De trends en toekomst van waterjet technologie

Het prille begin van waterjets

De geschiedenis van het waterstraalsnijden vindt zijn oorsprong in het midden van de 19e eeuw, met als vroegste toepassing het verwijderen van klei- en grindafzettingen. Al in de jaren 1850 werd de toen nog rudimentaire (hydraulische) technologie gebruikt in Rusland en Nieuw-Zeeland om kolen te winnen in de mijnen. Aangepaste vormen van waterstraalsnijden werden gebruikt voor de goudwinning, meer precies om de goudaders te ontdoen van onzuiverheden. De waterdruk voor deze toepassingen was ongeveer 800 psi (50 bar). De Amerikaanse goudkoorts gaf een enorme impuls aan het gebruik van waterstraaltechnologie voor de mijnbouw. In de jaren 1930 optimaliseerden Amerikaanse en Russische ingenieurs het proces om ook gietstukken te reinigen. De waterdruk voor deze toepassingen was met 1.500 psi (100 bar) echter nog steeds niet hoog. De eerste ‘verfijnde’ toepassing kwam er in de jaren 1930 toen papierbedrijven waterstralen inzetten om horizontaal bewegende (dikke) rollen papier te snijden.

Abrasieve waterstraaltechnologie

In de jaren 1950 kwam de ‘definitieve’ doorbraak. Norman Franz, professor aan de Universiteit van British Columbia, verkreeg toen het eerste patent voor een waterstraalsnijmachine. Zijn proces gebruikte water onder een druk van 10.000 psi (690 bar). Ingenieur John Parsons introduceerde in die periode ook het NC-systeem (numerieke besturing) om met behulp van hogedruk kunststofvormen te snijden voor de lucht- en ruimtevaartapparatuur. Met behulp van vloeistofstralen voerden de machines bewerkingen uit met een druk van 6900 bar voor het snijden van kunststofproducten voor lucht- en ruimtevaartapparatuur.

De abrasieve waterstraaltechnologie werd voornamelijk ontwikkeld door Mohamed Hashish. Hoewel abrasief waterstraalsnijden al bestond vóór deze de Egyptisch-Amerikaanse ingenieur ermee aan de slag ging, bleef de toepassing beperkt tot alleen natstralen. De verdere ontwikkeling door Hashish in de periode 1970-1980 maakte het voortaan mogelijk om met de hoogste precisie te snijden door steeds hardere materialen. Abrasieve waterjets waren commercieel zeer levensvatbaar en vonden ook hun weg in de steensector waar ze vandaag een steeds belangrijker rol opeisen.

Trends in waterjet technologie

Wat kunnen we nu in de (nabije) toekomst verwachten van waterstraalsnijtechnologie? We sommen even de trens in waterjet technologie.

Hogere druk

Een belangrijke verbetering in de waterstraaltechnologie is de verhoging van de druk waarmee wordt gewerkt. Moderne waterjets kunnen nu werken met een druk tot +/- 87.000 PSI (= 6.000 bar). Een verdere drukverhoging moet hogere snijsnelheden mogelijk maken om nog efficiënter door materialen te snijden. Het resultaat is niet alleen een verkorting van de zaagtijd, maar ook een verbetering van de snijkwaliteit, met gladdere randen en minder materiaalvervorming. Een ander gebied waarop verder wordt verbeterd, is het verleggen van de grenzen van de ultrahogedrukwaterpomp, waardoor waterjets zelfs voor de dikste materialen bruikbaar worden.

Robotica

Een cruciale trend is de toenemende integratie van automatiseringstechnologieën. De software die de waterstraaljets bestuurt, is nog steeds hypermodern, maar de veranderingen gaan snel. Moderne besturingssystemen zijn intuïtiever en gebruiksvriendelijker, waardoor operators complexe sneden met meer gemak kunnen programmeren. Snijlijnen kunnen geoptimaliseerd worden om verspilling te minimaliseren en de efficiëntie te verbeteren, dat weet men uit de voedselproductie. Bovendien helpen realtime controle- en feedbacksystemen ervoor te zorgen dat de sneden nauwkeurig en consistent zijn, waardoor de kans op fouten en herbewerkingen afneemt. Geautomatiseerde waterjets maken gebruik van robotica en geavanceerde software om de precisie van de materiaalverwerking te verbeteren. Deze trend stroomlijnt niet alleen de productieprocessen, maar zorgt ook voor consistente en nauwkeurige sneden, wat bijdraagt aan een verbeterde algehele productiviteit.

Granulaat

Paul Zadach - Granulaat

Verbeterde slijpmaterialen

Een enorme vooruitgang in waterstraalsnijden kwam toen er voor het eerst slijpmiddelen werden gebruikt, maar ook hier kan er progressie worden geboekt. Granulaat is het favoriete slijpmiddel. Het verandert de waterstraal in een snijkracht die in staat is om door bijna elk materiaal heen te komen. Momenteel worden er nieuwe slijpmiddelen getest die mogelijk nog sneller en efficiënter snijden. Slijtage aan de spuitmond zou ook verminderd kunnen worden. Een andere optie is het mengen van bestaand slijpmiddelen om (kleine) verbeteringen aan te brengen.

Onderhoud en AI

De integratie van kunstmatige intelligentie (AI) is een andere piste om de technologie nog verder te verfijnen. AI-algoritmen kunnen gegevens analyseren om te voorspellen wanneer onderhoud nodig is, waardoor onverwachte stilstand wordt voorkomen en de levensduur van de apparatuur wordt verlengd. Deze systemen kunnen ook snijparameters in real-time optimaliseren en zich aanpassen aan variabelen zoals materiaaldikte en -type om de best mogelijke snede te garanderen.

Industrie 4.0 integratie

Waterjets ondergaan een revolutie als gevolg van de integratie van Industrie 4.0. Real-time monitoring en gegevensanalyse worden mogelijk gemaakt door het gebruik van slimme productietechnieken, waarbij waterstraalsnijsystemen worden aangesloten op het Industrial Internet of Things (IIoT). In deze tijd van digitale transformatie stelt deze trend fabrikanten in staat om werkzaamheden te optimaliseren, te anticiperen op de behoefte aan onderhoud (zie AI) en de effectieve werking van waterstraalsnijmachines te garanderen zonder afbreuk te doen aan de efficiëntie.

3D Printing

Een opmerkelijke trend die aan kracht wint, is de functie van waterstraalsnijden bij het ondersteunen van 3D-printprocessen. Waterstraalsnijden vindt daardoor nieuwe toepassingen in groeiende industrieën. Het moet mogelijk worden om de doeltreffendheid en precisie van additieve productie te verbeteren door gebruik te maken van waterstraalsnijapparatuur voor het nauwkeurig slijpen en vormen van voorwerpen die gemaakt zijn met 3D printen. Ook dat is een bewijs van de veelzijdigheid van de waterstraalsnijtechnologie.

Draagbaar waterjet machine

Shangai Yuanhong - Draagbaar waterjet machine

Draagbare systemen

Waterjets zijn vandaag doorgaans flink uit de kluiten gewassen machines. De ontwikkeling van systemen die zowel draagbaar als compact zijn, is echter een trend die sterk aan populariteit wint. De veelzijdigheid die deze systemen bieden op het gebied van installatie en bediening, maakt de technologie steeds toegankelijker voor kleinere werkplaatsen en ondernemingen met beperkte ruimte. De trend naar compacte ontwerpen sluit aan op de vraag naar productieoplossingen die veelzijdig en kosteneffectief zijn in termen van ruimte.