Waterjets combineren veelzijdigheid met de hoogste nauwkeurigheid

Een stukje geschiedenis over waterjets

Waterstraal- en lasersnijtechnologieën ontstonden in de 20e eeuw en zijn vandaag twee van de meest gebruikte technieken. Hoewel beide technologieën materiaal kunnen snijden, is er een belangrijke onderscheidende factor: bij lasersnijden wordt een laser gebruikt om het materiaal als het ware ‘te verdampen’, terwijl waterjets een waterstraal gebruiken om het materiaal te snijden. Waterjets werden voor het eerst gebruikt door mijnwerkers in de hydraulische mijnbouw. Door het succes van deze toepassing bleef de vooruitgang in de waterstraalsnijtechnologie toenemen, maar er bleven twijfels of ‘kinderziekten’.

Daar kwam verandering in toen in de jaren 1930 het snijden of zagen met zeer dunne waterstralen werd geïntroduceerd. Vroege toepassingen werkten met een lagere druk en waren beperkt tot zachte materialen. In de jaren 1970 werd de duurzaamheid fors verbeterd toen er een waterstraalpijp werd ontwikkeld met een opening van slechts 0,002 inch, die een druk tot 70.000 psi (1 psi is omgerekend 0,069 bar) kon bereiken. De verdere ontwikkeling en verfijning van de hogedruktechniek in 1973 legde de basis voor de commerciële levensvatbaarheid van waterjets.

Hoe werken waterjets?

Een waterjet omvatte initieel de X (links en rechts), Y (heen en weer) en optioneel Z (omhoog en omlaag) assen, kantel-assen van de snijkop en een materiaalopvangbak. Dankzij de technologische vooruitgang is vandaag 5-assig waterstraalsnijden (met toevoeging van een A-as en C-as) vlot beschikbaar. Het besturingssysteem omvat de programmeersoftware, operator-interface, aandrijfmotoren en een positie- en snelheidsfeedbacksysteem. Een waterstraal genereert druk met behulp van een ultrahogedruksysteem dat een pomp, snijkop en leidingen bevat die een zeer hoge druk – sommige bronnen spreken van +/- 94.000 psi / 6.500 bar – kunnen genereren. Een versterkte pomp of een direct aangedreven pomp worden gebruikt worden om hoge druk op te wekken die in snelheid wordt omgezet door een kleine straalopening.

Hoe werkt lasersnijden?

De eerste lasersnijmachine die naam waardig werd in de jaren 1960 uitgevonden. De lasersnijtechnologie werd in die tijd hoofdzakelijk gebruikt door de ruimtevaartindustrie om titanium te snijden. In het begin van de jaren 1990 deed lasersnijden ook elders zijn intrede. Vandaag is het lasersnijden een zeer populair proces en wordt het gebruikt door verschillende industrieën, waaronder metaal, natuursteen en composietmaterialen. Lasersnijden is een CNC gestuurde snijtechniek die in staat is om door materialen heen te snijden of ‘zagen’ met behulp van een krachtige laser die door optiek wordt gericht.

Het proces omvat een laserstraal die op het werkstuk wordt gericht en het materiaal met behulp van een gasstraal snijdt, verdampt, smelt, verbrandt of wegblaast. Dit resulteert in een hoogwaardige oppervlakteafwerking. Een CNC-laser gebruikt een proces waarbij een bewegingscontrolesysteem een CNC- of G-code volgt van het patroon dat op het geselecteerde materiaal wordt gesneden. 

Resato Waterjet Technology -

De voordelen van waterjets

Het gebruik van een waterstraalmachine voor het snijden van steen biedt tal van voordelen waardoor het in veel industrieën een goede keuze is. De belangrijkste pluspunten zijn:

