La technologie du jet d'eau se distingue

une Découpe sans déformation et sans modification de structure ou de couleur

La découpe au jet d'eau - la quatrième technique de découpe à froid après le découpage, le sciage et le poinçonnage - permet de découper divers matériaux sans déformation et sans modification de la structure ou de la couleur. Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été menées sur les possibilités supplémentaires de cette technique, ce qui a permis d'améliorer considérablement les performances et d'augmenter sensiblement les vitesses de coupe. Nous faisons le point avec Dieter Comyn (Haco), Inge Lefevre (L&D Jet Techniek), Jonas Trenson (De Tollenaere) et Nic Wouters (Wouters Cutting & Welding).

TECHNIQUE DE déCOUPE À FROID

La découpe au jet d'eau permet de découper des matériaux sans déformation et sans modification de la structure ou de la couleur. Selon le matériau, cela peut se faire avec ou sans sable de coupe (abrasif), lequel est en fait le véritable 'élément de coupe'. L'eau déplace les grains de sable vers le point de coupe,  dans la bonne direction et à la bonne vitesse. Le processus de coupe proprement dit s'effectue à l'aide d'une buse munie d'un rubis ou d'un diamant (artificiel) - appelée orifice. Le mélange d'eau et d'abrasif touche le métal à des vitesses pouvant atteindre 700 m/s ou 2.520 km/h (la vitesse du son est de 194 km/h). On utilise le principe de la 'tête de coupe volante': on suit le le contour souhaité de la pièce sans que la table de coupe ne bouge.

Qu'est-ce qui distingue cette technique?

Lefevre (L&D Jet Techniek): "Il n'y a pas d'apport de chaleur, car il n'y a pas de heat affected zone (HAZ). Il est ainsi possible de découper des pièces sans avoir recours à un post-traitement. Comme l'eau est concentrée en un faisceau et non en un point, il est possible de découper des contours complexes. Par exemple, le passage d'une épaisseur ronde à une épaisseur hexagonale."

"Comme l'eau est concentrée en un faisceau,
il est possible de découper des contours complexes"

Trenson (De Tollenaere): "En ajoutant un abrasif, le jet d'eau peut découper tous les types de métaux, de pierres, de céramiques, de verres et de composites; sans abrasif, il peut découper des plastiques, de la mousse et du caoutchouc.  La découpe au jet d'eau 'à froid' est la seule technologie de découpe permettant de découper du plastique ou des composites."

SAVOIR-FAIRE
La découpe au jet d'eau est une technique complexe. C'est pourquoi l'opérateur doit connaître plusieurs éléments, notamment:
- la qualité et la vulnérabilité des composants; l'usure doit être reconnue à temps;
- la qualité à laquelle l'eau doit répondre;
- la séparation du sable et de l'eau après le processus de coupe;
- l'entretien à effectuer.

Une formation approfondie relève de la responsabilité partagée du fournisseur et de l'utilisateur.

Quelle est la fonction du rubis/diamant ?

Comyn (Haco): "Il est utilisé dans le canon de focalisation et concentre en quelque sorte le jet à haute pression (comparable à la fonction d'une lentille dans le processus de découpe laser, n.d.l.r.). En partie à cause d'un rétrécissement dans le canon, la pression monte à 3.800 bars.

Wouters (Wouters Cutting & Welding): "Lorsque l'on fait son choix entre le rubis et le diamant, la différence est déterminée par la durée de vie de l'outil. Avec un rubis (prix de revient 40 euros), elle est d'environ 40 heures; avec un diamant (prix de revient 400 euros), elle est d'environ 500 heures. Tout dépend aussi de la qualité de l'eau utilisée. Si elle contient beaucoup d'impuretés, cela peut affecter la durée de vie."

vitesse DE COUPE

En ce qui concerne le temps de coupe, il existe un champ de tension entre la vitesse et la qualité. Une vitesse de coupe élevée signifie un prix de production plus bas, mais elle nécessite souvent un post-traitement. Si les vitesses de coupe augmentent, le jet commence à prendre du retard - il s'agit du phénomène selon lequel le jet situé au bas du matériel est en retard par rapport à celui situé au sommet - et l'effet 'de rétrécissement' se produit: la coupe ne reste pas droite.

Des solutions ont-elles déjà été envisagées pour ces problèmes de vitesse?

