崭新的设计和造币技术
作者BARRYCLAYBROOK
1．Janvier转换/雕刻机为币章切割原模加工原模加工基于现有档案的传统设计，如???印第安头像?野牛金币
特殊标记，如开发边缘滚字
2D数码布局设计视图一例
2D文字布局，使用数码字体 一旦设计通过，雕刻师就通过2D图开始3D创作，可以任意使用数码或传统雕刻工具，但设计始终与数码框架相联系。
对手雕石膏模进行3D扫描获取的数据一例 举例，在手工雕刻时，首先由产品设计专家创建数码框架，他从合并了许多盆形剖面的数码库中选择所需的8英寸直径的球形盆。根据输入的2D字体，选择指定高度、样式、圆度和形状的字母。合并数据输出到电脑数控（数控）车床，并使用Renboard材料进行车制。车制好的盆形作为手工雕刻的背景。
手工雕刻完成后，再由产品设计专家用3D数码扫描仪进行扫描，获取数码文件。将文件重新定位后，合并到原来的数码框架中。合并后的文件：
经过检查和测量
步骤如下：
利用高分辨率扫描技术获取现有石膏模
利用数码雕刻法对扫描数据进行修整、清理，达到设计规范
成模准备工作，将数码图像放入球形盆。有时可以使用原来的艺术字，以便保留原来的设计风格。
将所有信息存入数据库，以便用关键词分类检索。
数码设计可以准备应用于数控切割路径/车制操作、激光喷砂等。
24K野牛金币，根据文档资料进行新设计开发一例
5．特殊设计工作流
特殊设计并不直接与正背面设计相联系，而是指各种加工开发。任何数字工程、数码雕刻和成模工具的数据都可用于方案。最近1美元总统币的边部文字加工可以算一个很好的例子。该方案包括数码开发的3D工程设计图纹、坯饼车制的3D数据，以及激光文字蚀刻3DSTL数据组（见下图）。
边部滚字基槽的CAD模型
车制凹槽
车制槽中激光蚀刻文字的完成图 6．3D设计输出
数码设计的优点如下：
3DCAD软件担任整合和格式化的角色，结合了3D扫描的STL网格，可测量的球形盆及文字表面，可以渲染、动画、放大缩小，将结果输出给下道工序和应用。
输出给数控机床的数据主要包括STL数据（图像和文字）、IGES表面数据（盆形、倒角和边形），以及车制轮廓所需的曲线。
激光喷砂需要描绘区分出抛光和喷砂区域。
有限元分析表面模型（开发中）需要输出一个结合STL数据，它可以对正反面金属流进行分析。
利用特别准备的和输出的图像数据（网络支持的3D文件格式），可以提供各种图像格式、全套动画和后期渲染，用于制作设计复查和营销所需的素材。
7．数控（CNC）雕刻
设计完成后，数控雕刻是下一个关键步骤。
将3D设计创建的数据输入CAM（计算机辅助制造）软件包。该软件用来无缝创建一系列数控走刀路径，结合贴面和STL数据，定义数控车制的动作。一套典型的主轴数控走刀路径包括数千万独立计算，任何一个错误都可能导致零件作废。
下图演示的最终加工路径计算，是一枚1.5英寸直径纪念币的设计局部。部分细节包括：
最终加工尺寸：直径0.006英寸（0.1524毫米）圆头槽铣刀
最终加工路径在X,Y,Z方向移动总次数：670万次
计算时间：4～6小时
在零件切割完后，要对其复制原作品的准确性，技术规范和质量控制缺陷进行测量和检查。计算加工路径的过程同样可作为对完成后的设计作品的检查，因为计算中会自动突出显任何数据缺失或中断。将3D数码设计准确的复制到不锈钢工件，使加工工序和数码框架直接联系起来，开启了分析、自动化和改良下游制造工序的可能性。
该图显示的为中间加工路径
放大显示的最终加工路径
数控雕刻工序给原模加工制造带来了巨大的影响：
缩减雕刻时间达近50%
确保加工操作可重复性
细节加工达到极高水平，忠实再现设计原貌
产生最高的质量形态和最终加工零件
减少手工加工所需的时间和人力，一些情况下每件可节约6～8小时。
尖顶
