Die Kunst des Wasserstrahlschneidens

Nach einem Jahr der Planung; Entwerfen; herstellen; und eine 84-Stunden-Installation rund um die Uhr, „Wake“, feierte am 11. Juli 2018 ihr Debüt auf dem Times Square. (Von links nach rechts) Bildhauerstudent Jeb Hedgecock von der University of North Carolina-Asheville; die Ingenieursstudenten Kyle Ward und Kaitlin Thomas; STEAM Studio-Direktorin Sara Sanders; und die Ingenieure Brittany Hand, Zoe Rorvig, Jacob Fink und Elijah Nonamaker bildeten das Installationsteam. Foto von Adam Taylor.

Man würde nicht glauben, dass eine Geschichte rund um Konzeptkunst und einen universitären Makerspace viel mit Metallverarbeitung zu tun hat, aber in diesem einen Fall liegen Sie falsch. Wenn Ihre Werkstatt schon einmal darüber nachgedacht hat, ihre Schneidmöglichkeiten mit einem Wasserstrahl zu erweitern, sollten Sie vielleicht weiterlesen.

Die Geschichte beginnt im Jahr 2016, als die Ingenieurabteilung der University of North Carolina-Asheville dringend eine erweiterte Werkstatt benötigte. Es verfügte nur über etwa 1.500 Quadratmeter, die mit alten Metallbearbeitungsgeräten bestückt waren, und das Programm wurde erweitert, um immer mehr Schüler aufzunehmen, die sich für den Mechatronik-Lehrplan der Schule interessierten. Die Universitätsverwaltung erkannte die Herausforderung, sah aber auch eine Chance, eine andere Situation anzugehen. Auch die Kunstabteilung benötigte einen erweiterten Arbeitsbereich, weshalb die Beamten die Schaffung eines „Maker’s Space“ vorschlugen, in dem Ingenieur- und Kunststudenten Seite an Seite arbeiten könnten. Die Leiter beider akademischer Abteilungen stimmten zu, machten Pläne für die Räumlichkeiten und das STEAM-Studio (Science, Technology, Engineering, Art, and Math) freute sich im Dezember 2016 über die Eröffnungszeremonie.

Das Studio befindet sich außerhalb des Campus in einem Lagerhaus im River Arts District von Asheville. Die 12.000 Quadratmeter große. Der Raum beherbergt eine Holz- und Metallverarbeitungswerkstatt. Zur Ausrüstung gehören CNC-Fräsen und Drehmaschinen, Schweißsysteme, ein manueller Plasmaschneider, Holzdrehmaschinen, Bandsägen, ein CNC-Fräser, ein Laserschneider, ein Hobel, ein Abrichthobel, ein Breitbandschleifer und ein Wasserstrahl.

„Es gibt keine Kabinen oder Abteilungen im Laden. Wir hoffen, dass die Schüler tatsächlich lernen, beim Navigieren durch den Raum zusammenzuarbeiten und sich gegenseitig zu unterstützen, indem sie sich gegenseitig Feedback geben“, sagte Sara Sanders, Leiterin des STEAM Studios und Leiterin des STEAM Studios Absolventin des Ingenieurprogramms der UNC-Asheville, Abschluss im Jahr 2011.

Die Studierenden und das Studio wurden im Herbst 2017 herausgefordert, als der Konzeptkünstler Mel Chin sein künstlerisches Konzept mit dem Titel „Wake“ vorstellte. Zu dieser Zeit war Chin als Black Mountain College Fellow an der Universität tätig. (Das Black Mountain College wurde 1933 in Black Mountain, NC, gegründet und basiert auf den Prinzipien ganzheitlichen Lernens, wobei das Studium der Kunst einen Kernbestandteil der klassischen Ausbildung im Bereich der freien Künste darstellt. Die Schule brachte im Laufe ihrer 24-jährigen Geschichte mehrere bemerkenswerte Künstler hervor Das Konzept sah die Nachbildung einer Galionsfigur vor, die ein Abbild der schwedischen Opernsängerin Jenny Lind von der USS Nightingale war, einem Expeditions- und Handelsklipper aus dem 19. Jahrhundert, der später während des Bürgerkriegs zu einem Kriegsschiff der Union wurde. Bei der Skulptur handelte es sich um einen 24 Fuß hohen Rumpf eines Schiffbruchs, auf dem überwiegend die Galionsfigur zu sehen war. Die Galionsfigur verfügt außerdem über animatronische Elemente, die ihren Kopf und ihre Brust bewegen und so den Atemvorgang nachahmen. Der Plan sah vor, dass das Stück im Sommer 2018 auf dem New Yorker Times Square ausgestellt wird.