Comyn (Haco): "Il existe une solution sous la forme du Jet Performance Control (JPC). Cela implique une rotation infinie de l'axe C. Ce système permet d'incliner automatiquement la tête de coupe pour compenser le décalage et éviter ainsi l'effet de rétrécissement."

Trenson (De Tollenaere): "Avec une tête de coupe 3D TAC ou des têtes de compensation spéciales pour les coins coniques, en combinaison avec un logiciel de contrôle puissant, il est possible de corriger les erreurs telles que l'erreur de coin conique, le retard et l'erreur de taille variable."

Est-il possible d'identifier un 'point de basculement' à partir duquel les inconvénients d'une vitesse de coupe élevée l'emportent sur les avantages?

Wouters (Wouters Cutting & Welding): "Pour chaque épaisseur, il existe une vitesse de coupe maximale, qui dépend de la combinaison orifice/buse utilisée. Plus le diamètre de l'orifice et de la buse de coupe est grand, plus la vitesse est élevée. Quelle que soit l'épaisseur, une vitesse trop élevée entraînera une surface de coupe rugueuse et un post-traitement sera nécessaire."

"Pour chaque épaisseur, il existe une vitesse de coupe maximale"

Comyn (Haco): "Cela dépend de la préférence du client. Les vitesses de coupe sont réglables, ce qui permet en principe de choisir la vitesse et la précision de coupe les plus adaptées à chaque application."

Innovations

La découpe au jet d'eau s'est développée de plus en plus au fil du temps. Un exemple est la découpe par micro-jet d'eau, où les vitesses de découpe sont jusqu'à quatre à cinq fois supérieures à celles des autres techniques CNC. En fonction du contour requis, du type de matériau et de l'épaisseur, le processus ne prend généralement qu'une à deux minutes.

AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DE LA DECOUPE AU JET D'EAU
- Aucune influence thermique sur le matériau;
- Une qualité de coupe élevée et constante;
- Le faible diamètre du jet d'eau (0,8 mm) permet de réaliser des formes de coupe complexes;
- Aucun contact entre la pièce et la tête de coupe, donc aucun risque d'endommagement;
- Un procédé non chimique, exempt de fumées toxiques.

- Certains matériaux réagissent avec le support de coupe, par exemple le papier et le bois;
- Les matériaux minces peuvent se déplacer sous la pression;
- L'abrasif nécessite l'utilisation d'un équipement de protection individuelle.

Quels autres exemples existe-t-il?

Lefevre (L&D Jet Techniek): "La découpe multi-têtes et à 5 axes de formes complexes, et - uniquement chez nous - la technique dite hybride, qui permet la découpe au jet d'eau 5 axes et le fraisage 5 axes en un seul montage. Ainsi, l'inconvénient de ne pas pouvoir couper à une certaine profondeur est directement compensé par la technologie de fraisage, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un nouveau réglage."

Tenson (De Tollenaere): "Au lieu de découper avec une pression d'eau de 3.500 à 4.000 bars, la découpe au jet d'eau de 6.000 bars est désormais possible, ce qui permet d'obtenir des vitesses d'avance plus importantes et une productivité plus élevée."

 

 

tête de coupe

La buse est un élément crucial du système haute pression. C'est pourquoi sa construction a déjà fait l'objet de nombreuses recherches. La nature du jet est déterminée par la taille et la forme de la buse et du tuyau de projection ainsi que par le degré d'alignement des deux. Les facteurs importants sont le diamètre de la buse, le point d'entrée de l'abrasif, l'angle entre le jet d'eau et la direction d'entrée de l'abrasif et la longueur du tuyau de projection.

A quelles améliorations significatives de la buse cela a-t-il mené?

Lefevre (L&D Jet Techniek): "Les têtes de coupe ont été mieux dimensionnées afin de traiter des contours encore plus fins avec un abrasif encore plus fin et pour optimiser le flux de l'abrasif pour une qualité de coupe encore meilleure et plus lisse."

Trenson (De Tollenaere): "Aujourd'hui, il existe des buses avec des diamants synthétiques qui se situent dans la gamme de prix moyenne. Le traitement de l'eau d'entrée s'est également amélioré. Il existe désormais des traitements distincts pour la dureté, la teneur en silicate, le chlorure et les particules fines, entre autres."

Et dans quels autres domaines peut-on encore s'améliorer?

