Wat is het potentieel van waterstraalsnijden?

Een alternatief voor lasersnijden is het niet, maar waterstraalsnijmachines hebben wel degelijk hun nut in de werkplaats. Bovendien worden ze steeds nauwkeuriger en sneller, waardoor ze in bepaalde industrieën inmiddels een vaste plaats hebben veroverd.

KOUDE SNIJTECHNIEK

Met waterstraalsnijden is het mogelijk om in materialen te snijden zonder dat de vorm, structuur of kleur verandert, aangezien er geen sprake is van een heat-affected zone (HAZ). Een hogedrukpomp spuit water door een spuitkop waarop robijn of (kunst)diamant  is aangebracht met een druk van zo'n 4.000 bar. Het water komt daardoor met meer dan 700 m/s op het materiaal terecht. Daarbij wordt het principe van de 'vliegende snijkop' gehanteerd: de gewenste werkstukcontour wordt gevolgd zonder dat de snijtafel zelf beweegt.

MET OF ZONDER ABRASIEF

Waterstraalsnijden kan met of zonder abrasief toegepast worden. Met een abrasief kan de waterstraal verschillende soorten metaal, hout, steen, keramiek, glas en composieten snijden. Zonder abrasief zijn dat onder meer kunststoffen, schuim en rubber.

De 'koude' waterstraalsnede is bovendien de enige snijtechnologie waarmee het snijden van kunststof of composiet mogelijk is. Doordat de waterstraal relatief lang recht blijft, is het ook mogelijk om bijvoorbeeld meerdere dunne kunststofplaten tegelijk te snijden.

Hoe brosser het materiaal, hoe meer abrasief er nodig is om een optimale snede te maken. Het snijzand wordt op het laatst mogelijke moment toegevoegd om slijtage aan de machine te beperken. Dat gebeurt in het vacuüm dat ontstaat in de mengkamer onder de spuitkamer. De mix van water en zand komt in de focusbuis terecht.

VOOR- EN NADELEN

Naast het feit dat het plaatmateriaal niet thermisch beïnvloed wordt en de snedekwaliteit hoog en constant is, maakt ook de geringe waterstraaldiameter complexe snijvormen mogelijk. Doordat er geen direct contact is tussen het werkstuk en de snijkop is er geen risico op beschadigingen. Bovendien is waterstraalsnijden een niet-chemisch proces en dus vrij van giftige dampen.

Bij waterstraalsnijden is het mogelijk om spiraalvormig in te lopen in het werkstuk. Bij dik materiaal levert dat een aanzienlijke tijdwinst op. Daarnaast brengt waterstraalsnijden nagenoeg geen bramen teweeg, waardoor de nabewerkingskost minimaal is. Wel moet je rekening houden met het 'afval' van water en schuurmiddelen dat opgeruimd dient te worden.

DE MACHINE ZELF

Sommige fabrikanten bieden hun waterstraalsnijmachine aan als modulair concept. Dat maakt het mogelijk om klein te beginnen en naarmate de tijd vordert nog andere componenten toe te voegen.

Omdat de hogedrukpomp een druk van bijna 4.000 bar moet leveren, kan die weleens een lawaaierige factor zijn bij het waterstraalsnijden. Veel hangt af van het formaat van de pomp. Fabrikanten zoeken ook voortdurend naar oplossingen om dergelijke problemen te minimaliseren.

KOSTEN

Dé kost van waterstraalsnijden valt moeilijk tot onmogelijk te definiëren. Er zijn heel wat factoren waarvan de uiteindelijke kostprijs van de bewerking afhankelijk is. Het abrasief is een van de duurste componenten binnen het proces. Doordat het aan een grote snelheid in de waterstraal gebracht wordt, krijgen de nozzle en orifice het bovendien hard te verduren. Daarnaast is er de snijsnelheid: die ligt bij waterstraalsnijden een heel stuk lager dan bij andere snijmethodes. De laatste jaren zijn er wel stappen vooruit gezet op dat vlak.

