Dit artikel beschrijft hoe moderne CNC-technologie wordt ingezet om Gotische architectuur in al haar pracht te herstellen. Door het gebruik van computergestuurde machines kunnen complexe details die vroeger maanden handwerk vereisten, nu in enkele dagen worden voltooid.
Technische aspecten De gebruikte machines van Prussiani Engineering werken met diamantbeklede gereedschappen en beschikken over vijf of zes assen. Dit stelt hen in staat om complexe 3D-reliëfs en hoge objecten, zoals pinakels, met grote precisie te houwen. Een groot voordeel is dat de machines onbeheerd kunnen werken, wat de productiviteit enorm verhoogt.
De digitale workflow Het productieproces is opgedeeld in drie gespecialiseerde rollen:
- De Kunstenaar: Creëert de ontwerpen in 3D-modelleringssoftware, waarbij digitale experimenten mogelijk zijn via de 'undo'-functie.
- De Programmeur: Gebruikt CAM-software om de 3D-modellen om te zetten in G-code, de specifieke instructies voor de machine.
- De Zaagmeester: Bedient de fysieke machines, stelt de steenblokken op en voert de uiteindelijke zaagwerkzaamheden uit.
Deze synergie tussen digitale precisie en artistiek talent maakt het mogelijk om traditionele bouwkunst op een moderne manier voort te zetten.
CNC-steenhouwen
(De Karmelietenmonniken besteden hun toegewezen werktijd aan de bouw. Zie hun Horarium.)
Bijschrift: CNC-bewerking van een Gotische pinakel door de Karmelietenmonniken
CNC-machines en robots hebben de mogelijkheid ontsloten om de intense details van een Gotische kerk relatief snel uit te houwen. Sierlijke stukken die voorheen maanden tijd in beslag namen voor een bekwame beeldhouwer, kunnen nu in enkele dagen worden voltooid. In plaats van de schoonheid weg te snijden met het excuus dat het te lang duurt en daarmee niet in het budget past, kan moderne technologie worden ingezet om echte Gotiek in al haar pracht vandaag weer tot realiteit te maken.
Het gebruik van moderne technologieën in het steenhouwen ontsluit het potentieel van de moderne jeugd. Hoewel zij wellicht niet zijn opgeleid in het gebruik van hamer en beitel, zijn jonge mannen en vrouwen opgegroeid in een wereld van computers. De vaardigheden die zij bezitten, kunnen nu worden ingezet voor een hoger doel: het bouwen van een kerk ter ere van de glorie van God.
Bijschrift: CNC-programmering van een Gotische pinakel door een Karmelietenmonnik
Wat is een CNC-machine?
CNC staat voor "computer numerically controlled" (computergestuurd), waarbij een computer via een reeks XYZ-coördinaten de bewegingen van een machine aanstuurt. De eerste CNC werd uitgevonden voor de productie van vliegtuigonderdelen. CNC-machines voor het snijden in steen zijn een relatief nieuwe uitvinding.
CNC-machines voor steenhouwen maken doorgaans gebruik van diamantbeklede bladen en freesbitjes, en niet van water of laser, om de steen te bewerken. De diamanten, die harder zijn dan de steen, slijpen de steen weg. Het water dient enkel om te voorkomen dat het diamantgereedschap oververhit raakt door wrijving en om het steenslib dat bij het bewerkingsproces ontstaat, weg te spoelen.
Bijschrift: CNC-steenhouwbladen en -bits gebruikt door de Karmelietenmonniken
Normaal gesproken hebben CNC-machines die worden gebruikt voor sculpturen en bladwerk vijf assen, waardoor ze naar links en rechts, omhoog en omlaag, naar voren en achteren kunnen bewegen, en hun koppen op twee verschillende manieren kunnen draaien. De machines interpoleren deze meerdere assen om de steen te houwen. "Interpoleren" betekent hier dat ze samenwerken, waarbij een as één bewegingsrichting is. De machines kunnen dus tegelijkertijd naar links bewegen, naar beneden gaan en hun koppen draaien om een klein gebied te bereiken of een specifieke afwerking op de steen aan te brengen.
Soms beschikken ze zelfs over een zesde as, doorgaans een draaibank of een draaischijf, voor het houwen van hoge stenen zoals pinakels of beelden. De draaibank werkt samen met de andere assen en positioneert zichzelf zorgvuldig zodat de CNC-machine elk deel van de steen kan bereiken. CNC-machines kunnen bovendien onbeheerd in steen houwen, soms gedurende lange perioden en gedurende de nacht. Dit betekent dat 40 uur, een typische werkweek, voor een CNC minder dan twee dagen is, wat een aanzienlijke tijdsbesparing oplevert.