Wouters (Wouters Cutting & Welding): "En ce qui concerne les pompes, nous nous intéressons de plus en plus au service, afin de pouvoir travailler rapidement et de manière optimale. Par exemple, le concept de nos joints a été amélioré de telle sorte qu'ils peuvent être changés facilement, à l'aide d'une vidéo d'instruction qui peut être téléchargée avec un smartphone."

Lefevre (L&D Jet Techniek): "La pression avec laquelle la coupe est effectuée devient de plus en plus importante pour deux raisons: pouvoir couper encore plus épais avec une belle coupe non ondulée dans le bas, ou pouvoir couper plus vite avec moins d'abrasif. Cette évolution impose naturellement les exigences nécessaires à la technologie."

 

Impact environnemental

Une machine de découpe au jet d'eau consomme une quantité relativement importante d'énergie, mais cela se fait de manière efficace car la quasi-totalité de l'énergie est convertie en pression. La haute pression entraîne une usure relativement rapide des pièces. Du point de vue de l'environnement, l'inconvénient est la quantité d'abrasif requise, dont une partie considérable se retrouve dans l'air, avec ou sans résidus métalliques.

Quelles avancées sont possibles dans le domaine de la durabilité?

Lefevre (L&D Jet Techniek): "A mon avis, la technologie n'est pas si mauvaise en termes de durabilité. Elle est certes gourmande en énergie, mais la haute pression est générée dans les pompes proprement dites et les pièces d'usure sont principalement en acier inoxydable et donc recyclables, ce qui est également valable pour l'abrasif. Il n'y a pas de formation de vapeur ou de gaz et l'eau utilisée peut simplement être évacuée."

Trenson (De Tollenaere): "La durabilité est devenue progressivement plus importante. Par exemple, la technologie des pompes à haute pression est désormais beaucoup plus efficace, grâce aux systèmes d'entraînement direct et aux systèmes intelligents de gestion de la pression et de l'énergie, mais des progrès ont également été réalisés sous forme de systèmes de nettoyage et de filtrage intelligents et de composants plus efficaces ayant une durée de vie plus longue. L'efficacité est également au centre des préoccupations. Et cela concerne le système complet, tous les composants compris."

Comyn (Haco): "Notre conception actuelle comprend plusieurs composants qui réduisent considérablement l'impact sur l'environnement, notamment des circuits d'eau fermés avec filtrage et réutilisation de l'eau mais aussi un amplificateur de pression qui réduit la consommation d'électricité."

Est-il possible de modifier les machines déjà en service sans nuire à la qualité et à l'efficacité de la coupe?

Comyn (Haco): "Il est difficile de répondre à cette question de manière générale. Chaque rétrofit doit être examiné au cas par cas par notre équipe de service afin d'obtenir la solution la plus efficace et la plus qualitative."

Trenson (De Tollenaere): "Le rétrofit avec des pompes haute pression modernes ne pose pas de problème. Cette technologie n'est pas seulement économe en énergie, elle permet également d'obtenir une pression de coupe constante, ce qui est essentiel pour obtenir une qualité de surface de coupe élevée et constante et des vitesses d'avance constantes."

Applications

L'oxycoupage, le plasma et le découpage au laser sont depuis longtemps les techniques de choix pour réaliser des produits complexes dans l'industrie métallurgique. Cependant, la découpe au jet d'eau est en train de passer d'une technologie de niche à une technique de découpe précieuse.

Sur quels marchés la découpe au jet d'eau est-elle déjà utilisée et quels marchés viendront s'y ajouter à l'avenir?

Lefevre (L&D Jet Techniek): "Grâce à ses propriétés uniques, la technologie est largement applicable: dans l'industrie pétrochimique, l'industrie aéronautique, la construction de machines pour l'industrie alimentaire et la production de plastiques, mais aussi dans le monde du design, de la publicité et de l'éclairage."

Trenson (De Tollenaere): "C'est la seule technique qui permet de découper du plastique ou du composite et qui offre des possibilités dans des domaines d'application en pleine expansion comme le prototypage, la découpe de mousse et la fabrication de carreaux de céramique."

Comyn (Haco): "Nous prévoyons une forte croissance, notamment dans les secteurs de l'aviation, des articles techniques et de l'automobile. De nouveaux matériaux y sont développés quotidiennement et il existe une forte demande pour une technologie telle que la découpe au jet d'eau."