Découpe jet d'eau : comment bien choisir sa machine ?

 La technologie jet d'eau apporte de nombreux atouts pour les industriels, leur permettant de couper des pièces dans la quasi-intégralité des matières existantes et avec une précision ainsi qu'une qualité de coupe très intéressantes. C'est également une technologie qui permet de conserver les caractéristiques mécaniques des matériaux. En effet, la découpe au jet d'eau ne chauffe pas la matière. L'utilisation de ce procédé au jet d'eau est ainsi très appréciée dans des domaines pointus, comme par exemple l'aéronautique, d’autant plus que la découpe en 3, 4 ou 5axes est possible et maîtrisée, depuis de nombreuses années par certains fabricants.

Ceci étant, l'investissement dans une machine de découpe jet d'eau nécessite de s'attarder sur plusieurs aspects, qui sont difficiles à appréhender sans une certaine expérience dans le domaine de la découpe jet d'eau.

Metal-Interface a donc souhaité réaliser un petit guide sur les principaux points d'attention, et s'est appuyé sur l'expertise de Cyril Perigot, directeur commercial de la société LDSA, constructeur Français et spécialiste des machines de découpe jet d'eau standards et sur-mesures.
 

La découpe au jet d'eau pe ut être réalisée avec de l'eau pure, ou de l'eau mélangée à un abrasif. La majorité des matières peuvent être découpées avec une machine de découpe jet d'eau. La seule limite apparaît dans les situations où les matériaux sont plus durs que l'abrasif standard utilisé, par exemple, le carbure tungstène qui ne peut être découpé ou difficilement. 

Découpe jet d'eau à l'eau pure
L'eau est utilisée sans additif et découpe uniquement par la pression du jet sur la matière.

Découpe jet d'eau à l'abrasif
Il s'agit d'un « sable » qui est mélangé à l'eau. Le grain fait office de couteau permettant une meilleure performance de découpe. Les abrasifs utilisés sont constitués essentiellement de micro-granulé s (C’est un sable naturel, que l’on nomme GRENAT. La granulométrie la plus utilisée est de 80Mesh. Elle varie rarement sauf pour certains matériaux comme le verre par exemple, où l’on peut utiliser un sable plus fin avec une granulométrie de l’ordre de 120 ou 200Mesh pour un meilleur état de surface et moins d’écaillage). 

L'utilisation de l'eau pure et/ou de l'eau avec abrasif peut être classée en 3 cas de figure
→ La matière est trop dure pour être découpée en eau pure, comme par exemple l'aluminium, l'inox, l'acier, etc.

→ La matière est adaptée à la découpe en eau pure, mais l'utilisation de l'abrasif peut être intéressante. En effet, la vitesse de découpe est plus importante et la qualité meilleure sur certaines matières car les bavures sont ainsi évitées. L'abrasif permettra d'aller plus vite et la coupe sera plus franche, plus belle, plus finie et avec moins de bavures sur des matières comme des plastiques fins, des composites, du carbone, etc.

→ Certains matériaux très tendres ne doivent pas être découpés avec de l'abrasif. Il s'agit, par exemple, de la mousse noire que l'on retrouve dans les mallettes d'outillages. Tout d'abord, le matériau ne le nécessite pas car il est très tendre, même sur des fortes épaisseurs. Puis, la découpe au jet d'eau avec abrasif va polluer le matériau par des grains d'abrasif se fixant dans la mousse.

Impact de l’utilisation de l'eau avec ou sans abrasif sur la machine
D'un point de vue machine, la pompe peut-être identique dans l'un comme dans l'autre cas. La tête de découpe dispose ou non d'un kit permettant de passer d'une tête abrasive à une tête eau pure lorsque la machine est prévue pour découper avec abrasif. L'inverse n'est pas vrai, car la machine en découpe jet d'eau pure n'est pas équipée du système d'alimentation et de mélange de l'eau à l'abrasif.

La tête pour la découpe avec abrasif va avoir un trait de coupe plus important qu'une tête « eau pure ». En effet, le canon fait en règle générale un diamètre de 0,76mm pour l'abrasif. Une tête en jet d'eau pure n'a pas de canon et le diamètre du jet sera celui de la buse qui fera entre 0,1mm et 0,2mm.
 

Les épaisseurs des matériaux à découper vont permettre de dimensionner à la fois la buse et par voie de conséquence la puissance électrique de la pompe qui donne le débit d'eau. L'utilisation d'une buse d'un plus gros diamètre permet d'aller plus vite par le principe de l'énergie cinétique. Par contre, la consommation d'eau et d'abrasif est plus importante et nécessite une pompe plus puissante électriquement. La pompe sera aussi dimensionnée en fonction du nombre de têtes à alimenter.
 

La dimension de la table peut être déterminée sur deux aspects :
→ la taille des pièces à produire et les formats de matière première utilisés.