Bijschrift: CNC-draaibank en spindel in actie bij het houwen van steen voor de Karmelietenmonniken
Prussiani CNC-machines
De Karmelietenmonniken maken gebruik van CNC-machines van Prussiani Engineering, een fabrikant van steen-CNC's gevestigd in Bergamo, Italië. Italianen hebben altijd vooropgelopen in het steenhouwen, en dat is met moderne technologie niet anders. Met de machines van Prussiani kunnen de monniken detailniveaus bereiken die voorheen waren voorbehouden aan het handwerk van zeer bekwame vaklieden. Met de instelling "waar een wil is, is een weg" en zorgvuldige programmering zijn de mogelijkheden van de machines vrijwel grenzeloos en kunnen ze ongekende 3D-reliëfs creëren.
De Prussiani-machines staan bovendien bekend als onverwoestbaar, een reputatie die is bewezen op het slagveld van het steenhouwen. Steen is een onwillig materiaal en het vergt robuuste machines om het te bedwingen; geen kleine taak! Een kort verhaal illustreert dit:
akelemaanden nadat we begonnen met het houwen van steen, lieten we onze eerste CNC-machine 's nachts onbeheerd draaien op enkele raamdorpels van zeven voet lang. De volgende ochtend werden we wakker met een schokkende verrassing. De enorme stenen, die elk honderden ponden wogen, waren door elkaar geslingerd alsof er een tornado door de machine was gegaan. Stenen waren geknapt en verbrijzeld, en de fragmenten lagen verspreid over het binnenste van het CNC-freesgebied. Na de eerste schok analyseerden we wat er was gebeurd. Het bleek dat er een fout zat in het specifieke pakket code dat de machine die nacht had gelezen en gevolgd. Aan het einde van elke raamdorpel, nadat het houwwerk volledig was voltooid, instrueerde de code de CNC-machine om herhaaldelijk hard in de bovenkant van de dorpel te rammen, bijna alsof het een reusachtige vuist was. De stenen maakten geen schijn van kans, maar diezelfde machine houwt tot op de dag van vandaag, bijna tien jaar later, nog steeds stenen.
Het houwproces
Het proces van steenhouwen met een CNC is een digitale workflow. De sierlijke stukken bedekt met bladwerk, de beelden, de gargoyles en vele andere kenmerkende Gotische elementen beginnen bij de kunstenaar, de hoofdhouwer. Hij boetseert de verschillende bloemen en bladeren met een 3D-modelleringsprogramma in een proces dat sterk lijkt op het kneden van een bal klei. Dit vereist nog steeds een groot artistiek talent, maar er is een groot voordeel aan dit werk in een computer: de "ongedaan maken"-knop (Undo)! De kunstenaar kan experimenteren met een bijna oneindig aantal ontwerpen om degene te vinden die het meest geschikt is voor de ruimte. En dankzij de mogelijkheid om de stukken te visualiseren in een volledig model van de kerk, is er geen giswerk meer over hoe het voltooide gebouw eruit zal zien.
Bijschrift: De broeder-kunstenaar die in Mudbox boetseert voor de Gotiek van de Karmelietenmonniken
Zodra de kunstenaar klaar is met een bepaald beeldhouwwerk, wordt dit doorgegeven aan de eigenlijke steenhouwers: de CNC-programmeurs. De programmeurs laden het 3D-model in een CAM-programma (Computer Aided Machining) en maken de gereedschapspaden die de CNC-machine zal gebruiken om de werkelijke stenen te houwen. Met een groot arsenaal aan gereedschappen en methoden houwen zij de steen geleidelijk weg tot het uiteindelijke stuk. Zij doen hun best om het steenblok waarmee ze beginnen zo dicht mogelijk bij het model van de kunstenaar te brengen, vergelijkbaar met de manier waarop steenhouwers historisch gezien een afzetmachine (pointing machine) gebruikten om maten van een gipsmodel over te brengen naar steen.
Tegelijkertijd moeten ze rekening houden met een breed scala aan zaken: van welke gereedschappen ze gebruiken afhankelijk van snelheid en afwerking, tot hoe ze de steen op zijn plaats houden en hoe ze botsingen tussen de CNC en de steen (of andere stenen die ze tegelijkertijd bewerken) kunnen voorkomen. Dit is veel om bij te houden, maar als het goed wordt gedaan, werpt het snel zijn vruchten af. Het is uiterst lonend om te zien hoe toetsaanslagen en muisklikken op een computer veranderen in niet alleen een eindproduct, maar in een sierlijk gehouwen onderdeel van een Gotische kerk, een plek waar God voor eeuwen zal worden bemind.