除了显著改进整体设计和原模加工开发过程，数码设计加工还使美国造币厂从手工抛光模具转变为自动模具抛光和激光喷砂。随着数码设计和数控雕刻加工，镜面背景作为一个真球形，几乎没有缺陷和瑕疵，所得到的稳定一致、光滑的模具可以用自动设备进行抛光和激光喷砂。
稳定的抛光使激光喷砂系统的视觉组件可以在生产环境下识别每个模具上选定区域的高光图案，当托盘上最多放置25个抛光模具后，视觉软件观察每个模具的高光图像是否符合参考模具。当图像识别后，系统覆盖一道喷砂轮廓线和交叉影线，以便对模具进行蚀刻或喷砂，每个模具大约需要3～5分钟。
轮廓线是3D成模工序的增值产品。当作品和文字定型后，利用数学分割可以方便的制造一系列复杂的轮廓曲线。这些曲线输入到激光软件，由一个技师调整适应模具制造中可能出现的变形，最终从激光软件中输出一个MCL（激光车制规范）文件，包括激光喷砂所需的最终轮廓和影线图像。
10．排列和抛光石膏模渲染
正文党3DCAD软件提供许多工具，可以精确渲染3D库中的每个设计元素。它可用于创建和输出压印操作、质量控制和模具检测等所需的模具对齐图像。这些图像精确反映出在原模加工
辅助工作模设置的模具对齐图片
11．应用潜力
3D设计数据库还存在进一步开发利用可能性，例如：
革新设计过程——正在开发对一般工具的利用，以便从各种不同来源浏览设计和加工的灵感，包括直接加工模具、模拟开发新概念包装、检索各种激光表面处理法。
营销素材——3DCAD和电子塑型软件包，都提供了大量工具用来制作3D渲染资料库。其扩展应用包括仿真的新产品及其包装，可用于购买展示和中心小组研究等。
在线检查——3D数码数据可以使数码检查和签发过程变得容易。除了创建不同角度的静止渲染效果图，3DCAD软件还具有创建动画的能力，通过输出渲染图像帧可以组成任何标准格式影像文件。3D软件输出的VRML文件可以兼容许多基于网络的免费播放器。
快速成样——具备高精度的数控加工能力，可以直接用黄铜或其它材料车制硬币样品。还有其它设备可以使用STL数据创建实体模型（不限材料和精度）。
设计
传统设计
新设计
2D格式化
手工雕刻
3D数码扫描
特殊设计/
加工开发
3D数码扫描
3D数码成模
检查
数控车制
自动抛光
激光喷砂
分析（未完成）
新产品开发
（未完成）
3D设计输出
扩展应用
（未完成）
新设计所需的2D美术品可以是来自造币厂内部或外部的任何来源。
始终一致的2D数码格式是3D设计开发过程的开端。
根据3DCAD软件生成的数码框架，开始手工雕刻创作。
使用软硬件扫描雕刻成品，重新输入到数码工作流。
将3D扫描工具装入3DCAD软件。
3D设计输出，格式：
IGES贴面和曲线，STL栅网
传统捕捉：利用扫描软硬件获取设计图的文档或设计开发。
3D设计输出格式：
IGES贴面和曲线，STL栅网
特殊设计从一个设计需求开始，最终输出CAD工程模和工作图、雕刻模或上述工艺的结合应用。
3D设计输出格式：
IGES贴面和曲线，STL栅网
所有设计模型最后生成一个文件，并输出下一步所需数据。
格式：IGES
下道数据应用包括：
数控车制
激光喷砂
线条/精制石膏和透视（未完成）
FEA
设计复查互动会议
视频营销素材，如渲染图和动画
根据输入的最终设计数据（如STL网格、贴面和曲线），创建数控走刀路径。
数控走刀路径和其它信息，如走刀速度、刀距等，由数控雕刻机械师下载到机器。
输出：车制的轮轴和母模，车制原型，支持加工
自动抛光——
形态一致所以效果也一致
在3D球形盆中进行设计
（完全对称）
专门软件将IGES曲线转换为交叉影线图文件，用于激光喷砂
3D设计，镜面轮廓曲线输出为IGES文件
自动激光喷砂托盘可盛放25个模具，使用一个透过镜头的视觉激光系统
利用相同抛光的模具，确保激光影像和校准准确
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