Una hazaña de ingeniería imposible hecha posible

Jul 21, 2023

Crear obras de arte a partir de metal no es nada nuevo. Muchos pensarían instantáneamente en la Estatua de la Libertad o la Torre Eiffel, mientras que aquellos versados ​​en el arte contemporáneo pueden pensar en el Picasso de Chicago o el Ángel del Norte de Sir Antony Gormley.

Pero, ¿cómo se podrían combinar varias obras de arte famosas utilizando acero inoxidable e inteligencia artificial (IA) para crear un nuevo tipo de obra maestra moderna? Cuando a los ingenieros de Sandvik Coromant, Henrik Loikkanen y Jakob Pettersson, se les encomendó la tarea de crear una síntesis de acero inoxidable generada por IA de algunas de las obras de arte más famosas de la historia, su experiencia en corte de metales se puso a prueba.

En colaboración con el Grupo Sandvik, Sandvik Coromant ha desarrollado una estatua realizada utilizando modelado de IA y soluciones de fabricación de última generación. La escultura combina las poses dinámicas de la obra de Miguel Ángel, la artesanía musculatura de Auguste Rodin, los tonos sombríos de Käthe Kollwitz, la influencia japonesa de Kotaro Takamura y el desafío inspirador de Augusta Savage para unir a algunos de los artistas más famosos de la historia de un período que abarca 500 años.

Para obtener más información sobre la Estatua Imposible de Sandvik y ver un vídeo del proyecto en acción, visite home.sandvik/statue.

Con un peso de 500 kg y una altura de 150 cm, la Estatua Imposible se inauguró oficialmente en Tekniska Museet, el Museo Nacional de Ciencia y Tecnología de Suecia, en abril de 2023. Nunca antes se había hecho una estatua de esta manera. Entonces, ¿cómo crearon Loikkanen, Pettersson y el equipo esta combinación de arte y ciencia, pasado y futuro?

Cuando la IA se encuentra con el arteLa IA existe desde hace algún tiempo, con máquinas inteligentes encargadas de realizar actividades que normalmente requieren inteligencia humana, como la percepción visual, el reconocimiento de voz, la toma de decisiones, la traducción de idiomas y la resolución de problemas.

Su concepto se remonta a décadas atrás, y el primer programa fue escrito en 1951 por Christopher Strachey, más tarde director del Grupo de Investigación de Programación de la Universidad de Oxford. Pero la aparición de nuevos programas de IA conversacional, como Bard y ChatGPT de Google, abren aún más aplicaciones de la tecnología.

Hoy en día, los logros de la IA parecen casi ilimitados: incluso puede crear arte. Después de establecer un diseño 2D que reuniera los estilos de los cinco artistas, Sandvik comenzó a traducir el modelo a una imagen 3D completa. Utilizando estimadores de profundidad para construir el modelo 3D, estimadores de postura humana para refinar el cuerpo, algoritmos de videojuegos para generar telas realistas e inteligencia artificial especializada para reintroducir detalles finos que se perdieron en pasos anteriores, Sandvik estaba listo para convertir el diseño en realidad. Utilizando el software Mastercam, se convirtió el diseño de una estatua con más de seis millones de superficies y detalles complejos.

Hubo algunos desafíos únicos involucrados en el diseño de la estatua. "Necesitábamos una simulación digital extraordinariamente precisa para ayudarnos a mecanizar la estatua", afirmó Henrik Loikkanen, director del área de tecnología de Sandvik Coromant. “La fabricación digital significa que podemos probar de antemano todo ese complejo proceso de mecanizado. Por lo tanto, el único tiempo que dedicamos a las máquinas es el tiempo de producción real. También significó que no produjimos ni un solo componente de desecho durante todo el proyecto”.

Mecanizando lo imposibleDespués de finalizar el diseño de la estatua con IA y simular virtualmente formas óptimas de fabricar la estatua mediante hermanamiento digital, llegó el momento de comenzar el mecanizado.

"Tratamos la producción de la estatua como trataríamos el mecanizado de piezas complejas y altamente especializadas como las que se encuentran en la industria aeroespacial", dijo Loikkanen. “Un desafío adicional surgió con el material elegido para la estatua (acero inoxidable de Alleima), ya que los materiales ISO M son muy difíciles de mecanizar. Este grupo de materiales se caracteriza por sus altas tasas de endurecimiento por trabajo y sus malas propiedades de rotura de viruta durante el mecanizado. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a las herramientas seleccionadas para mecanizar el material”.

Sandvik Coromant eligió varias herramientas para ayudar a esculpir cada parte intrincada de la estatua. Se utilizó la interfaz de herramientas Coromant Capto para conectar el brazo y la cabeza al torso de la estatua, herramientas redondas sólidas de las familias CoroMill Plura y Dura fueron responsables del acabado de todas las superficies y características de la estatua, y CoroMill MH20, una fresadora de alto avance. La cortadora lanzada en 2021 se utilizó para mecanizar la mayor parte del acero inoxidable extraído de la pieza de trabajo.

