, indeed, linked to technological development. Sculpture is an artistic discipline that has been present throughout the history of mankind, from the handmade Venus figurines to contemporary sculptures made with digital technology. These latter are the main subject of this thesis.

The twentieth century has seen the emergence and rapid development of what we call computer science. The development of this technology is given by its potential primarily in the fi eld of engineering but it is wrong not to think that the development of computer science is only due to the intellect of engineers and scientists. Nevertheless, artists have been involved as well throughout the development of computer graphics, playing a very important part in the birth and evolution of three-dimensional modeling systems.

Since Charles Babagge defined the digital computer in the late nineteenth century, computer sience has evolved at a dizzying pace.

New technologies allow the sculptural creation by means of a computer, offering different creative possibilities that we can classify in three groups: creation, exhibition and conservation.

In regard to creation, new technologies offer us a wide range of opportunities. From thie point of view of aesthetics, we can speak of new technologies as mere tools, like a chisel or a gradina.

Computers can be used to model 3D figures, three-dimensional scanners can be used as a preservation method or as a creative tool that allows us to scan an unfinished piece to finish it on the computer, and the three-dimensional printers and other rapid prototyping systems, allow us to translate our virtual creation to the material world. At this point it should be noted that not only the three-dimensional scanner allows exploration and translation of the material world into the virtual three dimensional world. Other tools and methods, like medical technologies, have been used as tools for creating artworks, as is the case of the CAT scan (Computerized Axial Tomography).

Regarding conceptual opportunities, virtual sculptural creation offers possibilities that wouldn’t have been possible by means of traditional creation processes. The mere fact of copying or translating reality through a three-dimensional scanner opens a new world of conceptual possibilities that would otherwise not have been possible. For instance, Robert Lazzarini’s artwork plays with our perceptual system by opening before us a new dimension to which we can not access.

 

0.2. OBJECTIVES.

This work is focused on what is known as rapid prototyping, automated systems by which prototipes or end pieces are made from a threedimensional CAD model.

These processes can take anywhere from minutes to hours to produce a piece that, otherwise, through conventional systems could take weeks or even months. This processes are also, in general, more economical and allow the manufacture of unique pieces that, otherwise, would have to be manufactured by assembling several pieces or parts. 

The initial objective of these technologies was to prototype faster and cheaper, as it is not necessary to create expensive molds or manufacturing processes to check and analyze a prototype before a big production. Thanks to the wide variety of processes and materials, these technologies are nowadays considered as a manufacturing process not only for prototypes; most of the objects are considered fi nal products. The additive processes are known as rapid prototyping technologies. The terms "rapid prototyping" and "additive manufacturing" are hence used interchangeably when refering to the fi rst one.

This research is not intended to be a compilation of all the processes available in the market, but an explanation of the general and basic procedures. There can be, and indeed will be, developments thereof improvements. There might arise some completely new and unrelated proceses to those shown here, but those available today in the market can be classified into the main outline of procedures presented in this work as follows:

1 · Selective Láser Sintering (SLS)

2 · Stereolithography (SLA) 

3 · Fused Deposition Modeling 

4 · 3D inkjet printing 

5 · Photopolymer jet printing (Multijet / Polyjet)

A research of materials and processes has been performed and documented, studying the fundamental characteristics of each one with the aim of having a consultation paper where artists interested in these production processes can get information to check the systems and materials available on the market . It has not been possible to get a sample from each process and material available, but there has been done a sample of the most representative systems and materials, performing a total of 22 samples in 17 different materials.

On the other hand, the world of three-dimensional modeling has always focused on the design of the round figures and in this work my intention was to study the possibilities that these technologies open for a an art like reliefs, so fundamental on the evolution of humankind and the record of our history (for instance, Roman Empire reliefs collected victories as Trajan’s Column or the Ara Pacis). The result, as shown in Chapter 8 has been very satisfying. 

The work has succeeded in developing a protocol to establish a procedure to create a model of relief from a twodimensional grayscale image that, when applied as a displacement map converts the threedimensional mesh into a relief.

For this procedure the study has started from a tool available in virtual modeling programs known as displacement mapping. The aim of the application is to provide volume or dimensional roughness by modifying the model’s geometry. It works through a method of height levels: to do so an image in grayscale is used, where different shades of gray represent the different heights in a three-dimensional model. Applying this grayscale image as displacement mapping changes the position of the vertex of the 3d mesh, changing its geometry and getting a real relief.

Displament mapping creates very complex meshes to handle and it is not suitable for mapping audiovisual productions. Rendering an object composed of many polygons turns out to be a slower process and also the weight of the file is greatly increased, but this tool allows texture volume to be noticed in a piece produced through 3D prototyping methods, since this tool modifies the three-dimensional mesh.

 

0.3. CONCLUSIONS.

Research and development of new materials for rapid prototyping systems is in constant evolution and is a field full of possibilities for artists. Perhaps the less developed systems are those working directly with metal like Direct Metal Laser Sintering, from which no sample has been done due to its high price and scarcity of suppliers. However there is a wide range of materials such as different types of resins and plastics that can work with different systems covering a wide range of creative and aesthetic needs.

Artists working with these technologies have a wide range of processes and materials at their disposal that can not only provide an aesthetic element but also can give our work conceptual content. If, for instance, the artist advocates a position or theory of strong environmental ethics, we can use, to defend it, biodegradable and recycled materials that will help us strengthen the message we want to convey.

Quality and production sizes available in the market, define the optimal use of this technologies for the creation of small sculptures and reliefs. The process of modeling three-dimensional virtual reliefs has not been widely developed. Based on two-dimensional images in gray scale, and applying them as displacement map that modify the mesh, this work has succeeded in establishing a protocol for creating digital threedimensional reliefs.

Overall, the work is intended to reflect that the technological development taking place these days is opening unlimited possibilities for the guild of artists, liberating us (to put it in some way) from the material bondage to which we have always been tied.

Traditional artists used to need a studio, a physical space to keep their brushes and paints, in the case of painters, or stones and tools in case of a sculptor. Nowadays it is not essential to have these tools to create and make a technically flawless work, as discussed in Chapter 3 of this work. The artist’s workplace has evolved, and so have the tools and even the chances to develop an exceptional career in the art world.

With new emerging technologies, art is undergoing a process of democratization that we should not fear and, indeed, we must embrace. This technologies allow our work to impact the largest possible audience, given the fact that it’s not necessary anymore to be physically in front of it. Even if our creative process remains traditional, these technologies can help us spread our creations without fear for their integrity. There is no need anymore to move artwork around the world as it could be directly produced on the site where the exhibition will be taking place. This way, the traditional economic ties related to art exhibition may some day be discarded.

This work is focused on the research of these areas related to the virtual sculptural creation and its translation into the material world through prototyping systems, currently under development.

 

   

 Fresco romano en el Cubiculum de la Villa, de P. Fannius Synistor en Boscoreale. Perteneciente al periodo de la República Romana 50–40 A.C.