Kunst kohtub inseneeriaga – metallist mesilased

Kõik, kes on käinud Maarjamäel kommunismiohvrite memoriaali seinte vahel jalutamas, jõuavad lõpuks pargilagendikule, kus mustal seinal näeb kümmet tuhandet metallist mesilast. Nende valmistamine oli lisaks kunstilisele ka üsna keeruline tehniline väljakutse, mille lahendamiseks kasutati nii 3D-skannimist, 3D-modelleerimist, animatsioonitarkvara kui 3D-metalliprintimist. Kirjutab tehnoloogiaajakirjanik Kaido Einama.  

Need kümme tuhat metallist mesilast pole ühesugused. Kunstiteose tegemisel osalesid inimesed üsna erinevatest eluvaldkondadest ja lõpuks valmis lahendus, mis poleks selline, kui see oleks valminud vaid mõne metallitööspetsialisti või skulptori käe all. 

3D-skannimise ja CNC-pinkidel erikujuliste detailide tootmisega tegeleva Amper Engineeringu kanda jäid tehnilised probleemid, mis vajasid lahendamist mesilasparve loomisel. Ettevõtte insenerid proovisid esialgu koos kunstnikuga mesilase arvutis käsitsi valmis modelleerida, kuid see ei õnnestunud päris nii, nagu taheti. Testmesilane trükiti välja Tallinna Tehnikaülikooli metallilaboris 3D-printeriga, kuid koostöös Eesti Kunstiakadeemia vabade kunstide teaduskonna dekaani, kunstnik Kirke Kangroga otsustati võtta eeskuju loodusest ja sisse skannida päris mesilased.

Tõetruu mesilase 3D-skannimise võttis käsile selle valdkonna spetsialist ja Amper Engineeringu tegevjuht Tõnis Vanaselja, kellel on 3D-modelleerimisega kogemusi juba alates 12. eluaastast. Kooli ajal tegutses ta sellega hobi korras, nüüd on sellest aga saanud töö. 

Vanaselja kasutas mesilase skannimisel fotogramm-meetria abi, mis tähendab skannitavast objektist paljude piltide tegemist erinevate nurkade alt. 

Täpse mudeli saamiseks ei aita üksnes igast küljest tehtud fotodest. 3D-mudeli jaoks on vaja piltide põhjal täpset ruumilist infot keha kujust ja igast sopist ning servatagusest. Pildid peavad kattuma, kõik peab olema lähemalt ja kaugemalt ideaalselt fookuses ja peegeldusi ei tohi olla. Seega lisandub läikivate asjade skannimisel veel üks väljakutse.

Mesilased ei läigi, kuid nende puhul on väljakutseks nende väiksus. Väga väikeste asjadega kipub valgus neist skannimisel läbi kumama, mida ei tohi täpse mudeli saamiseks juhtuda. Selle vältimiseks valiti pikem säriaeg.

1800 pilti ühest mesilasest

Amper Engineeringu laboris seati üles ministuudio, kus kasutati mesilase pildistamiseks polariseerivate filtrite, makrovälklambi ja makroobjektiiviga Canoni digipeegelkaamerat. Klõpsud tehti Focus Stacking´u tehnikaga, mis tähendab, et samast mesilasest tehakse terve seeria pilte täpselt sama nurga alt, kuid erinevate fookuskaugustega ja hiljem eraldab tarkvara fookuses olevad alad, kombineerides need kokku üheks ideaalseks 3D-kujutiseks.

Seega tuli lisaks erinevate nurkade alt pildistamisele teha palju fotosid ka sama nurga alt – piltide hulk kasvas väga suureks.

Ideaalse mudeli jaoks tuli lõpuks teha samast kohast kümme pilti ja lisaks erinevate nurkade alt kattuvaid pilte veel sadu ning need siis 3D-tarkvaras mudeliks kokku panna. Ühest mesilasest tehti kokku ligi 1800 pilti. Aega kulus pildistamiseks nädalaid ja lõpuks hakkas oma rolli mängima ka selline pisiasi, nagu mesilase peale ladestunud tolm. Muidugi pidi mesilase keha ise kogu selle aja samasuguse kuju säilitama ja mitte kõveraks tõmbuma.

Kehad olid siiski üsna püsiva kujuga, sest need valis kunstnik Kirke Kangro välja loodusmuuseumi kogust. Modellideks olid 1956. aastal Rõugest püütud mesilane ja 1991. aastal Helsingist püütud maamesilane.