Sanders sagte, sie habe die technische Abteilung aufgesucht, um herauszufinden, ob die Bemühungen, bei der Schaffung der Skulptur mitzuhelfen, als leitendes Designprojekt funktionieren könnten. Als sie die Genehmigung erhielt, war das Studio voll und ganz daran interessiert, das Konzeptkunstwerk Wirklichkeit werden zu lassen.

Hier kommt der Wasserstrahl ins Spiel.

Sanders sagte, als das STEAM-Studio seinen neuen Arbeitsbereich ausstatten wollte, war sein Industriebeirat uneinig darüber, welche Art von Schneidetisch es bekommen sollte. Die Hälfte empfahl einen Plasmaschneidetisch und die andere Hälfte unterstützte einen Wasserstrahl.

Als es an der Zeit war, zu sehen, wie die Ausrüstung in die 12.000 Quadratmeter große Fläche passen würde. Sanders sagte, ihr sei klar geworden, dass sie einen Teil ihrer Schweißfläche aufgeben müsste, um den Tisch unterzubringen. Der Wasserstrahl hingegen passt fast überall hin. Das hat dazu beigetragen, den Deal zu besiegeln.

STEAM Studio kaufte einen Abrasiv-Wasserstrahlschneider OMAX Maxiem® 1530 mit einer Schneidfläche von 10 x 5 Fuß. Die Ausrüstung verfügt über ein fortschrittliches lineares Bewegungssystem, das digitale Encoder verwendet, um der Steuerung eine sofortige Rückmeldung der Schneidkopfposition zu geben, was bei der Produktion präziser Ergebnisse hilft Teile. Studenten und Berater können die Intelli-MAX-Software der Maschine verwenden, um Fertigungen zu entwerfen und Schneidanweisungen für den Wasserstrahl zu erstellen.

Der Künstler Mel Chin und Matt West, Fakultätsmitglied für Bildhauerei an der UNC-Asheville, überprüfen, ob die CNC-gefräste Holzverkleidung mit dem wasserstrahlgeschnittenen WT-Träger zusammenpasst. Dies war die einzige Rippe, die in das Studio passte. Foto von Sara Sanders

Dies sind einige der Lehren, die das STEAM Studio aus der Arbeit mit dem Wasserstrahl bei „Wake“ und anderen Projekten gezogen hat:

Die Vielseitigkeit des Wasserstrahls ist kaum zu übertreffen. „Wir haben dort alles von Metall bis zu Spiegeln geschnitten“, sagte Sanders. Da in den Wasserstrahl abrasiver Granat eingearbeitet ist, kann der Strahl durch verschiedene Materialien schneiden, dünn oder dick, gehärtet oder weich, eisenhaltig oder nichteisenhaltig, organisch oder synthetisch. (Von besonderem Interesse für viele Metallverarbeiter ist die Tatsache, dass der Wasserstrahl-Schleifstrahl das Metallmaterial während des Schnitts nicht beeinträchtigt. Im Gegensatz zu thermischen Verfahren wie Plasma- und Laserschneiden hat der Wasserstrahl keine Wärmeeinflusszone.) Jedes Material bringt Herausforderungen mit sich, um die Genauigkeit beim Schneiden aufrechtzuerhalten oder zu große Schäden beim Einstechen zu verhindern; Letzteres war für das STEAM Studio-Team kein allzu großes Problem, da es mit haltbareren Materialien arbeitete.

Was war das ungewöhnlichste Objekt, das mit dem Wasserstrahl geschnitten wurde? Ein nahegelegener Hersteller von Wasserschuhen bat das Studio, mehrere Schuhe in zwei Hälften zu schneiden. Sie würden die neu geschnittenen Schuhe in Verkaufspräsentationen verwenden, um zu zeigen, wie sie hergestellt wurden, sagte Sanders.

Ein Wasserstrahl eignet sich gut für die Prototypenerstellung.„Anfangs konnten wir den Wasserstrahl für die Prototypenherstellung von Teilen verwenden, ohne dass wir viel Personal investierten. Als wir herausfanden, wie wir die Holzschürze der Galionsfigur am Innengerüst befestigen sollten, schnitten wir mit dem Wasserstrahl 1/8- „Zoll-Stahlband zur Befestigung an der Innenseite der Holzschale. Außerdem konnten wir Teile für die Befestigung und Takelage schnell zuschneiden“, sagte Sanders.

