Découpe au jet d'eau de la fibre de carbone :avantages, inconvénients et meilleures pratiques

Qu'est-ce qu'un jet d'eau ?

Un jet d'eau utilise une pompe pour créer un jet d'eau à haute pression (jusqu'à 90 000 psi) qui peut couper n'importe quoi, de la mousse à la plaque d'acier de 8 +". Lors de la découpe de métal ou de fibre de carbone, un matériau abrasif, tel que le grenat, est utilisé pour faciliter le processus de découpe. (Voir les liens « Source » au bas de l'article pour plus d'informations sur le fonctionnement des jets d'eau.)

Voyons maintenant pourquoi le jet d'eau est un si bon outil pour couper la fibre de carbone.

Épaisseur de la pièce

L’un des énormes avantages du jet d’eau est qu’il peut couper des panneaux de carbone très épais avec une relative facilité. Avec une défonceuse, les pièces épaisses nécessitent plus de passages ce qui prend du temps et provoque plus d'usure de la mèche. Vous devez également vous soucier d’éliminer les copeaux et la poussière des emplacements profonds. De plus, avec un réglage approprié, vous pouvez facilement supprimer de petites fonctionnalités qui seraient impossibles sur un routeur en raison de la profondeur.

Vitesse

La vitesse de découpe au jet d'eau, en particulier pour les petites caractéristiques, est beaucoup plus rapide qu'avec une défonceuse. Avec une toupie, la profondeur de coupe et la vitesse d'avance dépendent de la taille de votre fraise et de l'épaisseur de la pièce. Les pièces plus petites et les pièces plus épaisses nécessitent plusieurs passes, alors qu'un jet d'eau peut couper la même pièce en un seul passage et généralement avec une vitesse d'avance plus rapide.

Prévention de la poussière

Un autre avantage majeur de l’utilisation d’un jet d’eau est le confinement de la poussière. L’une des principales préoccupations lorsque l’on travaille avec la fibre de carbone est la poussière. La poussière de fibre de carbone peut pénétrer dans le fonctionnement interne de vos machines et provoquer le meulage ou l'usure des pièces plus rapidement qu'elles ne le feraient normalement. C'est également un irritant s'il est inhalé ou peut provoquer des démangeaisons s'il entre en contact avec la peau. Avec un jet d'eau, toute la poussière de carbone est projetée dans le réservoir d'eau où elle est plus facile à manipuler pour une élimination appropriée. Aucun système coûteux d'évacuation des poussières n'est requis.

Motifs de coupe serrés

Le diamètre du jet d'un jet d'eau peut être réglé à environ 0,025 pouce, ce qui permettra de découper des conceptions comportant de très petits trous ou éléments internes. Ce diamètre d'outil peut également être utilisé pour couper des fées proches d'une géométrie carrée interne.

 

Inconvénients

Bien que l’utilisation d’un jet d’eau pour couper la fibre de carbone présente de nombreux avantages, elle présente également certains inconvénients. Les prochaines sections aborderont ces domaines.

Finition des bords

Étant donné qu’un jet d’eau utilise un abrasif pour couper les fibres de carbone résistantes, le bord peut avoir une surface légèrement rugueuse. Ceci peut être contrôlé par la taille des mailles du grenat (plus l'abrasif est fin, plus la finition est fine) et par la vitesse d'alimentation. Si pour certaines pièces cette finition est acceptable, d’autres pièces devront être poncées pour obtenir une finition plus lisse. Le temps passé à nettoyer le bord peut compenser une partie de l'avantage obtenu en découpant les pièces au jet d'eau. Il y a un équilibre entre la vitesse de coupe et la complexité des pièces à prendre en compte si vous utilisez un grand volume de pièces.