"Tenemos más de 10.000 productos estándar que cubren taladrado, fresado, escariado y roscado en nuestro catálogo anterior", afirmó Jakob Pettersson, especialista en CAM y mecanizado de Sandvik Coromant. “Pero no pudimos seleccionar cualquier herramienta para crear la Estatua Imposible. Para lograr tal hazaña de fabricación, necesitábamos estar muy concentrados en nuestra selección”.

“Tuvimos que pensar más en el método y en la selección de herramientas para utilizar la menor cantidad de herramientas posible y así limitar el desperdicio. El mecanizado de desbaste de la estatua se realizó con una combinación de fresas de carburo macizo de las familias CoroMill Plura y Dura. El perfilado aproximado de la forma final tuvo que realizarse con herramientas bastante largas. En este caso, una combinación de cortadores de alto avance MH20 montados sobre mangos de metal pesado fue la combinación perfecta. El uso de fresas de mango de nuestra oferta de herramientas redondas sólidas aceleró enormemente el proceso y, por lo tanto, redujo el consumo de energía”.

La capacidad de CoroMill MH20 para mecanizar voladizos largos suele resultar beneficiosa para el sector aeroespacial. Está diseñado teniendo en cuenta componentes difíciles de mecanizar y, a diferencia del concepto convencional de cuatro filos, el MH20 está diseñado con una plaquita de dos filos. Esto es especialmente beneficioso ya que significa que la sección más débil de la plaquita está alejada de la zona de corte principal, lo que ofrece mayor confiabilidad y protección contra el desgaste. También significa que el mecanizado contra una esquina o pared no afectará el siguiente borde o la esquina principal, lo que garantiza un rendimiento igual por borde.

CoroMill Plura HD es la solución preferida de Sandvik Coromant para aplicaciones de alta resistencia en acero y acero inoxidable, y ofrece un fresado de ranurado macizo seguro y eficiente. La herramienta ahora viene con un beneficio adicional en forma de recubrimiento Zertivo 2.0, desarrollado por el equipo de I+D de Sandvik Coromant para mejorar aún más la seguridad y la productividad del proceso. CoroMill Dura está diseñado para ser una solución de herramientas única para todos. Las fresas se pueden utilizar en todos los procesos necesarios para producir un componente, incluidos desbaste, acabado, semiacabado y rampado.

Una obra maestra de fabricaciónNaturalmente, mecanizar lo imposible no está exento de desafíos y el equipo realizó varias adaptaciones a su estrategia de mecanizado.

"El modelo 3D inicial no era el tipo de modelo con el que pueden funcionar los sistemas CAD/CAM", afirmó Loikkanen. “Tuvo que convertirse de un modelo de malla 3D, que es esencialmente una capa de polígonos de superficie comúnmente utilizados en estudios de animación 3D, a un modelo 3D sólido con densidad, y ese fue un proceso bastante desafiante. Una vez completado, el modelo se dividió en 17 piezas, y todas las interfaces entre ellas tuvieron que modelarse con un ajuste perfecto para que las intersecciones fueran invisibles cuando se unieran las piezas. Llevó tiempo conseguir que todo fuera perfecto”.

"También tuvimos algunos desafíos durante el mecanizado de desbaste debido al tamaño del componente en relación con las máquinas", añadió Pettersson. "Esto se resolvió simulando el código NC y encontrando todas las áreas donde alcanzaríamos el límite de la envolvente de trabajo de la máquina y alterando la secuencia CAM".

Al final, se hizo posible una estatua que combina a la perfección las obras de cinco artistas. Pero desarrollar una estatua nunca antes vista no fue el único logro de Sandvik Coromant.

"A lo largo del camino, implementamos varias técnicas que se pueden aplicar a futuros proyectos de mecanizado digital", dijo Loikkanen. “Debido a la enorme cantidad de trabajo de programación, construir la estatua habría sido imposible sin un gemelo digital. Todas las pruebas se realizaron digitalmente para ahorrar una gran cantidad de tiempo que de otro modo se dedicaría a pruebas de prueba y error. Sin duda, esto es algo que podemos aplicar en proyectos futuros para ahorrar tiempo y reducir la cantidad de componentes de desecho”.

"El proceso de programación y simulación se hizo cada vez más rápido para cada componente", añadió Pettersson. “El mecanizado tomó aproximadamente el mismo tiempo en todo momento, principalmente porque los datos de corte y la selección de herramientas nunca cambiaron mucho. Este punto me llevó a una conclusión: los extensos datos de productos y las recomendaciones que brindamos son precisos y se pueden obtener fácilmente desde nuestro sitio web, guía de herramientas, biblioteca de herramientas o incluso integrados directamente en los propios sistemas CAM. Sin duda, esto es de gran valor para nuestros clientes y aborda una de las tareas que requieren más trabajo para cerrar el ciclo digital en torno a la programación CAM”.