Der Wasserstrahl spart durch seine Genauigkeit in der Anfangsphase eines Projekts Zeit.Der Großteil der Flansche wurde an der Anlage geschnitten, was Fehler beim Lochabstand minimierte und sicherstellte, dass die Gegenflansche identische Lochmuster aufwiesen, wenn die Verbindungen nicht quadratisch waren, fügte Sanders hinzu.

Es hilft, neue Bediener ganzheitlich an den Wasserstrahl heranzuführen. Im Kurs „Einführung in STEAM“, einem Kurs für Erstsemester, haben Studierende die Möglichkeit, den Wasserstrahl bei einem ihrer Projekte einzusetzen. Die Schüler werden gebeten, einen Schattenkasten aus Metall herzustellen, indem sie Winkeleisen schneiden und den Kasten durch Zusammenschweißen herstellen. Der Schwerpunkt der Box liegt auf einem Design, das aus 1/8 Zoll dickem Material ausgeschnitten ist. Aluminium auf dem Wasserstrahl. Die Schüler zeichnen das Design, zeichnen es mit der Intelli-MAX-Software nach und erstellen ein Programm, legen es auf den USB-Stick, schließen es an das Steuersystem des Wasserstrahls an, befestigen die Aluminiumzuschnitte und schneiden das Design aus.

„Technisch gesehen sind sie nicht bereit, die Wasserstrahlen zu bedienen, aber es gibt ihnen die Möglichkeit zu verstehen, was passieren muss, um ein Teil zu schneiden“, sagte Sanders. „Das ist der erste Schritt, den wir unternehmen, um es zugänglicher zu machen.“

Gutes Wasser ist eine gute Nachricht für die Wasserstrahlschneidemaschine. Im Rahmen einer Wasserstrahlanlage sollte eine Wasserqualitätsanalyse durchgeführt werden. Der Qualitätsbericht sollte mindestens den Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS), den Kieselsäuregehalt und den pH-Wert umfassen. TDS ist besonders wichtig; Je niedriger die Punktzahl, desto besser funktionieren die internen Abläufe des Wasserstrahls.

Als Teil des Kaufs sagte Sanders, dass OMAX eine kostenlose Analyse des Wassers zur Verfügung gestellt habe.

„Es stellte sich heraus, dass wir das beste Wasser hatten, das sie je gesehen hatten“, fügte Sanders hinzu. „Ich denke, das ist der Grund, warum all diese Brauereien hierher ziehen.“

„Wake“ erhält vor seinem offiziellen Debüt den letzten Feinschliff. Foto von Adam Taylor.

Offensichtlich betreibt das STEAM Studio den Wasserstrahl nicht wie in einer Lohnwerkstatt, sodass die inneren Dichtungen und Rohre nicht so stark beansprucht werden. Sanders sagte, dass Wartungsaufgaben auf ein paar Mal im Jahr beschränkt seien, ein Zeitplan, der in einer Produktionsumgebung häufiger vorkäme.

Der Wasserstrahl kann mehr als nur schneiden. Manchmal hilft es, Fertigungen zu kennzeichnen, wenn sie Teil einer großen Baugruppe sind.

„Der Wasserstrahl war auch wegen der Ritzfunktion ideal“, sagte Sanders. „Wo jede Rippenhälfte aus vier bis fünf Stahlstücken bestand, konnten wir jedes Stück beschriften. Wir waren auch in der Lage, passende Profile auf die Teile zu ritzen. Wo komplexe Winkel an Flanschen zusammenkamen, ließen wir das Profil dort anritzen, wo das Teil hinkam.“ angeschweißt. Das hat eine enorme Zeitersparnis bei der Auslegung, Befestigung und den Schweißprozessen zur Folge.“

Wenn es um Kapitalinvestitionen geht, muss der Materialtransport immer Teil des Gesprächs sein. STEAM Studio erkannte, dass es seinen Wasserstrahl nicht wie ein Hersteller verwenden würde. Daher wurde nicht viel über ein Materialhandhabungsgerät wie einen Schwenkkran nachgedacht.

„Wake“ forderte sie auf eine Weise heraus, die sie noch nie zuvor erlebt hatten. Da das Team über keinen Hubwagen verfügte, mussten 25 ¼-Zoll-Blätter transportiert werden. Platte und sechs Blätter 3/8-Zoll. Teller von Hand – sechs Händepaare, um genau zu sein. Der Einbau der Platte erfolgte erst nach einer Änderung des ursprünglichen Designs.

