加尔默罗会修士用 CNC 数控机床雕刻哥特式石雕

在如此古老的建筑形式中，CNC 机床似乎显得有些格格不入。  然而，当人们想到中世纪的建造者始终站在他们那个时代技术的前沿时，这就不再显得那么奇怪了。  要在今天建造哥特式建筑，它必须成为现实，而不是永远锁在脑海中的浪漫幻想。

（加尔默罗会修士们将分配给工作的时间用于建造。请在此查看他们的时间表。）

CNC 机床和机器人开启了相对快速地雕刻哥特式教堂繁复细节的能力。  过去需要熟练雕刻师花费数月才能完成的华丽构件，如今只需几天便可完成。  不必再以耗时太长、不符合预算为借口而舍弃美感，现代技术可以用来让真正的哥特式建筑及其全部美感在今日重现。 

在石雕中使用现代技术释放了现代青年的潜力。  尽管他们可能未受过使用锤子和凿子的训练，但年轻男女是在计算机的世界中长大的。  他们所掌握的技能如今可以被引导向更高的目标——为上帝的荣耀建造教堂。

什么是 CNC 机床

CNC 代表“计算机数控”，即由计算机通过一系列 XYZ 坐标控制机床的运动。  第一台 CNC 是为制造飞机零件而发明的。  石材切割 CNC 机床则是相对较新的发明。

石材雕刻 CNC 机床通常使用金刚石刀头和铣刀，而非水或激光来雕刻石材。  金刚石比石材更硬，会磨削石材并将其磨损掉。  水只是用来防止金刚石刀具因摩擦而升温，并冲走雕刻过程中产生的石浆。

通常用于雕塑和叶饰的石材雕刻 CNC 机床有 5 个轴，能够左右、上下、前后移动，并以两种不同方式旋转其头部。机床对这些多个轴进行插补以雕刻石材。  “插补”意味着协同工作，而一个轴就是一个运动方向。  因此，机床可以同时向左、向下移动并旋转其头部，以进入狭小区域或在石材上留下特定的表面效果。    有时它们甚至会有第 6 个轴，通常是车床或转台，用于雕刻尖顶或雕像等高耸的石材。  车床与其他轴进行插补，仔细定位自身，使 CNC 机床能够到达石材的每个区域。   CNC 机床还可以无人值守地雕刻石材，有时一次持续很长时间甚至通宵。  这意味着 40 小时——典型的一周工作量——对 CNC 来说不到 2 天，大大节省了时间！

Prussiani CNC 机床

加尔默罗会修士使用来自 Prussiani Engineering 的 CNC 机器，这是一家位于意大利贝加莫的石材 CNC 制造商。  意大利人一直处于石材雕刻的前沿，在现代技术方面也不例外。  借助 Prussiani 的机器，修士们能够雕刻出以往只有技艺高超的工匠手工雕刻才能达到的细节水平。  秉持“有志者事竟成”的心态，再加上精心的编程，这些机器的能力几乎无所不能，能够雕刻出前所未有的 3D 浮雕。

Prussiani 的机器还享有坚不可摧的美誉，这一美誉在石材雕刻的战场上得到了验证。  石材是一种顽固的材料，需要坚固的机器才能将其制服；这可不是件容易的事！  这里有一个小故事可以说明。  我们开始雕刻石材几个月后，第一次让我们的第一台 CNC 机器通宵运行，加工几块 7 英尺长的窗台。  第二天早上醒来，我们看到了令人震惊的一幕。  那些每块重达数百磅的巨石被抛得到处都是，仿佛一阵龙卷风席卷了机器。  石头被折断、粉碎，碎片散落在 CNC 铣削区域的内部。  震惊过后，我们开始分析发生了什么。  原来机器那晚读取并执行的特定代码批次中存在一个错误。  在每块窗台的最末端，在完全完成雕刻之后，代码指示 CNC 机器反复向下猛砸窗台顶部，几乎就像一只巨拳。  那些石头毫无招架之力，但同一台机器至今仍在雕刻石头，将近十年之后依然如此。

雕刻过程

使用 CNC 雕刻石材是一个数字化工作流程。  那些布满枝叶的华丽构件、雕像、石像鬼以及许多其他独特的哥特式元素，都始于艺术家——首席雕刻师。  他使用 3D 建模程序雕刻各种花朵和叶子，过程非常类似于塑造一团黏土。  这仍然需要大量的艺术天赋，但在电脑上做这项工作有一个主要优势：撤销按钮！  艺术家可以尝试几乎无限数量的设计，以找到最适合该空间的那一个。  而且借助在教堂完整模型中可视化这些构件的能力，对于最终建筑会是什么样子不再有任何猜测。 

当艺术家完成某件雕塑后，它会被交给真正的石雕师，也就是 CNC 程序员。程序员将 3D 模型导入 CAM 程序（即计算机辅助加工），并生成 CNC 机床用来雕刻实际石材的刀具路径。借助大量刀具和方法，他们逐步将石材雕刻成最终成品。他们尽最大努力让起始的石块尽可能接近艺术家的模型，类似于历史上石雕师使用定点机将石膏模型上的测量数据转移到石材上的方式。与此同时，他们必须权衡一系列问题，从根据速度和光洁度选择刀具，到如何固定石材防止移动，再到避免 CNC 与石材甚至同时雕刻的其他石块发生碰撞。需要跟踪的事项很多，但如果做得好，很快就会见到成果。看到计算机的击键和鼠标点击不仅变成成品，还成为哥特式教堂中精美雕刻的一部分——一个上帝将在未来几个世纪被爱的地方——这是极其有回报的。

最后，当所有 G 代码（CNC 机床的编程语言）准备就绪后，它会被交给锯工，由他们操作 CNC 机床本身，以及各种其他用于为雕刻准备石块的锯子。锯工是“实地执行”的人员，他们与程序员保持畅通的沟通渠道，以确保一切顺利进行。在为雕刻设置石块时，他们仔细遵循程序员为每件作品准备的布局和刀具清单，设置参考点以便机床定位每块石头，并在雕刻过程中进行监控。他们时刻保持警惕，确保一切顺利进行。锯工和程序员之间存在共生关系，因为双方的工作对于每块石头的成功完成都至关重要。

锯工还操作线锯和桥锯，将每块石头切割成要么被雕刻成更精美的物件，要么直接用于墙体。线锯本身是一种较简单的两轴 CNC，可以切割简单的轮廓，包括任何直段，如柱子和窗框的直线部分。锯工使用线锯，会从一大块石板上有时甚至切出 20 或 30 块不同的小石头；看起来就像饼干模具切出的块。这释放了五轴 CNC 机床去专注于更精美的部件，而且速度也显著更快。

如今石雕艺术与科学有许多不同的方面，这里只涉及了少数。气动凿子和手工雕刻当然有其重要角色，以及许多其他未在此讨论的方法。投身这项工作的学习曲线确实令人生畏，工作量令人望而却步，但其成果将屹立未来几个世纪。