Unmögliches technisch möglich gemacht: Kunstwerke mit Sandvik-Know-how kombiniert

Im April 2023 wurde die 500 Kilogramm schwere und 150 Zentimeter hohe Impossible Statue im Tekniska Museet, dem schwedischen Nationalmuseum für Wissenschaft und Technik, offiziell eingeweiht.

Sandvik Coromant hat gemeinsam mit der Sandvik Group eine Statue entwickelt, die in die Geschichte eingehen wird. Die Skulptur wurde mithilfe von KI-Modellierung und modernsten Fertigungslösungen hergestellt. Um einige der berühmtesten Künstler der Geschichte und eines Zeitraums von 500 Jahren zu repräsentieren, vereint die Skulptur in sich die dynamischen Posen von Michelangelo, die muskulöse Kunst von Auguste Rodin, die dunklen Töne von Käthe Kollwitz, den japanischen Einfluss von Takamura Kotaro und die inspirierende Herausforderung von Augusta Savage.

Die 500 Kilogramm schwere und 150 Zentimeter hohe Impossible Statue wurde im April 2023 im Tekniska Museet, dem schwedischen Nationalmuseum für Wissenschaft und Technik, offiziell eingeweiht. Noch nie wurde eine Statue auf diese Weise hergestellt. Und es stellt sich die Frage, wie es Loikkanen, Pettersson und dem Projektteam gelungen ist, diese Mischung aus Kunst und Wissenschaft, Vergangenheit und Zukunft zu erschaffen?

Als die Sandvik Coromant Ingenieure Henrik Loikkanen (links) und Jakob Pettersson (rechts) den Auftrag erhielten, eine KI-generierte Synthese einiger der berühmtesten Kunstwerke der Geschichte aus rostfreiem Stahl zu erstellen, wurde ihr Zerspanungs-Know-how auf eine harte Probe gestellt.

Künstliche Intelligenz trifft auf die Kunst

KI gibt es schon seit einiger Zeit: Intelligente Maschinen übernehmen Aufgaben, für die normalerweise menschliche Intelligenz erforderlich ist. Dazu gehören visuelle Wahrnehmung, Spracherkennung, Entscheidungsfindung, Sprachübersetzung und Problemlösung. Das Konzept reicht Jahrzehnte zurück: Das erste Programm wurde 1951 von Christopher Strachey geschrieben, dem späteren Leiter der Programmier-Forschungsgruppe an der Universität Oxford. Mit dem Aufkommen neuer dialogorientierter KI-Programme wie Bard von Google und ChatGPT eröffnen sich jedoch weitere Anwendungsmöglichkeiten.

Heute scheinen die Möglichkeiten der KI nahezu unbegrenzt – und sie kann sogar Kunst schaffen. Nachdem Sandvik einen 2D-Entwurf erstellt hatte, der die Stile der fünf oben genannten Künstler vereinte, begann das Unternehmen damit, das Modell in ein vollständiges 3D-Bild umzuwandeln. Mithilfe von Tiefenschätzern zur Erstellung des 3D-Modells, menschlichen Posenschätzern zur Verfeinerung des Körpers, Videospiel-Algorithmen zur Erzeugung realistischer Strukturen und einer speziellen Künstlichen Intelligenz zur Wiederherstellung feiner Details, die in den vorangegangenen Schritten verloren gegangen waren, konnte Sandvik das Design in die Realität umsetzen. Mithilfe der Mastercam-Software wurde eine Statue mit mehr als sechs Millionen Oberflächen und komplexen Details erstellt.

Das Design der Statue war eine besondere Herausforderung. „Wir benötigten eine extrem genaue digitale Simulation, um die Statue bearbeiten zu können“, erklärt Henrik Loikkanen, Technology Area Manager bei Sandvik Coromant. „Die digitale Fertigung ermöglicht es uns, den gesamten komplexen Bearbeitungsprozess im Voraus zu testen. Die einzige Zeit, die wir an der Maschine verbringen, ist die tatsächliche Produktionszeit. Das bedeutet auch, dass wir während des gesamten Projekts keinen einzigen Ausschuss produziert haben.“

Nachdem das Design der Statue mithilfe der KI abgeschlossen und der optimale Fertigungsprozess mithilfe eines Digitalen Zwillings virtuell simuliert worden war, konnte mit der Bearbeitung begonnen werden.