• Veelzijdigheid: waterstraalsnijden kan gebruikt worden met vele soorten materialen, zoals steen, glas, metaal en composieten. Dankzij deze flexibiliteit kan het dan ook bij de meest uiteenlopende projecten worden toegepast.
• Precisie: onder hoge druk, al dan niet in combinatie met schuurmiddelen, kan de waterstraal uiterst precieze sneden maken. Deze nauwkeurigheid is belangrijk voor ingewikkelde ontwerpen, 3D-vormen, scherpe hoeken, afgeschuinde delen en meer gedetailleerd steenwerk. Het zaag/snijproces resulteert in resultaten die superieur zijn aan traditionele technieken.
• Geen warmte = geen barsten: bij het snijden/zagen van steen is er een risico op ‘barsten’ die ontstaan door warmteontwikkeling of door de toepassing van onjuiste kracht. Bij waterstraalsnijden kenmerkt de machine zich door het ‘koude snijproces’, waarbij er geen hitte en ook geen zijdelingse kracht ontstaat. De waterstraal wordt gericht op zeer kleine plekjes op de steen, waardoor de kans op thermische vervormingen, barsten en oppervlaktespanning zelfs bij een zeer hoge snijsnelheid uitgesloten is. Bij waterjets behoudt de steen zijn oorspronkelijke uiterlijk  en dat is een enorm voordeel voor stenen zoals graniet of marmer.
• Stofvrij zagen: een van de grootste problemen bij het zagen van stenen is het stof dat tijdens het proces vrijkomt, vooral bij keramische tegels, graniet en marmer. Stof kan ademhalingsproblemen veroorzaken voor werknemers in de buurt van de plaats waar steen wordt gesneden. Bij waterjets worden de steendeeltjes die van het werkstuk verwijderd worden echter in het water gesuspendeerd. Daarom komen er geen stofdeeltjes in de lucht terecht, wat leidt tot een schonere en veiligere werkomgeving.
• Minimaal afval: waterstraalsnijden is zeer nauwkeurig, waardoor er minder materiaal wordt verspild. Dit maakt de technologie perfect geschikt voor het snijden van dure materialen waarbij men veel materiaalverlies wil voorkomen.
• Milieuvriendelijk: waterjets maken enkel gebruik van water en natuurlijke slijpmiddelen, waardoor er minder schadelijke bijproducten ontstaan dan bij chemische of lasersnijmethoden.
• Etsen: waterjets kunnen niet alleen steen snijden, maar ook geautomatiseerd digitale ontwerpen op elke steen etsen. De diepte van de ets die door de waterstraal geproduceerd wordt, kan aangepast worden, wat tot uitzonderlijke details en kwaliteit leidt.

Mogelijke nadelen van waterjets

Hoewel waterstraalsnijden dus vele voordelen heeft, is het essentieel voor de vakman om ook de eventuele nadelen in overweging te nemen:

• Operationele kosten: de initiële investering voor waterstraaljets, software en de onderhoudskosten kunnen hoog zijn. Let wel: deze kosten worden echter vaak gecompenseerd door precisie en minder materiaalverspilling.
• Snelheid: waterstraalsnijden is over het algemeen iets langzamer dan andere snijmethoden, zoals lasersnijden. Dit kenmerk kan van invloed zijn op de tijd die nodig is om de productie van bijvoorbeeld grote projecten te voltooien.
• Gebruik van water (en schuurmiddelen): de zaagmethode vereist behoorlijk veel water en eventuele slijpmiddelen, wat een probleem kan zijn in termen van duurzaamheid of kosten.
• Filtratie: het gebruik van waterstraaltechnologie kan gemakkelijk leiden tot verstoppingen als de filtratiesystemen niet goed onderhouden worden. Dit kan overmatige slijtage en defecten aan de apparatuur veroorzaken. Een adequaat onderhoud is beslist aangewezen.
• Complexe installatie: het instellen en kalibreren van een waterstraalsnijmachine kan vrij complex en tijdrovend zijn, en vereist de diensten van ervaren operators.

Resato Waterjet Technology -

Kies de juiste waterjet machine

Het kiezen van de juiste oplossingen hangt af van de gestelde vereisten en toepassingen. De belangrijkste types zijn:

• ‘Zuivere’ waterstraalsnijmachines: deze machines gebruiken alleen water onder hoge druk, zonder schuurmiddelen. Ze zijn geschikt voor het snijden van minder complexe materialen zoals schuim, rubber en bepaalde soorten kunststof.
• Abrasieve waterstraalsnijmachines: Een waterstraal onder hoge druk wordt gecombineerd met een abrasief materiaal zoals granulaten. Dit type werkt zeer goed voor het snijden van ruwe materialen zoals steen, metaal en glas omdat de technologie de soms uitzonderlijke hardheid en dichtheid van stenen materialen goed aankunnen.

Waterjet vs laser

Zowel waterstraalsnijden als CNC-lasersnijprocessen zijn zeer veelzijdig en bieden een hoge mate van nauwkeurigheid en precisie. Ze produceren minimaal afval, bieden een snelle levering en zijn van hoge kwaliteit dankzij geavanceerde software en superieure apparatuur. Ze hebben beide een kleine zaagsnede waardoor ze dunne sneden en ingewikkelde vormen met fijne details en uitzonderlijke precisie kunnen maken. Belengrijkste De verschillen tussen beide zitten onder andere in de resultaten, toepassingen en methoden:

Waterstraalsnijden is over het algemeen de eerste keuze bij het werken met dikkere en hardere materialen vanwege de hoge drukcapaciteit. Aan de andere kant is lasersnijden over het algemeen sneller dan waterstraalsnijden. Bovendien kan een lasersnijmachine zowel snijden als materiaal graveren, een waterstraalmachine kan alleen snijden. Een belangrijk nadeel is dat bij de lasertechnologie materiaal smelt tijdens deze (thermische) snijmethode, waardoor gevaarlijke dampen en gassen kunnen vrijkomen.