DECOUPE A JET D’EAU
COMME CONCURRENT DE L‘USINAGE?

La microdécoupe par jet d'eau

La découpe à jet d’eau est surtout connue dans le Benelux en raison de l’appli­cation dans l’industrie de la tôle. Cependant, la découpe à l’eau et à l’abrasif peut tout aussi bien être utilisée comme alternative aux machines d’usinage CNC. Mais quelle est alors la précision du travail?

TECHNOLOGIE D’USINAGE FROIDE

L’une des forces motrices derrière cette application de la découpe à jet d’eau est l’industrie aéronautique. Le ratio buy-to-fly dans cette branche industrielle n’excède souvent pas 15 à 20%. Autrement dit: de chaque kilogramme de matériau qu’achète un producteur, à peine un cinquième aboutit dans l’élément d’avion final. Cela signifie enlever beaucoup de matière, donc de longs temps d’usinage et des coûts d’outil élevés sur des machines CNC, certainement s’il s’agit de matériaux d’avion tels que le titane.

Précision

Pour réduire ces temps d’usinage, la découpe à jet d’eau est une technologie d’usinage alternative. La force de l’eau avec l’abrasif de coupe est suffisante pour couper également de grands composants en matériau plein. Souvent, on choisit la découpe à jet d’eau comme technologie de départ pour réaliser un élément near-to-shape. Les hauts volumes de copeau sont un avantage important. L’un des inconvénients de la technologie de coupe reste la précision. Celle-ci est, il est vrai, améliorée par la nouvelle génération de machines et de logiciels; la précision de travail d’une découpeuse à jet d’eau reste fort éloignée de celle d’un centre d’usinage CNC quand il s’agit de grands composants.

Les inconvénients ne sont pas décisifs

La diffusion est notamment quasi inévitable au fur et à mesure qu’on coupe un matériau plus épais. Pour cette application, on estime que ceci est moins grave, parce que le post-usinage précis s’effectue dans la machine-outil classique. Le but primaire est d’enlever beaucoup de matériau en peu de temps. Un avantage apprécié de l’industrie aéronautique est que la découpe à jet d’eau n’apporte pas de chaleur dans le matériau. C’est une technologie d’usinage froide. La zone affectée thermiquement (ZAT), qui a longtemps fermé la porte à l’étincelage dans l’industrie aéro­nautique, est inconnue dans la découpe à jet d’eau.

Couper a l’eau et a l’abrasif peut s’utiliser comme alternative a l’usinage. Mais quelle est la precision de travail?

COMPOSITES

L’une des applications dans l’industrie aéronautiques est l’usinage de pales de turbine; un autre est l’usinage des éléments composites, notamment de grands composants structurels. Pour ce dernier matériau, la technique profite du fait qu’on coupe toujours avec un outil tranchant. On consomme un matériau abrasif, mais contrairement aux outils rotatifs, il n’est pas question d’usure. En outre, le bord de coupe est le plus souvent bon directement, le post-usinage comme pour le fraisage est le plus souvent superflu. Pour cette application, la tête de coupe est couramment montée sur un portique. Pour les produits plus composites, on choisit parfois un robot en raison de la liberté de mouvement. Sur les composants structurels, un tel robot peut se trouver sur une piste; les éléments ont parfois une longueur jusqu’à 30 mètres. Les tolérances oscillent autour de 0,12 millimètre.

Substance mouillée

L’un des inconvénients de la découpe à jet d’eau est que l’on coupe toujours avec une substance humide. C’est pourquoi certains constructeurs de machines choisissent une machine fermée, en partie parce qu’ils remarquent que l’usinage est peu sensible aux machines ouvertes. En positionnant la pièce dans sa machine fermée sur une table oscillo-battante, on crée un espace de mouvement supplémentaire indispensable pour usiner les pales de turbine. Certains fabricants intègrent un système laser pour positionner la pièce dans la machine.

Si la fibre de carbone est usinée, on choisit un laser à lumière bleue, parce que les scanners à lumière rouge standard peuvent souvent causer des problèmes quand il s’agit de la reconnaissance d’une pièce composite. Après que le laser a localisé la pièce, la commande ajuste automatiquement les trajets à cette position. Le serrage proprement dit n’exige donc pas des précisions élevées. Les quatrième et cinquième axés intégrés dans la tête de coupe offrent la possibilité de couper les surfaces doublement courbes.

COUPE DE PRECISION

Une application assez inconnue de la découpe à jet d’eau se rencontre de l’autre côté du spectre: le micro-usinage. En fait, ce segment doit encore émerger, parce que les fabricants de découpeuses à jet d’eau n’ont commencé à fabriquer des variantes typiques de leurs machines que récemment. Dans la microdécoupe à jet d’eau, on atteint des précisions supérieures. La précision linéaire de 2,5 µm ne doit pas poser problème. Les valeurs Ra de 2 µm pas davantage. Ce n’est pas, il est vrai, la valeur basse qu’atteint par exemple l’électroérosion fil, mais la découpe à l’eau et à l’abrasif est nettement plus rapide. Et avec des post-usinages simples comme la rectification au tambour, on peut souvent lisser suffisamment les surfaces de façon simple.

Gain de productivité

Le grand avantage de la micro-application est le gain de productivité. Les vitesses sont con­sidérablement plus élevées que dans les autres techniques CNC, jusqu’à bel et bien quatre à cinq fois plus vite. En fonction du contour à découper, du matériau et de l’épaisseur, l’usinage d’un tel microcomposant dure plutôt une à deux minutes et non pas un délai plus long. A l’instar de la découpe à jet d’eau de grands composants, l’avantage est la suppression des coûts élevés de tooling et de serrage. La microdécoupe à jet d’eau offre encore l’avantage d’une très minime consommation d’abrasif. Dans cette application, il s’agit toujours de machines fermées.

INFLUENCE DU LOGICIEL

La précision dans la découpe à jet d’eau de précision est plus élevée que dans d’autres applications de la découpe à jet d’eau. Pour accroître la précision, certains constructeurs de machines utilisent une tête de coupe ‘tilted’. Ceci est un récent développement pour améliorer la précision dans les coudes. La machine freine et corrige la position de la tête, pour couper dans un angle avec plus de précision. Mais, il est vrai, un peu au détriment de la productivité; le gain en précision compense entièrement la perte de temps.

Serrage de microcomposants

Un avantage de cette technologie de coupe dans la production de microcomposants est que la pièce ne nécessite pas de serrage complexe. Le plus souvent, il suffit de serrer plane la pièce sur le lit de coupe avec un dispositif simple. Un long et coûteux positionnement du serrage sur le lit peut être évité, ce qui profite justement au temps de passage.

Limites

Mais la technique a ses limites par rapport aux techniques CNC et par exemple l’électro-érosion fil. L’une de ces limites est la découpe avec un jet d’eau rond, d’environ 0,2 mm de diamètre. Un rayon interne de 0,25 mm ou plus petit ne peut donc pas être découpé de cette manière. Celui qui cherche cela, dit chercher des alternatives comme l’électro­érosion fil. La découpe 3D existe couramment un investissement supplémentaire sous la forme d‘une tête oscillo-battante mon­tée sur le lit. Le sable est introduit dans le jet à la vitesse de la lumière, ce qui sollicite toujours fortement l’embout. L’embout est l’une des pièces d’usure d’une découpeuse à jet d’eau qui exigent une attention régulière pour conserver le bon résultat de coupe.