Das Unmögliche erschaffen

Nachdem das Design der Statue mithilfe der KI abgeschlossen und der optimale Fertigungsprozess mithilfe eines Digitalen Zwillings virtuell simuliert worden war, konnte mit der Bearbeitung begonnen werden. „Wir behandelten die Anfertigung der Statue wie die Bearbeitung hochspezialisierter und komplexer Teile, wie sie in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden“, fährt Loikkanen fort. „Das für die Statue gewählte Material – rostfreier Stahl von Alleima – stellte eine zusätzliche Herausforderung dar, da ISO-M-Werkstoffe bekanntermaßen schwierig zu bearbeiten sind. Diese Werkstoffgruppe zeichnet sich durch eine hohe Kaltverfestigung und schlechte Spanbrucheigenschaften bei der Bearbeitung aus. Daher ist bei der Auswahl der Werkzeuge für die Bearbeitung dieses Werkstoffs besondere Sorgfalt geboten.“

Sandvik Coromant wählte verschiedene Werkzeuge für die Bearbeitung der einzelnen Elemente der Statue: Für die Verbindung von Arm und Kopf mit dem Rumpf wurde die Coromant Capto®-Werkzeugschnittstelle verwendet. Vollhartmetallwerkzeuge der Serien CoroMill® Plura und CoroMill Dura wurden für die Endbearbeitung aller Oberflächen und Details eingesetzt, während der Hochvorschubfräser CoroMill MH20, der 2021 auf den Markt kam, den Großteil des zu entfernenden rostfreien Stahls abtrug.

„Wir haben mehr als 10.000 Standardprodukte zum Bohren, Fräsen, Reiben und Gewinden in unserem Produktkatalog“, erklärt Jakob Pettersson, CAM- und Zerspanungsspezialist bei Sandvik Coromant. „Aber wir konnten nicht einfach irgendein Werkzeug auswählen, um die Impossible Statue zu fertigen. Um eine solche Fertigungsleistung zu vollbringen, mussten wir bei der Auswahl sehr genau vorgehen.“

„Wir mussten bei der Auswahl des Bearbeitungsverfahrens und der Werkzeuge zusätzliche Überlegungen anstellen, um möglichst wenige Werkzeuge zu verwenden und so den Ausschuss zu begrenzen. Die Schruppbearbeitung der Statue wurde mit einer Kombination aus Vollhartmetallfräsern der CoroMill Plura- und Dura-Serien durchgeführt. Das Schruppen der Endkontur musste mit relativ langen Werkzeugen erfolgen. Hier erwies sich eine Kombination aus CoroMill MH20-Hochvorschubfräsern auf robusten Metallschäften als ideale Lösung. Durch den Einsatz von Schaftfräsern aus unserem Vollhartmetallprogramm konnte der Prozess deutlich beschleunigt und der Energieverbrauch gesenkt werden.”

Die Fähigkeit des CoroMill MH20, große Auskragungen zu bearbeiten, macht ihn für die Luft- und Raumfahrtindustrie interessant. Er wurde speziell für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Bauteile entwickelt. Im Gegensatz zum herkömmlichen vierschneidigen Konzept ist der MH20 mit einer zweischneidigen Wendeschneidplatte ausgestattet. Dies ist besonders vorteilhaft, da der schwächste Teil der Wendeschneidplatte weit von der Hauptschneidzone entfernt ist, was eine höhere Zuverlässigkeit und einen besseren Verschleißschutz bietet. Dies bedeutet auch, dass die Bearbeitung gegen eine Ecke oder Wand keinen Einfluss auf die nächste Kante oder die vordere Ecke hat, wodurch eine gleichmäßige Leistung pro Schneidkante gewährleistet wird.

Der CoroMill Plura HD ist die erste Wahl von Sandvik Coromant für Heavy-Duty-Anwendungen in Stahl und rostfreiem Stahl und ermöglicht sicheres und effizientes Vollhartmetallfräsen. Einen weiteren Vorteil bietet das Werkzeug aufgrund der Zertivo® 2.0-Beschichtung. Diese wurde von Sandvik Coromant entwickelt, um die Prozesssicherheit und Produktivität noch weiter zu verbessern. CoroMill Dura Werkzeuge sind eine „One for all“-Lösung: Die Schaftfräser können in allen Prozessen eingesetzt werden, die zur Fertigung eines Bauteils erforderlich sind – einschließlich Schruppen, Schlichten, Vorschlichten und Eintauchen.

