Eine unmögliche technische Meisterleistung wurde möglich

Jul 21, 2023

Die Herstellung von Kunstwerken aus Metall ist nichts Neues. Viele würden sofort an die Freiheitsstatue oder den Eiffelturm denken, während diejenigen, die sich mit zeitgenössischer Kunst auskennen, vielleicht an Chicago Picasso oder Sir Antony Gormleys Engel des Nordens denken.

Doch wie würde man mehrere berühmte Kunstwerke mithilfe von Edelstahl und künstlicher Intelligenz (KI) zu einem neuen Typus eines modernen Meisterwerks kombinieren? Als die Sandvik Coromant-Ingenieure Henrik Loikkanen und Jakob Pettersson damit beauftragt wurden, eine KI-generierte Edelstahlsynthese einiger der berühmtesten Kunstwerke der Geschichte zu erstellen, wurde ihr Fachwissen im Bereich der Metallbearbeitung auf die ultimative Probe gestellt.

In Zusammenarbeit mit der Sandvik Group hat Sandvik Coromant eine Statue entwickelt, die mithilfe von KI-Modellierung und modernsten Fertigungslösungen hergestellt wurde. Die Skulptur vereint die dynamischen Posen von Michelangelos Werk, die Muskelkunst von Auguste Rodin, die düsteren Töne von Käthe Kollwitz, Kotaro Takamuras japanischen Einfluss und Augusta Savages inspirierenden Trotz, um einige der berühmtesten Künstler der Geschichte aus einem Zeitraum von 500 Jahren zu vereinen.

Um mehr über Sandviks Impossible Statue zu erfahren und ein Video des Projekts in Aktion anzusehen, besuchen Sie home.sandvik/statue.

Mit einem Gewicht von 500 kg und einer Höhe von 150 cm wurde die Impossible-Statue im April 2023 im Tekniska Museet, Schwedens Nationalmuseum für Wissenschaft und Technologie, offiziell eingeweiht. Eine solche Statue wurde noch nie zuvor hergestellt. Wie haben Loikkanen, Pettersson und das Team diese Mischung aus Kunst und Wissenschaft, Vergangenheit und Zukunft geschaffen?

Wenn KI auf Kunst trifftKI gibt es schon seit einiger Zeit, wobei intelligente Maschinen mit der Ausführung von Tätigkeiten beauftragt sind, die normalerweise menschliche Intelligenz erfordern, wie etwa visuelle Wahrnehmung, Spracherkennung, Entscheidungsfindung, Sprachübersetzung und Problemlösung.

Sein Konzept reicht Jahrzehnte zurück. Das früheste Programm wurde 1951 von Christopher Strachey, dem späteren Direktor der Programming Research Group an der Universität Oxford, geschrieben. Aber das Aufkommen neuer, dialogorientierter KI-Programme wie Googles Bard und ChatGPT eröffnet noch mehr Anwendungsmöglichkeiten der Technologie.

Heutzutage scheinen die Errungenschaften der KI nahezu grenzenlos zu sein – sie kann sogar Kunst schaffen. Nachdem Sandvik ein 2D-Design erstellt hatte, das die Stile der fünf Künstler vereinte, begann er, das Modell in ein vollständiges 3D-Bild zu übersetzen. Mithilfe von Tiefenschätzern zur Erstellung des 3D-Modells, menschlichen Posenschätzern zur Verfeinerung des Körpers, Videospielalgorithmen zur Erzeugung realistischer Stoffe und spezieller KI zur Wiedereinführung feiner Details, die in vorherigen Schritten verloren gegangen waren, war Sandvik bereit, den Entwurf in die Realität umzusetzen. Mithilfe der Mastercam-Software wurde ein Entwurf für eine Statue mit über sechs Millionen Oberflächen und komplexen Details umgesetzt.

Der Entwurf der Statue war mit einigen besonderen Herausforderungen verbunden. „Wir brauchten eine phänomenal präzise digitale Simulation, um die Statue zu bearbeiten“, sagte Henrik Loikkanen, Technology Area Manager bei Sandvik Coromant. „Durch die digitale Fertigung können wir den gesamten komplexen Bearbeitungsprozess im Voraus nachweisen. Die einzige Zeit, die wir für Maschinen aufwenden, ist daher die tatsächliche Produktionszeit. Außerdem haben wir während des gesamten Projekts kein einziges Ausschussteil produziert.“

Das Unmögliche realisierenNachdem der Entwurf der Statue mithilfe von KI fertiggestellt und mithilfe digitaler Zwillinge virtuell die optimale Herstellungsweise der Statue simuliert worden war, war es an der Zeit, mit der Bearbeitung zu beginnen.