„Deshalb mussten wir alle Konstruktionszeichnungen von Bauingenieuren in New York City stempeln lassen, und wir arbeiteten eng mit ihnen an der Konstruktion zusammen. Zunächst ließen wir die Schiffsstruktur auf einem I-Träger-Sockel festschrauben, was wirklich ein Problem war.“ „Die gleiche Stütze wurde für Jenny Lind wie für die Galionsfigur festgelegt“, sagte Sanders. „Also fragten wir: ‚Hey Leute, können wir einen anderen Weg finden, das auszugleichen, weil wir mit so schweren I-Trägern nicht umgehen können?‘“

Die Ingenieure hatten die I-Träger nur aufgrund ihres Gewichts spezifiziert, weil die gesamte Skulptur freistehend war. Das Kunstwerk konnte nicht in der Straße verankert werden, da es sich um eine öffentliche Durchgangsstraße handelte.

Sanders sagte, Mountain Steel Co., der in Asheville ansässige Stahllieferant des Studios, sei während des Projekts sehr hilfreich gewesen, insbesondere als es darum ging, die Teile auf einen Parkplatz auf dem Campus zu bringen, wo die Skulptur zusammengebaut wurde, bevor sie wieder zerlegt und nach New verschifft wurde York.

Eines der letzten Hindernisse, mit denen Sanders und das Team bei „Wake“ konfrontiert waren, war die Notwendigkeit, dass alle Schweißnähte von zertifizierten Schweißern hergestellt werden mussten, um den New Yorker Vorschriften zu entsprechen. Leider war es in North Carolina nicht einfach, Schweißer mit den entsprechenden Zertifizierungen zu finden, die in der Lage sind, strukturelle Schweißnähte zu liefern, die der Prüfung durch einen zertifizierten Schweißinspektor (CWI) standhalten würden, da der Einsatz zertifizierter Schweißer hierfür nicht vorgeschrieben ist arbeiten.

Das STEAM Studio-Team fand schließlich jemanden, der die Schweißnähte ausführte, und ein Inspektor aus New York City kam vorbei, um Ultraschall- und Magnetprüfungen durchzuführen. Nachdem das CWI die Prüfung bestanden hatte, konnte die Skulptur zum Big Apple geliefert werden. Bis zu diesem Zeitpunkt sollte es die größte Skulptur sein, die jemals den Times Square zierte.

Mit dem Wasserstrahl wurden Stahlbänder und Befestigungslaschen geschnitten, um die Holzschürze am Stahlträger zu befestigen, der die innere Struktur der Galionsfigur von Jenny Lind bildete. Foto von Sara Sanders.

„Wake“ wurde am 11. Juli 2018 nach dreitägiger Arbeit rund um die Uhr vorgestellt. Es wurde mit „Unmoored“ gepaart, einem digitalen Augmented-Reality-Werk, das Chin in Zusammenarbeit mit Microsoft erstellt hat. Da beide Kunstprojekte zusammenarbeiten, konnte man sich „Wake“ ansehen und sich vorstellen, dass es in den Himmel startete, begleitet von einer Flottille von Booten, die über dem Times Square schwammen, weil dieser nun vom steigenden Meer bedeckt war.

„Wake“ war bis zum 5. September auf dem Times Square ausgestellt. Seitdem ist es eingelagert, aber laut Sanders könnte es 2019 in einer anderen Großstadt erneut auftauchen.

In der Zwischenzeit nutzen Ingenieur- und Kunststudenten das STEAM Studio, um zu lernen, was es braucht, um Entwürfe in die Realität umzusetzen.

„Es war fantastisch“, sagte Sanders. „Wir haben viele positive Erfahrungen mit der informellen Zusammenarbeit gemacht, die bei einem Projekt wie ‚Wake‘ stattfindet.“

Das Studio konnte den Wasserstrahl auch außerhalb der Schulzeit einsetzen. Beispielsweise wurde der Wasserstrahl zum Schneiden von Geoden für die Geologieabteilung der UNC-Asheville verwendet. Es ist nur eines der Dinge, die man mit einem Wasserstrahl macht: Man setzt ihn ein.

Joshua Swainston, Content-Marketing-Autor, OMAX Corp., hat Informationen zu dieser Geschichte beigesteuert.

STEAM Studio, UNC-Asheville, https://steamstudio.unca.edu

OMAX Corp., www.omax.com