Publicatie:DIM Casestudie Vlaszwingelturbine Vansteenkiste - Texture
| Titel | DIM Casestudie Vlaszwingelturbine Vansteenkiste - Texture (Voorkeurstitel) |
| Locatie | |
| Uitgever | |
| Jaar van uitgave | 2016 |
| Rechten | CC-BY-SA |
| Persistent ID |
Deze publicatie maakt deel uit van het cultureel ontwikkelingsgericht erfgoedproject Duiken in de Machine
Omschrijving
De Vlaszwingelturbine ‘Vansteenkiste’ is een Vlaams topstuk van de vlasnijverheid. De machine behoort tot de collectie van Texture – Museum over Leie en Vlas en is in het museum te bezichtigen samen met mechanische brakel en drijfwerk. De machine werd gemaakt in de werkhuizen Vansteenkiste te Wevelgem en de mechanische brakel in de werkhuizen Vanhauwaert te Kuurne. De gietijzeren onderdelen werden gegoten door de gieterij Paret te Izegem. De machine zou omtrent het jaar 1937 gebouwd zijn, alhoewel van deze productie geen patent of technische tekeningen teruggevonden werden. Bovendien is van deze uitvoering van de zwingelturbine in Vlaanderen geen enkel exemplaar meer bekend. Het doet vermoeden dat deze machine een prototype was. De gebroeders Constant en Jozef Vansteenkiste hebben samen 51 patenten op hun naam staan. Zij beweerden dat hun zwingelturbines de enige waren die gebruik maakten van het ‘échte Vlaamsche zwingelprinciep’. Hun machines werden dan ook over heel de wereld verkocht. De vlaszwingelturbine werd eind 1981 door Godfried Vansteenkiste aan het Vlasmuseum – het toenmalige Texture – geschonken.
Realisatie
Handmeten, schetsen en uittekenen CAD-model
Een traditionele methode om een 3D model te verkrijgen is om het model uit te tekenen in een CAD pakket op basis van genomen afmetingen. Machine onderdelen worden opgemeten met de hand of worden op basis van fotomateriaal afgeleid. Het is handig om daarbij een schets van het onderdeel te maken en daarop de maten aan te brengen zodat je de schets als referentie bij het uittekenen kan gebruiken. Machinecomponenten worden doorgaans uitgetekend in een technisch CAD pakket. Technische CAD modellen zijn 3D modellen die nauwkeurige productie-informatie bevatten.
Handmeten en handschetsen is een efficiënte methode als de machine onderdelen voldoende bereikbaar zijn. Het is een goede opdracht voor scholieren of studenten die zich het technisch tekenen eigen maken. Professionele dienstverleners grijpen eerder terug naar technieken zoals 3D laserscanning die hen in staat stellen de maatvoering nauwkeuriger vast te leggen.
3D laserscanning
Bij het maken van een 3D scan neem je als het ware een driedimensionale foto. De scanner registreert via een laserstraal afstanden vanaf de scanner tot het object; in dit geval de zwingelturbine. Deze afstanden worden omgezet in digitale punten in een xyz-coördinatenstelsen. Wanneer men een verzameling van punten heeft, dan spreekt men van een puntenwolk. De digitale buitenkant van de zwingelturbine wordt op deze manier door miljoenen punten vormgegeven.
Het bedrijf RealVisuals stond in voor het maken van de 3D scan. Zij beschikken over een FARO-scanner die puntenwolken genereert van alles dat zich in een straal van 130 meter van de scanner bevindt. De scanner neemt ook foto’s van de omgeving en kent de kleuren van de foto’s toe aan de gescande punten. Hierdoor wordt een heel nauwkeurige weergave van de werkelijkheid gegenereerd. Het scannen zelf is een fluitje van een cent. Je stelt de scanner in, je zet deze op een gekozen plaats, je drukt op start en laat de scanner zijn werk doen. De scanner werd op 9 verschillende punten rondom de zwingelturbine opgesteld. Het duurde vijf minuutjes voor het maken van 1 scan van 180° rondom de opstelling. Al bij al goed voor een klein uurtje werk. De puntenwolk bevat nauwkeurige informatie over de zwingelturbine. Om de informatie van de puntenwolk te bekijken heb je een computer met veel rekenkracht en speciale software nodig. De puntenwolk wordt opgeschoond door overbodige punten te verwijderen. De scandata kan dan gebruikt worden om een toegankelijker 3D model te maken.