→ L'industriel peut également tenir compte de ses exigences d'un point de vue productivité. Une machine multi-zones permet de produire et de décharger les pièces découpées en temps masqué. L'utilisation de plusieurs têtes et/ ou de plusieurs ponts permet d'augmenter la productivité.
 

Le principe est que la zone où se déplace le jet ne doit pas être accessible à l'opérateur. En lieu et place d'une barrière immatérielle autour de la machine, il peut-être imaginé des solutions apportant plus de flexibilité. Par exemple, les barrières immatérielles peuvent être embarquées sur le pont. Tout en protégeant l'opérateur du jet d'eau et du déplacement du pont, cette solution offre l'avantage d'une plus importante accessibilité de la table lors du fonctionnement de la machine.
 

La surface nécessaire pour une machine jet d'eau dans l'atelier est un aspect important à prendre en compte lors de l'étude du projet. Il faut prévoir l'emplacement de la machine, de la trémie d'abrasifs pour alimenter la machine, l'adoucisseur et autres solutions de traitement de l'eau et des boues d'abrasif, la pompe (même si cette dernière n'est pas nécessairement à côté de la machine), etc.
 

 La moindre impureté en découpe jet d'eau a des effets de « bombe ». Avec des pressions de 4000 bars (Des pompes 6200B sont possibles), par exemple, les impuretés vont détériorer les cylindres hautes pressions en les rayant notamment. Les joints vont s'user plus vite, sachant qu'en moyenne une maintenance a lieu toutes les 600 heures de coupe, pour une pompe à multiplicateur de pression avec une bonne qualité d'eau, et en respectant les préconisations du fabricant de pompe (notamment la dureté de l'eau).

Et Cyril Perigot, précise que, « si l'eau n'est pas de bonne qualité, la machine aura besoin d'une maintenance au bout de 400 heures voir moins, au lieu des 600 heures prévues. Donc, quand on fait 1200 heures à l'année, au lieu de faire deux maintenances, vous en ferez trois. À noter que la maintenance est le deuxième poste de dépense dans un coût de fonctionnement machine, le premier étant l'abrasif (achat et retraitement). »

Après un test de l'eau, il existe des solutions adéquates permettant de traiter l'eau pour obtenir une bonne qualité. A minima, un adoucisseur est nécessaire, pouvant être complété par exemple par un osmoseur suivant le résultat des analyses sur l'eau.

Et Cyril Perigot donne comme exemple un client qui avait trop de sulfates présents dans l'eau : « La présence excessive de sulfate, de nitrate, de sels minéraux use plus rapidement les pièces de la pompe. » 

Les eaux de découpes qui partent par un trop-plein doivent être filtrées ou décantées avant d'être rejetées dans les circuits d'évacuation d'eaux usées. Cela est encadré par des normes européennes. En effet, les eaux de découpe sont chargées en particules d'abrasif pulvérisées, et de particules très fines de la matière découpée (par exemple du carbone, du plastique ou du chrome présent dans l'inox).

Et Cyril Perigot explique : « pour filtrer les eaux, nous utilisons un système industriel avec pour principe une bande de papier qui se déroule et arrête les particules au-delà de 10 microns. Et avec cela, vous êtes aux normes en vigueur. »
 

La gestion des déchets est un enjeu pour les découpeurs au jet d'eau. 80 à 90% des industriels qui utilisent la découpe jet d'eau avec abrasif consomment en moyenne 20kg d'abrasif par heure de coupe et par tête. Une machine peut ainsi générer, chaque mois, 2 tonnes de déchets. C'est un aspect à prendre en compte, en amont, dans l' organisation de l'atelier.
 

Il est important de bien penser à ses moyens de manutention.
Une machine de découpe jet d’eau possède un bac rempli d’eau. Ce bac a donc un rebord, plus haut que le niveau de l’eau, qui peut complexifier le chargement surtout si l’on pense charger la machine avec un chariot élévateur. Ce moyen est souvent utilisé mais est déconseillé au risque d’abimer la machine. (Le chariot peut facilement venir en collision avec la structure de la machine).

Comme solution de chargement/Déchargement, il faudra donc préférer celle du pont roulant, ou d’un portique, pour un chargement par le dessus.
 

Le choix du fournisseur est important, autant sur les aspects formations/accompagnement que sur les aspects maintenance et garantie. La technologie du jet d'eau nécessite une expérience qu'il est difficile d'acquérir sans une aide professionnelle. D'autre part, les machines sont sollicitées et « malmenées » par leur propre environnement (projection d'abrasif, taux d'humidité important, etc.). Une maintenance régulière est donc nécessaire. L'intervention sur la pompe doit être réalisée par des techniciens formés et agréés par le fabricant de la pompe, notamment pour conserver la validité de la garantie.


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