Eine fertigungstechnische Meisterleistung

Das Unmögliche möglich zu machen, ist naturgemäß eine Herausforderung. Das Projektteam musste seine Bearbeitungsstrategie mehrmals anpassen. „Das ursprüngliche 3D-Modell war nicht die Art von Modell, mit der CAD/CAM-Systeme arbeiten können“, erklärt Loikkanen. „Es musste von einem 3D-Netzmodell, das im Wesentlichen eine Hülle aus Oberflächenpolygonen ist, wie sie in 3D-Animationsstudios verwendet werden, in ein solides 3D-Modell mit hoher Dichte umgewandelt werden, und das war ein ziemlich schwieriger Prozess. Als das Modell fertig war, wurde es in 17 Teile zerlegt, und alle Schnittstellen zwischen diesen Teilen mussten exakt modelliert werden, damit die Übergänge unsichtbar waren, wenn die Teile zusammengesetzt wurden. Es dauerte eine ganze Weile, bis alles perfekt war.”

„Wir hatten zudem einige Probleme mit der Schruppbearbeitung aufgrund der Größe des Werkstücks im Verhältnis zur Maschine“, ergänzt Pettersson. „Wir lösten das Problem, indem wir den NC-Code simulierten und alle Bereiche ausfindig machten, in denen wir an die Grenzen des Arbeitsbereichs der Maschine stoßen würden, und dann die CAM-Sequenz änderten.“

Am Ende entstand eine Statue, die die Werke der fünf Künstler nahtlos miteinander verbindet. Doch die Entwicklung einer noch nie da gewesenen Statue war nicht der einzige Erfolg für Sandvik Coromant. „Auf dem Weg dorthin haben wir verschiedene Techniken implementiert, die bei zukünftigen digitalen Bearbeitungsprojekten eingesetzt werden können“, berichtet Loikkanen. „Aufgrund des Programmieraufwands wäre der Bau der Statue ohne einen Digitalen Zwilling unmöglich gewesen. Alle Tests wurden digital durchgeführt, um viel Zeit zu sparen, die sonst für Versuche und Fehlversuche aufgewendet werden müsste. Dies ist sicherlich etwas, das wir bei zukünftigen Projekten anwenden können, um Zeit zu sparen und die Anzahl der Ausschussteile zu reduzieren.“

„Der Programmier- und Simulationsprozess wurde für jedes Bauteil immer schneller“, fügt Pettersson hinzu. „Die Bearbeitung dauerte immer etwa gleich lang, vor allem weil sich die Schnittdaten und die Werkzeugauswahl nicht so stark änderten. Das hat mich zu dem Schluss kommen lassen, dass die umfassenden Produktdaten und Empfehlungen, die wir zur Verfügung stellen, präzise sind. Sie können leicht über unsere Website, den CoroPlus® Tool Guide, die CoroPlus Tool Library oder sogar direkt in den CAM-Systemen selbst abgerufen werden. Dies ist sicherlich von großem Wert für unsere Kunden und schließt eine der arbeitsintensiveren Aufgaben beim Schließen des digitalen Kreislaufs rund um die CAM-Programmierung.“

Ein Kunstwerk, das seinesgleichen sucht

Die Statue, die nun von Kunst- und Technikliebhabern gleichermaßen bewundert werden kann, erinnert an die Schöpfungskraft, die sowohl digitale als auch physische Fertigungswerkzeuge leisten können. „Ich bin unglaublich stolz darauf, dass wir das geschafft haben“, sagt Loikkanen. „Ich hoffe, dass die Besucher des Tekniska Museet und alle anderen, die diese Statue sehen, zu schätzen wissen, dass es sich um ein Kunstwerk handelt, das seinesgleichen sucht.“

„Die Techniken und Verfahren, die wir eingesetzt haben, zeigen deutlich, was Sandvik Coromant leisten kann“, betont Pettersson. „Wir kennen uns im Bereich der Metallzerspanung tatsächlich sehr gut aus, auch wenn wir vor einer Herausforderung stehen, die noch niemand zuvor gesehen hat.“

Weitere Informationen über die Sandvik Impossible Statue und ein Video über das Projekt finden Sie unter home.sandvik