Ten slotte, wanneer alle G-code (de programmeertaal van een CNC-machine) gereed is, wordt deze overhandigd aan de zaagsters/zaagmeesters, die de CNC-machines zelf bedienen, evenals de diverse andere zagen die de steenblokken voorbereiden voor het houwwerk. De zaagmeesters zijn de mensen "op de grond" en houden een duidelijke communicatielijn open met de programmeurs om ervoor te zorgen dat alles soepel verloopt. Zij volgen zorgvuldig de lay-outs en gereedschapslijsten die de programmeurs per stuk hebben voorbereid bij het opstellen van de stenen, stellen referentiepunten in zodat de machines elke steen kunnen lokaliseren, en houden toezicht tijdens het houwen. Ze houden constant een waakzaam oog in de gaten om te garanderen dat alles goed gaat. Er is een symbiotische relatie tussen de zaagmeesters en de programmeurs, aangezien het werk van beiden essentieel is voor de succesvolle voltooiing van elke steen.
Bijschrift: De monnik-zaagmeesters die een tafel instellen om door de CNC bewerkt te worden
De zaagmeesters bedienen ook de draadzagen en brugzagen, waarmee elke steen wordt gezaagd om ofwel verder bewerkt te worden tot iets sierlijkers, of om direct in de muur geplaatst te worden. De draadzaag, zelf een eenvoudiger type 2-assige CNC, kan eenvoudige profielen snijden, waaronder elk recht stuk, zoals kolommen en de rechte delen van raamomlijstingen. De zaagmeester kan met de draadzaag een grote plaat steen nemen en daar soms wel 20 of 30 verschillende kleinere stenen uit snijden; dit lijkt op het gebruik van een uitsteekvorm voor koekjes. Dit maakt de 5-assige CNC-machines vrij om zich te concentreren op de meer sierlijke stukken en is bovendien aanzienlijk sneller.
Bijschrift: De monnik-draadzaagmeester plaatst plastic shims ter ondersteuning van de gezaagde stukken. Rechts is het eindproduct van de draadzaag te zien, wachtend op het lossnijden van de geprofileerde stenen.
Er zijn veel verschillende facetten aan de kunst en wetenschap van het moderne steenhouwen en slechts een paar daarvan zijn hier aan bod gekomen. Pneumatische beitels en handmatig houwen spelen zeker een waardevolle rol, evenals een multitude aan andere methoden die hier niet besproken zijn. De leercurve om in een dergelijk werk te duiken is inderdaad ontmoedigend en de werklast intimiderend, maar het resultaat daarvan zal eeuwenlang blijven voortbestaan.
CNC-steenhouwen
(De Karmelietenmonniken besteden hun toegewezen werktijd aan de bouw. Zie hun Horarium.)
Bijschrift: CNC-bewerking van een Gotische pinakel door de Karmelietenmonniken
CNC-machines en robots hebben de mogelijkheid ontsloten om de intense details van een Gotische kerk relatief snel uit te houwen. Sierlijke stukken die voorheen maanden tijd in beslag namen voor een bekwame beeldhouwer, kunnen nu in enkele dagen worden voltooid. In plaats van de schoonheid weg te snijden met het excuus dat het te lang duurt en daarmee niet in het budget past, kan moderne technologie worden ingezet om echte Gotiek in al haar pracht vandaag weer tot realiteit te maken.
Het gebruik van moderne technologieën in het steenhouwen ontsluit het potentieel van de moderne jeugd. Hoewel zij wellicht niet zijn opgeleid in het gebruik van hamer en beitel, zijn jonge mannen en vrouwen opgegroeid in een wereld van computers. De vaardigheden die zij bezitten, kunnen nu worden ingezet voor een hoger doel: het bouwen van een kerk ter ere van de glorie van God.
Bijschrift: CNC-programmering van een Gotische pinakel door een Karmelietenmonnik
Wat is een CNC-machine?
CNC staat voor "computer numerically controlled" (computergestuurd), waarbij een computer via een reeks XYZ-coördinaten de bewegingen van een machine aanstuurt. De eerste CNC werd uitgevonden voor de productie van vliegtuigonderdelen. CNC-machines voor het snijden in steen zijn een relatief nieuwe uitvinding.
