LA DECOUPE AU JET D’EAU

1. Brunon Aline Chavanne Robin Mons Pierre LA DECOUPE AU JET D’EAU

2. Sommaire • Présentation générale • Le procédé • Les différents types de découpe au jet d’eau • La découpe au jet d’eau avec abrasifs • Applications industrielles Trois exemples concrets • Conclusion • Bibliographie

3. 1. Présentation générale 1. Le procédé fin des années 60 premières bases de la découpe, par le Dr Norman Franz, pour résoudre le problème de Boeing: comment découper des panneaux composites sans écraser leur structure alvéolaire ? 1971 première installation industrielle, chez Altan Boxboard (pour du contreplaqué) années 80 Adjonction d’abrasifs et multiplication de brevets pour des outils périphériques Petit historique Aujourd’hui Plus de 6 000 machines dans le monde

4. Principe Basé sur deux données: - énergie potentielle due à la pression - transformation de l’énergie potentielle en énergie cinétique en accélérant le fluide Découpage par arrachement de matière

5. Éléments d’un banc de découpe: • Station de traitement de l’eau • Multiplicateur hydraulique de pression: entrée à 200 bars, diminution de section dans le conduit (1/20), sortie à 4000 bars • Conduite de distribution d’eau THP • Une ou plusieurs têtes de découpe: ø 0.1 à 0.4 mm • Réceptacle d’eau de coupe avec des billes • Système d’épuration des eaux de coupe Trois configurations possibles: - pièce mobile/jet d’eau fixe - pièce fixe/jet d’eau mobile - pièce mobile selon un axe/jet d’eau mobile selon un axe perpendiculaire

6. Avantages de ce procédé • Découpe de tous types de matériaux, jusqu’à 150 mm d’épaisseur • Découpe de matériaux hétérogènes (ex: tôle sandwich, composites multicouches, etc.) • Absence de dégagement toxique • Absence d’échauffement donc de déformation des pièces • Pas de changement d’outil • Peu de limites dans les formes usinables Inconvénients de ce procédé • Niveau sonore: pompes très bruyantes (supérieur à 80 dB) • Difficulté à découper des corps creux • Problème de recyclage des eaux usées • Vitesse d’exécution parfois faible (par rapport au laser)

7. 2. Les différents types de découpe au jet d’eau • Jet d’eau pure: • adoucie puis filtrée • pour découper les matériaux tendres (éponge, acier doux, cuir, tissus, plastiques, carton, etc) • Jet d’eau avec polymères plastiques • pour améliorer la cohérence du jet par les longues fibres • Jet d’eau avec abrasifs • pour découper les matériaux durs (métaux, verre, céramiques, etc) et/ou de grande épaisseur

8. 3. La découpe avec abrasifs Tête de découpe

9. Caractéristiques Types d’abrasifs utilisés: grenat, olivine Cadence: vitesse d’exécution fonction de l’épaisseur Ex: pour la même longueur: 13mm d’aluminium: 2 à 10 min 13 mm d’acier: 4 à 20 min 50 mm d’acier: plusieurs heures 1.5 mm: quelques secondes Tolérances: fonction de l’usure des pièces Ex: machine des années 90: 0.25 à 1.5mm machines d’aujourd’hui: jusqu’à 0.025 mm

10. Série: procédé adapté aux petites, moyennes et grandes séries • Coût: prix du système complet: 200 000 euros coût des abrasifs: quantité: 250 à 500 g par minute coût: 380 euros la tonne pour le grenat, 180 euros pour l’olivine. coût total: 0.19 euros/min maximum débit d’eau: 10L/min à 3500 bars coût de maintenance: ex: buse: changée toutes les 1 000 h chambre de mélange coût global: 20 à 35 euros/h 

11. 2. Applications industrielles GENIE CIVIL AGRO ALIMENTAIRE HORLOGERIE

12. Exemple 1: les tapis de sol des voitures Découpe par jet d’eau de tapis et garnitures de coffre – Peugeot 206 et 206 CC Production via 4 machines 'mono-robot', à chargement manuel. Temps de découpe d’un tapis : 100 s Production : 1300 véhicules / jour. Dimensions indicatives des pièces (maximum) sur ce type d’installation : 2000 x 1600 x 400 mm. Découpe par jet d’eau de tapis de sol de FORD Mondéo Production via 2 machines à 2 robots Temps de découpe : 70 s / pièce avec 2 robots Production : 800 véhicules / jour. Dimensions indicatives des pièces (maximum) sur ce type d’installation : 1850 x 1450 x 600 mm.

13. Exemple 2: la chirurgie Jet d’eau pour remplacer le scalpel traditionnel • Pression moins élevée (environ 30 bars) • Découpe sélective (évite de laisser échapper trop de sang en préservant les vaisseaux lymphatiques et sanguins) • Buse en rubis de diamètre compris entre 0.08 et 0.6 mm Mis en évidence dans des expériences sur le foie Développement de la découpe de la cornée

14. Exemple 3: l’ébavurage Deux technologies sont utilisées en fonction des matériaux à ébavurer : La Très Haute Pression, par jet d’eau ou jet d’huile: employée pour ébavurer des matériaux relativement tendres. • pression de 250 à 1000 bars • débit du fluide privilégié. Matériaux : alliages d’aluminium, Cuivre, Laiton, Dérivés plastiques Exemples de pièces : corps de pompe dans l’automobile, pièces intérieures de mécanismes d’horlogerie, pièces de serrurerie, pièces mécaniques en matériaux tels que cités ci-dessus. Les outils spécifiques : Pompe Triplex : débit jusqu’à 30 l/min ; têtes à jet fixe et/ou à jet rotatif

15. La Ultra Haute Pression : ébavurer des matériaux relativement durs. • la pression est de 1000 à 3500 bar • pression du fluide qui est privilégiée par rapport au débit. Matériaux : inox, aciers trempés… Exemples de pièces : injecteurs dans l’automobile, pièces mécaniques, pièces extérieures d’horlogerie. Les outils spécifiques : Pompe UHP : pression jusqu’à 3500 bar, débit jusqu’à 5 l/min; têtes à jet fixe. Avantages du process • Constance du résultat grâce au contrôle de la pression d’ébavurage. • Caractéristiques dimensionnelles et mécaniques de la pièce inchangées. • Amélioration de la propreté finale de la pièce. • Amélioration de la fiabilité : moins de coincements mécaniques (moins de détachements de particules des pièces contenues dans les sous-ensembles mécaniques en mouvement)

16. 3. Conclusion • Technologie récente et en progression: • Précision • Nombre de machines utilisées • Bonne alternative/bon complément aux procédés conventionnels

17. 4. Bibliographie • www.jetcoup.com/Decoupe_JET_D_EAU.pdf • www.waterjet.com • Documentation MECADEC • Contribution à l’aide robotisée au geste médical: nouvelle approche en ophtalmologie, de Nathalie Smith -Guerin