„Wir haben die Herstellung der Statue so behandelt, als würden wir hochspezialisierte, komplexe Teile bearbeiten, wie sie in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu finden sind“, sagte Loikkanen. „Eine zusätzliche Herausforderung stellte das für die Statue gewählte Material dar – Edelstahl von Alleima –, da ISO-M-Materialien bekanntermaßen schwer zu bearbeiten sind. Die Werkstoffgruppe zeichnet sich durch hohe Kaltverfestigungsraten und schlechte Spanbrucheigenschaften bei der Bearbeitung aus. Daher muss sorgfältig auf die Auswahl der Werkzeuge zur Bearbeitung des Materials geachtet werden.“

Sandvik Coromant wählte mehrere Werkzeuge aus, um die einzelnen komplizierten Teile der Statue zu formen. Die Coromant Capto-Werkzeugschnittstelle wurde verwendet, um Arm und Kopf mit dem Rumpf der Statue zu verbinden. Massive Rundwerkzeuge aus den Familien CoroMill Plura und Dura waren für die Endbearbeitung aller Oberflächen und Merkmale der Statue verantwortlich, und CoroMill MH20, ein Hochvorschubfräser Der im Jahr 2021 eingeführte Fräser wurde zur Bearbeitung des Großteils des vom Werkstück entfernten Edelstahls verwendet.

„Wir haben mehr als 10.000 Standardprodukte aus den Bereichen Bohren, Fräsen, Reiben und Gewindeschneiden in unserem Katalog“, sagte Jakob Pettersson, CAM- und Bearbeitungsspezialist bei Sandvik Coromant. „Aber wir konnten nicht irgendein Werkzeug auswählen, um die Impossible Statue zu erschaffen. Um eine solche Fertigungsleistung zu vollbringen, mussten wir bei unserer Auswahl auf den Laser fokussiert sein.“

„Wir mussten über die Methoden- und Werkzeugauswahl besonders nachdenken, um so wenig Werkzeuge wie möglich zu verwenden und so den Abfall zu begrenzen. Die Grobbearbeitung der Statue erfolgte mit einer Mischung aus Vollhartmetall-Schaftfräsern der CoroMill Plura- und Dura-Familien. Die grobe Profilierung der endgültigen Form musste mit ziemlich langen Werkzeugen erfolgen. Hier passte eine Kombination aus MH20-Hochvorschubfräsern, montiert auf schweren Metallschäften, perfekt. Der Einsatz von Schaftfräsern aus unserem Angebot an Vollrundwerkzeugen beschleunigte den Prozess erheblich und reduzierte somit den Energieverbrauch.“

Die Fähigkeit des CoroMill MH20, lange Überhänge zu bearbeiten, macht ihn typischerweise für den Luft- und Raumfahrtsektor von Vorteil. Es wurde speziell für schwer zu bearbeitende Komponenten entwickelt und im Gegensatz zum herkömmlichen Vierschneide-Konzept ist der MH20 mit einer Wendeschneidplatte mit zwei Schneidkanten ausgestattet. Dies ist besonders vorteilhaft, da der schwächste Abschnitt der Wendeschneidplatte dadurch weit von der Hauptschneidzone entfernt ist, was für mehr Zuverlässigkeit und Schutz vor Verschleiß sorgt. Dies bedeutet auch, dass die Bearbeitung an einer Ecke oder Wand keine Auswirkungen auf die nächste Kante oder vordere Ecke hat, wodurch eine gleiche Leistung an jeder Kante gewährleistet ist.

CoroMill Plura HD ist die Lösung erster Wahl von Sandvik Coromant für Hochleistungsanwendungen in Stahl und Edelstahl und bietet sicheres und effizientes Vollschaftfräsen. Das Werkzeug verfügt nun über einen zusätzlichen Vorteil in Form der Zertivo 2.0-Beschichtung, die vom Forschungs- und Entwicklungsteam von Sandvik Coromant entwickelt wurde, um die Prozesssicherheit und Produktivität noch weiter zu verbessern. CoroMill Dura ist als Komplettlösung für alle Werkzeuge konzipiert. Die Schaftfräser können in allen Prozessen eingesetzt werden, die zur Herstellung eines Bauteils erforderlich sind – einschließlich Schruppen, Schlichten, Vorschlichten und Rampen.