CNC-machines voor steenhouwen maken doorgaans gebruik van diamantbeklede bladen en freesbitjes, en niet van water of laser, om de steen te bewerken. De diamanten, die harder zijn dan de steen, slijpen de steen weg. Het water dient enkel om te voorkomen dat het diamantgereedschap oververhit raakt door wrijving en om het steenslib dat bij het bewerkingsproces ontstaat, weg te spoelen.
Bijschrift: CNC-steenhouwbladen en -bits gebruikt door de Karmelietenmonniken
Normaal gesproken hebben CNC-machines die worden gebruikt voor sculpturen en bladwerk vijf assen, waardoor ze naar links en rechts, omhoog en omlaag, naar voren en achteren kunnen bewegen, en hun koppen op twee verschillende manieren kunnen draaien. De machines interpoleren deze meerdere assen om de steen te houwen. "Interpoleren" betekent hier dat ze samenwerken, waarbij een as één bewegingsrichting is. De machines kunnen dus tegelijkertijd naar links bewegen, naar beneden gaan en hun koppen draaien om een klein gebied te bereiken of een specifieke afwerking op de steen aan te brengen.
Soms beschikken ze zelfs over een zesde as, doorgaans een draaibank of een draaischijf, voor het houwen van hoge stenen zoals pinakels of beelden. De draaibank werkt samen met de andere assen en positioneert zichzelf zorgvuldig zodat de CNC-machine elk deel van de steen kan bereiken. CNC-machines kunnen bovendien onbeheerd in steen houwen, soms gedurende lange perioden en gedurende de nacht. Dit betekent dat 40 uur, een typische werkweek, voor een CNC minder dan twee dagen is, wat een aanzienlijke tijdsbesparing oplevert.
Bijschrift: CNC-draaibank en spindel in actie bij het houwen van steen voor de Karmelietenmonniken
Prussiani CNC-machines
De Karmelietenmonniken maken gebruik van CNC-machines van Prussiani Engineering, een fabrikant van steen-CNC's gevestigd in Bergamo, Italië. Italianen hebben altijd vooropgelopen in het steenhouwen, en dat is met moderne technologie niet anders. Met de machines van Prussiani kunnen de monniken detailniveaus bereiken die voorheen waren voorbehouden aan het handwerk van zeer bekwame vaklieden. Met de instelling "waar een wil is, is een weg" en zorgvuldige programmering zijn de mogelijkheden van de machines vrijwel grenzeloos en kunnen ze ongekende 3D-reliëfs creëren.
De Prussiani-machines staan bovendien bekend als onverwoestbaar, een reputatie die is bewezen op het slagveld van het steenhouwen. Steen is een onwillig materiaal en het vergt robuuste machines om het te bedwingen; geen kleine taak! Een kort verhaal illustreert dit:
akelemaanden nadat we begonnen met het houwen van steen, lieten we onze eerste CNC-machine 's nachts onbeheerd draaien op enkele raamdorpels van zeven voet lang. De volgende ochtend werden we wakker met een schokkende verrassing. De enorme stenen, die elk honderden ponden wogen, waren door elkaar geslingerd alsof er een tornado door de machine was gegaan. Stenen waren geknapt en verbrijzeld, en de fragmenten lagen verspreid over het binnenste van het CNC-freesgebied. Na de eerste schok analyseerden we wat er was gebeurd. Het bleek dat er een fout zat in het specifieke pakket code dat de machine die nacht had gelezen en gevolgd. Aan het einde van elke raamdorpel, nadat het houwwerk volledig was voltooid, instrueerde de code de CNC-machine om herhaaldelijk hard in de bovenkant van de dorpel te rammen, bijna alsof het een reusachtige vuist was. De stenen maakten geen schijn van kans, maar diezelfde machine houwt tot op de dag van vandaag, bijna tien jaar later, nog steeds stenen.
Het houwproces
Het proces van steenhouwen met een CNC is een digitale workflow. De sierlijke stukken bedekt met bladwerk, de beelden, de gargoyles en vele andere kenmerkende Gotische elementen beginnen bij de kunstenaar, de hoofdhouwer. Hij boetseert de verschillende bloemen en bladeren met een 3D-modelleringsprogramma in een proces dat sterk lijkt op het kneden van een bal klei. Dit vereist nog steeds een groot artistiek talent, maar er is een groot voordeel aan dit werk in een computer: de "ongedaan maken"-knop (Undo)! De kunstenaar kan experimenteren met een bijna oneindig aantal ontwerpen om degene te vinden die het meest geschikt is voor de ruimte. En dankzij de mogelijkheid om de stukken te visualiseren in een volledig model van de kerk, is er geen giswerk meer over hoe het voltooide gebouw eruit zal zien.
