La découpe jet d'eau : comment répondre à des besoins complexes ?

La découpe au jet d'eau touche de manière transversale de nombreux types d’industries du fait de la grande diversité de matières premières qui peuvent être découpées : métaux (aciers, inox, titane, ...), composite, cuir, textile, carton, bois, mousse, plastique, pierre, granit, marbre, verre... et même des produits alimentaires comme les fruits, les légumes, la viande, les pâtisseries, … !

De ce fait, les problématiques industrielles sont variées et amènent à trouver des solutions techniques adaptées. Le jet d’eau peut découper pratiquement tous les matériaux avec des avantages différents :

• pour les applications agro-alimentaires, la première qualité de la découpe au jet d’eau est de ne pas polluer ou contaminer les produits découpés.
   
• pour les matériaux souples, la finesse du jet (environ 0,1 mm de diamètre) permet de découper sans effort et sans déformations.
   
• pour les matériaux rigides, les avantages les plus souvent mises en avant sont : la découpe de matériaux sensibles sans zone affectée thermiquement (comme sur les lasers ou machines de coupage thermique), ce qui permet à la fois de conserver la structure cristalline du matériau et de réaliser des détails fins (angles sortants très aigus). Enfin, par sa technologie de découpe utilisant de l’eau chargée d’abrasif, même les matériaux très durs peuvent être découpés avec des détails assez fins puisque le jet fait environ 1.1 mm de diamètre.

Comment produire des pièces en découpe jet d'eau tout en respectant les caractéristiques techniques de la matière première, notamment sur des composites ?

Comment donner de la valeur ajoutée complémentaire aux pièces découpées sur une machine de découpe au jet d'eau ?

Comment répondre avec de la découpe jet d'eau à des besoins très spécifiques ?

Pour la réalisation de cet article, Metal-Interface a interrogé Arthur PAIS, Président de la société Mécanuméric, et Guillaume JULLIAN, en charge des produits Jet d'eau. Ils ont partagé leur expérience et ont mis en lumière des exemples illustrant nos propos.
 

Enrichir une machine de découpe jet d’eau avec d’autres technologies peut être nécessaire dans certaines situations, afin de poursuivre différents objectifs :

• une destination particulière de la pièce qui nécessite d'éviter d'éventuelles dégradations des propriétés de la matière,
   
• une amélioration de la productivité sur le cycle de fabrication des pièces.
   

Arthur PAIS donne l’exemple de pièces produites pour l’avion A350 d’AIRBUS : « il s’agit de pièces à découper dans un composite carbone thermoplastique : il y avait un risque important de délaminage des différentes couches du matériau, même en utilisant la découpe au jet d’eau à basse pression. Pour garantir une pièce conforme dont les qualités de durabilité et de résistance sont préservées, un trou est d’abord réalisé grâce à une broche de perçage directement intégrée à la machine. La découpe jet d’eau est ensuite réalisée de façon tangentielle, et non en pleine matière. »

Ces extensions technologiques peuvent aussi être une solution intéressante pour améliorer la productivité, en limitant les transferts d'une pièce d'un poste de production à l'autre notamment.

A titre d’illustration, Guillaume JULLIAN évoque trois exemples :

• « celui d’un industriel qui dispose d’une machine mixte. Il s’agit en réalité d’une base de machine jet d’eau sur laquelle a été ajoutée une broche de fraisage ainsi qu’un magasin d’outils pour la réalisation de trous calibrés.
  
  
• Un autre industriel fait de l'étiquetage automatique de pièces directement sur la machine jet d'eau (traçabilité, optimisation des chutes et de la consommation matière par mixage de plusieurs commandes en simultané et repérage des pièces pour montage sur chantier). Ce sont autant d'opérations complémentaires qui apportent de la valeur ajoutée aux pièces ainsi produites.
   
• Enfin dans un autre cas de figure, un robot intégré dans la machine de découpe au jet d’eau, réalise à la fois une partie des opérations de découpe en déplaçant les pièces à découper sous les têtes jets d’eau, et assure ensuite toutes les opérations de manipulation des pièces et des outillages de manière entièrement automatique. »

Pour ces applications de machines jet d'eau multi-technologies, le support du fournisseur de la machine est essentiel, car il doit personnaliser les solutions pour le client. Pour cela il doit être fabricant et disposer d'un bureau d'études multi-technologies mais aussi d’une équipe de techniciens assurant le support technique et ayant une bonne connaissance des technologies jet d'eau et des technologies complémentaires.
 

La conception et la fabrication de machine de découpe jet d'eau peut aller bien au-delà d'une simple personnalisation ou de l'ajout d'une autre couche technologique. Lors de la fabrication d'une machine sur-mesure, l'objectif est d'offrir une solution personnalisée à la problématique d'un industriel, lorsque les solutions standardisées de découpe au jet d'eau ne permettent pas de le faire de façon optimale.

Arthur PAIS et Guillaume JULLIAN donnent l'exemple d'un projet de machine découpe jet d'eau répondant de manière spécifique à un industriel de l'agroalimentaire :

• « En 2018, nous avons conçu et produit une machine jet d'eau pour l'agroalimentaire avec 20 têtes pour découper des fruits avec une très grand productivité. C'est un équipement complètement sur-mesure associant un robot industriel durci pour environnement agro-alimentaire, qui a été conçu afin de répondre en tout point aux besoins de l'industriel et à l'application industrielle concernée. »
   
• « Dans un autre cas, pour un industriel dans le secteur de la chimie/pharmacie, la société a conçu une machine capable de réaliser le produit brut (par évaporation d’eau à partir de pâte de fibres de bois), de le découper au jet d’eau suivant les besoins (pièces de formats différents) à la volée et sur une ligne continue, d’éjecter toutes les chutes de découpe et de les retraiter pour qu’elles redeviennent matière première et repartent en début de cycle. Ainsi, la machine ne produit aucun déchet, 100% de la matière première est utilisée. Pour cela la société a dû étudier les solutions possibles, réaliser des maquettes fonctionnelles pour tester chaque fonction de la machine et ensuite combiner toutes ces solutions pour concevoir et fabriquer la machine définitive et réaliser la phase de mise au point finale. »

Pour conclure, combiner plusieurs technologies sur une machine de découpe jet d'eau peut être une piste très intéressante afin d’améliorer la productivité de ce poste de production et/ou pour répondre à des contraintes techniques liées à la matière ou à la physionomie des pièces à produire. La conception et la fabrication d'une machine jet d'eau sur-mesure est opportune dans des cas plus spécifiques, en permettant de solutionner de façon pragmatique certaines problématiques industrielles.

Dans ce cadre, le choix du concepteur et fabricant de machine est très important. Ce dernier doit être en mesure d'assurer l'ensemble de la conception à la fabrication, dans des coûts d’amortissement raisonnables, mais également pouvoir assurer la maintenance de la machine dans le long terme.

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