Kui 3D-mudel arvutis valmis, peaks olema juba üsna lihtne selle väljaprintimine vastaval 3D-printeril. Olenevalt masinast võib tarkvara lisada kehale tugikonstruktsioone, et need hoiaksid ülalt laienevaid kihte paigal ja poleks läbivajumist. Kuid väikeste mesilaste puhul tuli arvestada ka nõuetega välitingimustes asuvale skulptuurile – õues eksponeeritav kunst ei tohi olla liiga peenikeste detailidega, mis vandalismile või ilmaoludele alla vannuvad. Seega jätkusid pärast täpse mesilasmudeli valmimist juba tarkvaralised tööd mesilase mudeli kallal, et väljatrükid saaksid piisavalt tugevad.

Tarkvara Reality Capture aitas küll täpse 3D-mudeli välja arvutada, kuid lisaks läks vaja veel üht tarkvara – Zbrush, mis on vajalik skulptuuride digitaalseks loomiseks. 

Zbrush lisab 3D-kehadele keerukust, kuid aitab neid kokku panna ka paljudest lihtsamatest polügoonidest. Tarkvara lubab kohendada detaile, mis on kas liiga peened või liiga jämedad.

Nii saidki monumentaalsete mesilaste tiivad, tundlad, jalad ja keha liitekohad paksemaks ning tugevamaks. Samas pidi jälgima, et mesilane näeks välja ikka nagu päris putukas. 

Mesilased pani liikuma animatsioonitarkvara

Üsna igav oleks olnud nüüd printer huugama panna ja 10 000 samasugust kuju välja trükkida. Pealegi kulub 3D-printeril aega ikka samapalju, kas teed siis samasuguseid või erinevaid mikroskulptuure. 

Seega oli vaja hakata mesilasi liigutama, et kõik isendid oleksid memoriaali seinal veidi erinevad. See tähendas loodud mesilase mudeli animeerimist.

Muidugi on ka animeerimiseks olemas oma spetsiaalne tarkvara, millega panna mesilase tiivad ja jalad liikuma. Ka keha asendit sai natuke korrigeerida. Erinevates poosides kaadrid eraldati lõpuks videost ja nende põhjal sai luua juba uued mesilase mudelid. Lausa iga mesilast eraldi asendisse polnud mõtet paigutada, kuid kolm põhiasendit salvestati metalliprinteri jaoks ära.

Vandaalikindluse suurendamiseks said mesilased natuke jämedamad ning madalamad, et nad oleksid aluse küljes kindlamini kinni.

Tallinna Tehnikaülikoolis on juba 2017. aastast võimas metalliprinter, mis töötab metallipuru kokkukeevitamise tehnoloogial ning mida saab kasutada ülikeerukate detailide väljatrükil, mis tööpinkidele või valuvormidele üle jõu käivad. Ka mesilasi võib pidada sellisteks keerulisteks kehadeks. 

Teaduslikumalt väljendudes on 3D-printeri lahenduseks kihtlisandustehnoloogia. 700 W võimsusega laser „keevitab“ punkthaaval ja kihthaaval metallitüki kokku. Toormaterjaliks on metallipuru. Üleliigne puru pühitakse pärast minema. 

1600 metallikihti

Üks keevitatav täpp on 40–50 mikromeetrise läbimõõduga, üks lisatav metallikiht 25–100 mikronit. Nelja sentimeetri kõrguse mesilase printimiseks mikrokeevitati üksteise peale ligi 1600 kihti.

Lihtsamad mudelid tulevad 3D-printerist välja mõnekümne sekundiga. Mesilaste väljatrüki aeg venis kuupikkuseks, kuna neid oli tohutu hulk. Metalliprinteri puhul renditaksegi välja masina tööaega ja selleks, et printimine poleks väga kulukas, pannakse ühele alusele nii palju väikseid detaile, kui mahub. Laser „keevitab“ need kokku ühe väljatrükiga ja paljude väikeste detailide väljatrüki aeg väheneb niimoodi kordades. Nii tehti ka mesilastega. Materjaliks valiti happekindel roostevaba teras AISI 316.

Valmis mesilased kinnitati kobaratena Maarjamäe memoriaali pargipoolsele seinale, kus need sümboliseerivad kojunaasmist. Installatsiooni loonud kunstnikku Kirke Kangrot inspireeris Juhan Liivi luuletus „Ta lendab mesipuu poole“.

Mudelite loomisel ja täiendamisel osalesid veel ka tudengid ja magistrandid Eesti Maaülikoolist, Eesti Kunstiakadeemiast ning Tallinna Tehnikaülikoolist.