Eine handwerkliche MeisterleistungNatürlich ist die Bearbeitung des Unmöglichen nicht ohne Herausforderungen, und das Team hat mehrere Anpassungen an seiner Bearbeitungsstrategie vorgenommen.

„Das ursprüngliche 3D-Modell war nicht die Art von Modell, mit der CAD/CAM-Systeme arbeiten können“, sagte Loikkanen. „Es musste von einem 3D-Netzmodell, das im Wesentlichen eine Hülle aus Oberflächenpolygonen ist, die üblicherweise in 3D-Animationsstudios verwendet werden, in ein solides 3D-Modell mit Dichte umgewandelt werden, und das war ein ziemlich anspruchsvoller Prozess. Nach der Fertigstellung wurde das Modell in 17 Teile unterteilt, und alle Schnittstellen zwischen ihnen mussten mit einer engen Passung modelliert werden, um die Schnittpunkte beim Zusammensetzen der Teile unsichtbar zu machen. Es hat einige Zeit gedauert, bis alles perfekt war.“

„Aufgrund der Größe des Bauteils im Verhältnis zu den Maschinen hatten wir auch einige Herausforderungen bei der Grobbearbeitung“, fügte Pettersson hinzu. „Dies wurde gelöst, indem wir den NC-Code simulierten und alle Bereiche fanden, in denen wir die Grenze des Maschinenarbeitsbereichs erreichen würden, sowie durch eine Änderung der CAM-Sequenz.“

Am Ende entstand eine Statue, die die Werke von fünf Künstlern nahtlos miteinander verbindet. Doch die Entwicklung einer noch nie dagewesenen Statue war nicht die einzige Errungenschaft von Sandvik Coromant.

„Dabei haben wir mehrere Techniken implementiert, die auf zukünftige digitale Bearbeitungsprojekte angewendet werden können“, sagte Loikkanen. „Aufgrund des reinen Programmieraufwands wäre der Bau der Statue ohne einen digitalen Zwilling nicht möglich gewesen. Alle Tests wurden digital durchgeführt, um viel Zeit zu sparen, die sonst für Versuch-und-Irrtum-Tests aufgewendet werden müsste. Dies ist sicherlich etwas, das wir in zukünftigen Projekten anwenden können, um Zeit zu sparen und die Anzahl der Ausschusskomponenten zu reduzieren.“

„Der Programmier- und Simulationsprozess wurde für jede Komponente immer schneller“, fügte Pettersson hinzu. „Die Bearbeitung dauerte durchgehend etwa gleich lange, vor allem weil sich die Schnittdaten und die Werkzeugauswahl nie so sehr veränderten. Dieser Punkt brachte mich zu einem Schluss: Die umfangreichen Produktdaten und Empfehlungen, die wir geben, sind korrekt und können leicht entweder über unsere Website, unseren Werkzeugführer, unsere Werkzeugbibliothek abgerufen oder sogar direkt in die CAM-Systeme selbst integriert werden. Dies ist sicherlich von großem Wert für unsere Kunden und löst eine der arbeitsintensiveren Aufgaben bei der Schließung des digitalen Kreislaufs rund um die CAM-Programmierung.“

Die Statue ist nun für Kunst- und Technikbegeisterte gleichermaßen ausgestellt und erinnert an die Kreativität, die sowohl digitale als auch physische Fertigungswerkzeuge erreichen können.

„Ich bin unglaublich stolz, dass wir das geschafft haben“, schloss Loikkanen. „Hoffentlich können diejenigen, die das Tekniska Museet besuchen, und alle anderen, die diese Statue sehen, erkennen, dass es sich um ein Kunstwerk wie kein anderes handelt.“

„Die von uns verwendeten Techniken und Methoden zeigen wirklich, was Sandvik Coromant leisten kann“, fügte Pettersson hinzu. „Wir beherrschen die Zerspanung von Metall wirklich, auch wenn es um die Bewältigung einer Herausforderung geht, die noch niemand zuvor gesehen hat.“

Einsatz von Computern zur Steuerung von Bearbeitungs- und Herstellungsprozessen.

Bearbeitung mit mehreren auf einer Welle montierten Fräsern, im Allgemeinen zum gleichzeitigen Schneiden.