Fotogrammetrie
De zwingelturbine was de eerste machine binnen het project waar fotogrammetrie op uitgeprobeerd werd. Fotogrammetrie gelijkt erg goed op 3D scanning, met het verschil dat de puntenwolk berekend wordt op basis van foto’s. Door foto’s van de machine vanuit verschillende camerastandpunten genomen in een ‘Photogrammetry software’ in te laden kan de computer de puntenwolk berekenen door middel van trigonometrie – driehoeksmeetkunde dus. Voor dit experiment werd de gratis software ‘Visual SFM’ gebruikt. De kwaliteit van de foto’s bleek achteraf onvoldoende om een uitstekend resultaat te behalen. Aangezien fotogrammetrie een digitalisatietechniek is waarbij de grootste investering ‘enthousiasme en geduld’ is wordt de techniek opnieuw toegepast in projectfase twee op de Themilco hopplukmachine door de fotoclub van Poperinge.
Puntenwolk naar mesh
Wanneer je een puntenwolk van de machine hebt, dan heb je eigenlijk miljarden punten die de machine in de xyz-ruimte ‘definiëren’. Het digitale bestand is enkele gigabytes zwaar en kan niet op gelijk welke computer met gelijk welke software geopend worden. De informatie lijkt ons voor het archief van onschatbare waarde, maar de ontoegankelijkheid van zo’n bestand nodigt niet uit om het actief te gebruiken. Softwareproducenten doen dan ook hun best om de omzetting van een puntenwolk naar een mesh te optimaliseren. ‘Mesh’ is de term die gebruikt wordt om een 3D model te beschrijven die bestaat uit een aaneenschakeling van polygonen (of veelhoeken). Een mesh is wel een toegankelijk 3D model en het kan, mits een open bestandsextensie gebruikt wordt, in elk 3D-pakket geopend worden. De modellen kunnen zelfs toegankelijk gemaakt worden voor het bekijken in een internetbrowser. De gigabytes aan puntenwolk worden gereduceerd naar enkele megabytes aan mesh. Software berekend hoe bepaalde punten van de wolk verbonden moeten worden om veelvlakjes, vaak driehoeken, te bekomen, die het model vormen. Miljarden punten worden vervangen door miljoenen driehoeken. De scandata van de zwingelturbine werd door het bedrijf Arithmetica omgezet naar een mesh. Arithmetica heeft daarvoor de software ‘Pointfuse’ ontwikkelt.
Reverse Engineering
Een mesh die gegenereerd wordt vanuit een puntenwolk bestaat uit vele, en ook zeer kleine polygonen. Het model is vormelijk gedetailleerd, maar is niet geschikt voor het maken van technische tekeningen of bewegende animaties. Het blijft een statisch 3D model... Wilt men meteen een 3D model dat geschikt is voor verdere bewerkingen, dan kiest men voor het Reverse Engineering van de machine. Reverse Engineering is een term die gebruikt wordt in de industrie om aan te duiden dan van machine-onderdelen een 2D of 3D CAD (Computer Aided Design) model uitgetekend wordt. Daarvoor dient het onderdeel opgemeten en uitgetekend te worden, zoals in de eerste studentenopdracht voor deze machine gedaan werd. Ditmaal laten we een CAD model van de volledige machine uittekenen door TEN (The Engineering Network). Dit doen zij op basis van gedetailleerde scandata van de machine. Nu hebben we een 3D model waarmee we allerlei kanten op kunnen. Later zullen we echter merken dat het om verschillende doelstellingen te bereiken, toch nog te veel bewerkingen van het CAD-model vergt om over een 'efficiënte methode' te kunnen spreken. Het is aangeraden om altijd het eindresultaat en de te behalen doelstellingen vast te leggen vooraleer met 3D aan de slag te gaan.
Bewegingssimulatie en technische tekeningen
3D CAD-modellen zijn 3D modellen die gebruikt worden in de industrie voor productiedoeleinden. Daarom kan men er accurate technische resultaten van afleiden. Van de mechanische brakel werd een bewegingssimulatie gemaakt, waarbij bewegingen en bewegingsbeperkingen aan de tandwielen en de rollen werden toegekend. Er werden ook technische tekeningen met bemating van enkele onderdelen gemaakt. Een 'exploded view' of 'ploftekening' van de assemblage toont op een overzichtelijke manier aan welke onderdelen er allemaal terug te vinden zijn in de brakel.