Bijschrift: De broeder-kunstenaar die in Mudbox boetseert voor de Gotiek van de Karmelietenmonniken
Zodra de kunstenaar klaar is met een bepaald beeldhouwwerk, wordt dit doorgegeven aan de eigenlijke steenhouwers: de CNC-programmeurs. De programmeurs laden het 3D-model in een CAM-programma (Computer Aided Machining) en maken de gereedschapspaden die de CNC-machine zal gebruiken om de werkelijke stenen te houwen. Met een groot arsenaal aan gereedschappen en methoden houwen zij de steen geleidelijk weg tot het uiteindelijke stuk. Zij doen hun best om het steenblok waarmee ze beginnen zo dicht mogelijk bij het model van de kunstenaar te brengen, vergelijkbaar met de manier waarop steenhouwers historisch gezien een afzetmachine (pointing machine) gebruikten om maten van een gipsmodel over te brengen naar steen.
Tegelijkertijd moeten ze rekening houden met een breed scala aan zaken: van welke gereedschappen ze gebruiken afhankelijk van snelheid en afwerking, tot hoe ze de steen op zijn plaats houden en hoe ze botsingen tussen de CNC en de steen (of andere stenen die ze tegelijkertijd bewerken) kunnen voorkomen. Dit is veel om bij te houden, maar als het goed wordt gedaan, werpt het snel zijn vruchten af. Het is uiterst lonend om te zien hoe toetsaanslagen en muisklikken op een computer veranderen in niet alleen een eindproduct, maar in een sierlijk gehouwen onderdeel van een Gotische kerk, een plek waar God voor eeuwen zal worden bemind.
Ten slotte, wanneer alle G-code (de programmeertaal van een CNC-machine) gereed is, wordt deze overhandigd aan de zaagsters/zaagmeesters, die de CNC-machines zelf bedienen, evenals de diverse andere zagen die de steenblokken voorbereiden voor het houwwerk. De zaagmeesters zijn de mensen "op de grond" en houden een duidelijke communicatielijn open met de programmeurs om ervoor te zorgen dat alles soepel verloopt. Zij volgen zorgvuldig de lay-outs en gereedschapslijsten die de programmeurs per stuk hebben voorbereid bij het opstellen van de stenen, stellen referentiepunten in zodat de machines elke steen kunnen lokaliseren, en houden toezicht tijdens het houwen. Ze houden constant een waakzaam oog in de gaten om te garanderen dat alles goed gaat. Er is een symbiotische relatie tussen de zaagmeesters en de programmeurs, aangezien het werk van beiden essentieel is voor de succesvolle voltooiing van elke steen.
Bijschrift: De monnik-zaagmeesters die een tafel instellen om door de CNC bewerkt te worden
De zaagmeesters bedienen ook de draadzagen en brugzagen, waarmee elke steen wordt gezaagd om ofwel verder bewerkt te worden tot iets sierlijkers, of om direct in de muur geplaatst te worden. De draadzaag, zelf een eenvoudiger type 2-assige CNC, kan eenvoudige profielen snijden, waaronder elk recht stuk, zoals kolommen en de rechte delen van raamomlijstingen. De zaagmeester kan met de draadzaag een grote plaat steen nemen en daar soms wel 20 of 30 verschillende kleinere stenen uit snijden; dit lijkt op het gebruik van een uitsteekvorm voor koekjes. Dit maakt de 5-assige CNC-machines vrij om zich te concentreren op de meer sierlijke stukken en is bovendien aanzienlijk sneller.
Bijschrift: De monnik-draadzaagmeester plaatst plastic shims ter ondersteuning van de gezaagde stukken. Rechts is het eindproduct van de draadzaag te zien, wachtend op het lossnijden van de geprofileerde stenen.
Er zijn veel verschillende facetten aan de kunst en wetenschap van het moderne steenhouwen en slechts een paar daarvan zijn hier aan bod gekomen. Pneumatische beitels en handmatig houwen spelen zeker een waardevolle rol, evenals een multitude aan andere methoden die hier niet besproken zijn. De leercurve om in een dergelijk werk te duiken is inderdaad ontmoedigend en de werklast intimiderend, maar het resultaat daarvan zal eeuwenlang blijven voortbestaan.
Groetjes,