Sandvik und die Impossible Statue: Zerspanungstechnik wird zur Kunst

Das Zerspanungs-Know-how der Sandvik Coromant Ingenieure Henrik Loikkanen und Jakob Pettersson wurde auf eine harte Probe gestellt: Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz und rostfreiem Stahl sollten sie eine Statue herstellen, die einige der berühmtesten Künstler der Geschichte in sich vereint. Die 500 Kilogramm schwere und 150 Zentimeter hohe sogenannte Impossible Statue wurde im Tekniska Museet, dem schwedischen Nationalmuseum für Wissenschaft und Technik, offiziell eingeweiht.

Inhaltsverzeichnis
1. Vom 2D-Entwurf zum 3D-Bild
2. Simulation des Fertigungsprozesses
3. Werkstoff der Wahl: rostfreier Stahl von Alleima
4. Für jede Form das richtige Werkzeug
5. Ingenieure erweitern Grenzen der Fertigungstechnik
6. Sandvik legt neue Weichen für künftige Projekte
7. Präzisionswerkzeuge für schwer zerspanbare Bauteile

Sandvik Coromant hat gemeinsam mit der Sandvik Group eine außergewöhnliche Statue entwickelt. Die Skulptur wurde mithilfe von KI-Modellierung und modernen Fertigungslösungen hergestellt und vereint in sich die dynamischen Posen eines Michelangelo, die muskulöse Kunst eines Auguste Rodin, die dunklen Töne einer Käthe Kollwitz, den japanischen Einfluss eines Takamura Kotaro und die weitreichende Inspiration einer Augusta Savage. Noch nie wurde eine Statue auf diese Weise hergestellt.

Vom 2D-Entwurf zum 3D-Bild

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. Um das Design in die Realität umsetzen bediente sich Sandvik folgender Mittel:

• Schätzungen hinsichtlich der Tiefe zur Erstellung des 3D-Modells
• Schätzungen hinsichtlich der menschlichen Posen zur Verfeinerung des Körpers
• Videospiel-Algorithmen zur Erzeugung realistischer Strukturen
• speziellen künstlichen Intelligenz zur Wiederherstellung feiner Details, die in den vorangegangenen Schritten verloren gegangen waren

Mithilfe der Mastercam-Software wurde eine Statue mit mehr als sechs Millionen Oberflächen und komplexen Details erstellt.

Simulation des Fertigungsprozesses

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. Um das Potenzial der digitalen End-to-End-Funktionen zu demonstrieren, wurde der Fertigungsprozess in Simulationen gründlich getestet, bevor das Material geschnitten wurde. Vericut, die firmeneigene Bearbeitungssimulations- und Optimierungssoftware von Sandvik, sorgte für sichere, zuverlässige und effiziente Werkzeug- und Bearbeitungsprozesse, die von Sandvik Coromant durchgeführt wurden.

Loikkanen: „Die einzige Zeit, die wir an der Maschine verbracht haben, war die tatsächliche Produktionszeit. Das bedeutet auch, dass wir während des gesamten Projekts keinen einzigen Ausschuss produziert haben.“

Sandvik entschied sich für die Bearbeitung von 17 separaten Teilen.

Werkstoff der Wahl: rostfreier Stahl von Alleima

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.

Loikkanen: „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 Werkstoff-Gruppe 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.“

Für jede Form das richtige Werkzeug

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 mussten bei der Auswahl des Bearbeitungsverfahrens und der Werkzeuge zusätzliche Überlegungen anstellen“, sagt Jakob Pettersson, CAM- und Zerspanungsspezialist bei Sandvik Coromant, „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.

Ingenieure erweitern Grenzen der Fertigungstechnik

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“

Das sei ein ziemlich schwieriger Prozess gewesen. Als das Modell fertig war, sei es in 17 Teile zerlegt worden. „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”, so Loikkanen.

„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.“

Energieeinsparung mittels Digitalisierung der Fertigung

Sandvik legt neue Weichen für künftige Projekte

Am Ende entstand eine Statue, die die Werke der fünf Künstler nahtlos miteinander verbindet. „Auf dem Weg dorthin haben wir verschiedene Techniken implementiert, die bei zukünftigen digitalen Bearbeitungsprojekten eingesetzt werden können“, berichtet Loikkanen.

Loikkanen weiter: „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. Die umfassenden Produktdaten und Empfehlungen, die wir zur Verfügung stellen, sind also präzise.“

Pettersson empfiehlt den Sandvik-Kunden, diese über die Website des Unternehmens, den CoroPlus Tool Guide, die CoroPlus Tool Library oder sogar direkt in den CAM-Systemen selbst abzurufen. (eve)

Präzisionswerkzeuge für schwer zerspanbare Bauteile

CoroMill MH20
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.

CoroMill Plura HD
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.