Maquettes en 3D printing
Voor het maken van maquettes middels Lasercutting en 3D printing werden de CAD-modellen van zowel de mechanische brakel, als van de volledige zwingelturbine gebruikt. Door het maken van snedes en door het genereren van 2D tekeningen van de modellen, werden patronen voor lasercutting gemaakt. Door de modellen of onderdelen te verschalen en hiervan een 'export' naar STL (Surface Tessellation Language) -formaat, een open bestandsformaat die frequent gebruikt wordt voor 3D printing, te maken, kon er ook ge-3D-print worden. Het grootste probleem bij het maken van maquettes op schaal van levensgrote modellen, is dat sommige onderdelen na verschaling zodanig klein worden, dat ze niet meer functioneel zijn. Hetzelfde geldt voor wanddiktes: als plaatstaal bij ware grote bijvoorbeeld 6mm dik is, dan is dat na verschaling 1/10 slechts 0,6mm dik. Als de printer deze maat al haalt, dan is het onderdeel zo fragiel dat het bij manipulatie meteen breekt. Wanneer je kiest voor prototyping op schaal als eindresultaat, dan is het beter om de modellen ook meteen op de gewenste grote uit te tekenen. Dan kan je opteren om altijd een minimumdikte van 2mm aan te houden en het model zo te vereenvoudigen dat componenten die op schaal te klein zijn eenvoudigweg weggelaten worden.
Je moet er ook altijd rekening mee houden dat er methodes en verschillende materialen zijn om te 3D printen. Er bestaan goedkopere en duurdere uitvoeringen, voor bepaalde doeleinden sterkere en zwakkere materialen. Voor welke printer en voor welk materiaal je kiest zal zeker een impact hebben op de realiseerbaarheid, duurzaamheid en esthetiek van het eindresultaat.
Virtual Reality tour rond de machine
Naast technische en fysieke eindresultaten, wilden we ook een visueel eindresultaat van de zwingelturbine nastreven. Visuele ontsluiting van de collectie vormt meestal het leeuwendeel van een museumtentoonstelling. Aangezien we binnen dit project met bewegende 3D modellen werkten, wilden we verder gaan dan een statische visuele weergave. We kozen ervoor een Virtual Reality applicatie rond de machine te ontwikkelen door Howest - Digital Arts & Entertainment. Zij maakten een 'Google Cardboard' applicatie die met behulp van smartphone en goedkope Virtual Reality-bril met magneetknop bekeken en bestuurd kan worden. Binnen de applicatie kan men een tour rondom de zwingelturbine maken, krijgt men in pop-up venstertjes informatie over de machine en kan men de machine open- en dichtdoen, aan- en uitzetten. Aangezien de Virtual Reality tour op een smartphone bekeken moet kunnen worden, moeten de gebruikte modellen heel licht zijn. Voor het maken van dergelijke applicatie worden 'low-poly models', of 3D modellen met een laag aantal polygonen, gebruikt. Het CAD-model van de zwingelturbine werd geëxporteerd naar een polygoonmodel. Dit polygoonmodel, die nog veel onwillekeurige en onnodige polygonen bevat wordt verder 'opgekuist' totdat een wenselijk aantal polygonen bereikt is. Met dergelijk low-poly model kunnen dan allerlei visuele producten gemaakt worden, die naargelang de rekenkracht die gebruikt wordt om beelden te genereren uitzonderlijk realistisch, of minder realistisch zullen lijken.
Educatief Bouwpakket
Tijdens de tweede fase van het project werd ook een echte casestudie rond de machine uitgeschreven. Daarbij werd een opdracht voor vrijwilligers voor het maken van een educatief bouwpakket voor kinderen van de machine uitgeschreven. Uiteindelijk werd de opdracht uitgevoerd door één vrijwilliger en twee studenten Ontwerp - en Productietechnologie van Vives. Binnen de tweede fase werd een eerste prototype van het bouwpakket uitgedacht en uitontwikkeld. Om dit resultaat te behalen hebben de drie jonge makers een uitgebreid brainstorm- en ontwerptraject doorlopen, waarbij zij zich ook lieten inspireren door bestaande educatieve opstellingen zoals deze in Technopolis. Voor het prototypen werden nieuwe modellen uitgetekend en werd een bewegingssimulatie van het bouwpakket gemaakt. Voor het maken van het prototype werd vooral teruggegrepen naar de techniek van lasercutting. Binnenkort wordt het finale educatieve pakket gerealiseerd dat binnen de museumopstelling gebruikt kan worden.