Om het waterstraalsnijproces te versnellen, kan er gekozen worden voor een lagere snijkwaliteit, wat natuurlijk een impact heeft op het eindresultaat. Er wordt tegelijkertijd ook minder energie verbruikt, dus het is een afweging die elke gebruiker moet maken.

De energiekost (en de kost van het water, van het abrasief …) is bovendien nog een factor waarvan de uiteindelijke snijkost erg afhankelijk is – zeker in onzekere tijden.

GESCHIEDENIS

Waterstraalsnijden vindt zijn oorsprong in de bosbouw, waar de techniek werd gebruikt om gekapt hout te verwerken tot planken. In de jaren 1970 werd voor het eerst een abrasief aan het water toegevoegd. In 1980 werden de eerste abrasieve-watersnijders geïntroduceerd om staal, glas en beton te snijden. De techniek werd als eerste omarmd door de (militaire) lucht- en ruimtevaartindustrie, waar het werd gezien als dé manier om hogesterktemetalen als Inconel, roestvast staal en titanium, maar ook lichtgewicht hogesterktecomposietmaterialen als carbon te bewerken. 

Kleine bedrijven die veel verschillende materialen moeten snijden, kunnen baat hebben bij een waterstraalsnijder als universeel instrument

TOEPASSINGEN VANDAAG

Vandaag is waterstraalsnijden nog steeds een 'nichebewerkingstechnologie'. Toepassingen vinden we vandaag vooral in research & development-centra, waar de hoge flexibiliteit van een waterstraalsnijder zich perfect leent om prototypes te maken. Van ontwerp tot afgewerkt product hoeft bij waterstraalsnijden immers niet lang te duren. Kleine bedrijven die veel verschillende materialen moeten snijden, kunnen baat hebben bij een waterstraalsnijder als universeel instrument. 

Ook in de (petro)chemiesector en in (medische) onderzoekslabo's wordt waterstraalsnijden vaak toegepast. In dergelijke sectoren wordt ook traceerbaarheid steeds belangrijker. In de nieuwste softwarepakketten kan daar gemakkelijk een nauwkeurige database voor aangelegd worden.

INNOVATIES

Speaking of software: op dat vlak vonden de laatste jaren de "grootste" innovaties plaats als het gaat om waterstraalsnijden – niet alleen qua mogelijkheden, maar ook qua gebruiksgemak. De techniek an sich bestaat al enkele decennia en aan het basisconcept valt niet veel meer te verbeteren, aldus fabrikanten. Wel wordt elke component natuurlijk onder de loep genomen om te kijken of daar innovaties mogelijk zijn. Daardoor kunnen tegenwoordig ook "moeilijkere" plaatmaterialen gesneden worden met een waterstraal.

NAUWKEURIGHEID

Fabrikanten proberen bijvoorbeeld de nauwkeurigheid steeds te verbeteren. Bij microwaterstraalsnijden kan tegenwoordig een nauwkeurigheid tot 2,5 µm gehaald worden. Dergelijke machines komen echter met een hoge aankoopprijs, waardoor ze enkel relevant zijn in geavanceerde, niche-industrie.  

DE HOGEDRUKPOMP

Zoals eerder vermeld, besteden fabrikanten van hogedrukpompen steeds meer aandacht aan het geluidsniveau. Daarnaast wordt er ook ingezet op duurzaamheid en energiezuinigheid – in de huidige tijden allerminst onbelangrijk. Waterstraalsnijden is immers niet bepaald een energiezuinige snijtechniek, vooral omdat het een meestal relatief traag proces is.

De laatste jaren zijn pompfabrikanten ook steeds meer gaan inzetten op de toegankelijkheid van onderdelen en op het servicegemak. Daardoor is het tegenwoordig eenvoudiger om aan zo'n pomp te sleutelen dan jaren geleden.

Bovendien heeft ook bij waterstraalsnijden de Industrie 4.0 zijn opwachting gemaakt. Er wordt veel meer gemonitord aan de hand van allerlei sensoren. Zo kan de gebruiker ook een melding ontvangen op zijn smartphone of via e-mail als er een actie ondernomen moet worden (bijvoorbeeld op basis van het aantal snijuren).

Met dank aan: De Tollenaere, IWE en Wouters Cutting & Welding