Prozess zur Erhöhung der Oberflächenhärte eines Teils. Dies geschieht durch Erhitzen eines Stahlstücks auf eine Temperatur innerhalb oder über seinem kritischen Bereich und anschließendes schnelles Abkühlen (oder Abschrecken). Bei jedem Wärmebehandlungsvorgang ist die Aufheizgeschwindigkeit wichtig. Wärme fließt mit einer bestimmten Geschwindigkeit von der Außenseite ins Innere von Stahl. Wird der Stahl zu schnell erhitzt, wird die Außenseite heißer als die Innenseite und die gewünschte gleichmäßige Struktur kann nicht erreicht werden. Wenn ein Stück eine unregelmäßige Form hat, ist eine langsame Erhitzungsrate unerlässlich, um Verformungen und Risse zu vermeiden. Je schwerer der Abschnitt, desto länger muss die Aufheizzeit sein, um gleichmäßige Ergebnisse zu erzielen. Auch nachdem die richtige Temperatur erreicht wurde, sollte das Stück ausreichend lange auf dieser Temperatur gehalten werden, damit der dickste Abschnitt eine gleichmäßige Temperatur erreichen kann. Siehe Kaltverfestigung.

Bearbeitungsvorgang, bei dem Metall oder anderes Material durch Krafteinwirkung auf einen rotierenden Fräser entfernt wird. Beim Vertikalfräsen wird das Schneidwerkzeug vertikal auf der Spindel montiert. Beim Horizontalfräsen wird das Schneidwerkzeug horizontal montiert, entweder direkt auf der Spindel oder auf einem Dorn. Das Horizontalfräsen wird weiter in das konventionelle Fräsen unterteilt, bei dem sich der Fräser entgegen der Vorschubrichtung oder „nach oben“ in das Werkstück hinein dreht. und Gleichlauffräsen, bei dem sich der Fräser in Vorschubrichtung oder „nach unten“ in das Werkstück dreht. Zu den Fräsvorgängen gehören Plan- oder Flächenfräsen, Schaftfräsen, Planfräsen, Winkelfräsen, Formfräsen und Profilfräsen.

Lose, jedes Fräswerkzeug. Horizontalfräser gibt es in Form von Glattfräsern, Spiralfräsern, Spiralfräsern, Scheibenfräsern, Scheibenfräsern mit versetzten Zähnen, Planfräsern, Winkelfräsern, Doppelwinkelfräsern sowie konvexen und konkaven Formfräsern , Spreizradfräser, Stirnradfräser, Eckenrundungsfräser und Schlitzsägen. Vertikalfräser verwenden am Schaft montierte Schneidwerkzeuge, darunter Schaftfräser, T-Nutenfräser, Scheibennutfräser und Schwalbenschwanzfräser. Diese können auch auf Horizontalmühlen verwendet werden. Siehe Fräsen.

Bearbeiten vertikaler Kanten von Werkstücken mit unregelmäßigen Konturen; Wird normalerweise mit einem Schaftfräser in einer vertikalen Spindel einer Fräsmaschine oder mit einem Profiler nach einem Muster durchgeführt. Siehe Mühle, Fräsmaschine.

Prozess des externen (z. B. Gewindefräsens) und internen (z. B. Gewindeschneidens, Gewindefräsens) Schneidens, Drehens und Einrollens von Gewinden in ein bestimmtes Material. Zur Bestimmung der gewünschten Ergebnisse des Gewindeschneidprozesses stehen standardisierte Spezifikationen zur Verfügung. Zahlreiche Gewindeserienbezeichnungen werden für bestimmte Anwendungen geschrieben. Das Gewindeschneiden erfolgt häufig auf einer Drehmaschine. Angaben wie die Gewindehöhe sind entscheidend für die Festigkeit der Gewinde. Das verwendete Material wird bei der Bestimmung der erwarteten Ergebnisse einer bestimmten Anwendung für dieses Gewindestück berücksichtigt. Beim Außengewindeschneiden ist eine berechnete Tiefe sowie ein bestimmter Schnittwinkel erforderlich. Beim Innengewindeschneiden ist vor dem Gewindeschneiden der genaue Durchmesser des Lochs von entscheidender Bedeutung. Die Gewinde unterscheiden sich voneinander durch die angegebene Toleranz bzw. Toleranz. Siehe Drehen.

Würfel, Kugel, Zylinder oder anderer physischer Raum, den das Schneidwerkzeug erreichen kann.