Ahora en exhibición para que la admiren tanto el arte como los tecnófilos, la estatua sirve como un recordatorio de la creatividad que pueden lograr las herramientas de fabricación tanto digitales como físicas.

"Estoy increíblemente orgulloso de haberlo logrado", concluyó Loikkanen. "Esperemos que quienes visiten el Tekniska Museet, y cualquiera que vea esa estatua, puedan apreciar que es una obra de arte como ninguna otra".

"Las técnicas y los métodos que utilizamos muestran realmente lo que Sandvik Coromant puede hacer", añadió Pettersson. "Realmente sabemos cortar metales, incluso cuando enfrentamos un desafío que nadie ha visto antes".

Uso de ordenadores para el control de procesos de mecanizado y fabricación.

Mecanizado con varias fresas montadas en un único eje, generalmente para corte simultáneo.

Proceso de aumento de la dureza superficial de una pieza. Se logra calentando una pieza de acero a una temperatura dentro o por encima de su rango crítico y luego enfriándola (o enfriándola) rápidamente. En cualquier operación de tratamiento térmico, la velocidad de calentamiento es importante. El calor fluye desde el exterior hacia el interior del acero a un ritmo definido. Si el acero se calienta demasiado rápido, el exterior se calienta más que el interior y no se puede obtener la estructura uniforme deseada. Si una pieza tiene una forma irregular, es esencial calentarla lentamente para evitar deformaciones y grietas. Cuanto más pesada sea la sección, mayor será el tiempo de calentamiento para lograr resultados uniformes. Incluso después de alcanzar la temperatura correcta, la pieza debe mantenerse a esa temperatura durante un período de tiempo suficiente para permitir que su sección más gruesa alcance una temperatura uniforme. Ver endurecimiento por trabajo.

Operación de mecanizado en la que se elimina metal u otro material aplicando potencia a un cortador giratorio. En el fresado vertical, la herramienta de corte se monta verticalmente sobre el husillo. En el fresado horizontal, la herramienta de corte se monta horizontalmente, ya sea directamente en el husillo o en un eje. El fresado horizontal se divide a su vez en fresado convencional, donde la fresa gira en dirección opuesta a la dirección de avance, o “hacia arriba” en la pieza de trabajo; y fresado ascendente, donde la fresa gira en la dirección de avance, o “hacia abajo” en la pieza de trabajo. Las operaciones de fresado incluyen fresado plano o de superficie, fresado final, fresado frontal, fresado en ángulo, fresado de formas y perfilado.

Sin apretar, cualquier herramienta de fresado. Las fresas horizontales adoptan la forma de fresas planas, fresas de dientes espirales lisos, fresas helicoidales, fresas laterales, fresas laterales de dientes escalonados, fresas de planear, fresas angulares, fresas de doble ángulo, fresas de forma convexa y cóncava. , cortadoras de ruedas dentadas, cortadoras de engranajes rectos, cortadoras para redondear esquinas y sierras de corte. Los cortadores verticales utilizan herramientas de corte montadas en vástago, incluidas fresas, cortadores con ranura en T, cortadores de chavetero Woodruff y cortadores de cola de milano; Estos también se pueden utilizar en molinos horizontales. Ver fresado.

Mecanizado de bordes verticales de piezas de trabajo que tienen contornos irregulares; normalmente se realiza con una fresa en un husillo vertical en una fresadora o con un perfilador, siguiendo un patrón. Ver molino, fresadora.

Proceso de corte, torneado y laminación de roscas en un material particular, tanto externo (p. ej., fresado de roscas) como interno (p. ej., roscado, fresado de roscas). Se encuentran disponibles especificaciones estandarizadas para determinar los resultados deseados del proceso de roscado. Se escriben numerosas designaciones de series de hilos para aplicaciones específicas. El roscado a menudo se realiza en un torno. Especificaciones como la altura del hilo son fundamentales para determinar la resistencia de los hilos. El material utilizado se tiene en cuenta para determinar los resultados esperados de cualquier aplicación particular para esa pieza roscada. En el roscado exterior se requiere una profundidad calculada así como un ángulo de corte particular. Para realizar el roscado interno, el diámetro exacto para perforar el orificio es fundamental antes de roscar. Las roscas se distinguen entre sí por la cantidad de tolerancia y/o margen que se especifica. Ver giro.

Cubo, esfera, cilindro u otro espacio físico dentro del cual sea capaz de alcanzar la herramienta de corte.