Retour de flamme

Un autre sujet de préoccupation lors de la coupe de la fibre de carbone est le retour de flamme provoqué par le passage sur l'une des lattes. Le réservoir à jet d'eau utilise des lattes métalliques qui s'étendent sur toute la largeur du réservoir et fournissent une surface pour soutenir votre matériel de travail. Lorsque le jet à haute pression passe sur la latte en acier, le jet d'eau et d'abrasif peut être dévié vers le haut, ce qui sable essentiellement l'arrière d'une pièce. Généralement, cela ne serait pas visible sur une pièce métallique, mais cela pourrait abîmer une partie de la surface d'une pièce en carbone.

Heureusement, il existe des solutions pour résoudre ce problème. Chez Elevated Materials, nous découpons nos pièces sur une planche Rhino. La planche Rhino est composée de « pailles » en PEHD qui permettent au jet de passer à travers sans souffler vers le carbone. Sa petite taille de cellules nous permet de couper des pièces petites et complexes sans craindre qu'elles ne tombent dans le réservoir.

Pour les projets à volume élevé et de taille relativement importante, nous créons des dispositifs qui dépassent du fond du réservoir pour garantir que le jet ne coupe que sur l'eau. Les pièces sont ensuite maintenues en place à l'aide de ventouses. Avec ces luminaires, nous avons coupé plus de 1 000 exemplaires de la même pièce et n'avons eu à changer aucun composant majeur.

Délaminage

Un autre défi de la découpe de la fibre de carbone au jet d’eau consiste à percer des trous. Le jet d'eau à haute pression peut ronger la résine entre les couches de fibre de carbone et provoquer une séparation ou un délaminage, ce qui affaiblit la pièce.

De nombreux fabricants pré-percent des trous sur une autre machine, puis amènent la pièce au jet d'eau pour la découpe. L'inconvénient de cette méthode est bien sûr le risque de mal aligner votre chemin de découpe au jet d'eau avec les trous que vous pré-percez.

Chez Elevated Materials, nous avons investi une grande partie de notre temps et de nos ressources dans le perfectionnement de notre méthode de perçage de la fibre de carbone pour éviter le délaminage. La technique consiste à abaisser la pression du jet à environ 10 KSI (10 000 psi) et à garantir que le grenat sort de la buse avant l'eau à haute pression. Nous utilisons une valve d'assistance au vide qui tire le grenat à travers la buse avant que le jet ne s'allume, garantissant que le grenat touche la pièce avant toute eau. Si l'eau à haute pression frappe la pièce d'elle-même, votre pièce se délamera.

Nous avons percé et coupé des pièces de plus d'un pouce d'épaisseur sans aucune délamination.

Bords effilés

Une autre préoccupation qui doit être résolue avec la découpe au jet d’eau concerne les bords effilés. Puisqu’un jet d’eau est un flux à haute pression traversant une buse, il se dilate à mesure qu’il s’éloigne de la buse. En fonction de la distance entre votre pièce et la pointe de la buse, cela détermine l'expansion de votre jet lorsqu'il atteint la pièce que vous coupez. Plus la pièce est éloignée, plus votre jet peut se dilater. Un jet élargi laisse un aspect sablé et une coupe de qualité inférieure et à vitesse plus lente.

La conicité des bords peut être ajustée en accélérant ou en ralentissant votre fédéré. Il peut également être contrôlé à l’aide d’un système de commande de tête inclinable ou dynamique. L'image ci-dessous montre quelques problèmes de conicité possibles auxquels vous pouvez être confronté si vous n'avez pas la pression ou l'avance correcte.

Coût

Il est intéressant de noter que le coût est similaire entre le routage et la découpe au jet d'eau. D'une part, vous avez des pièces à remplacer continuellement et une extraction de la poussière à gérer avec le routage par rapport aux matériaux abrasifs et aux consommables comme les accessoires, les buses et les orifices d'un jet d'eau. Si vous envisagez l’achat d’une table de toupie ou d’un jet d’eau, le jet d’eau sera plus cher. Les modèles d'occasion peuvent coûter entre 25 000 et 60 000 dollars pour le bas de gamme, jusqu'à 200 000 dollars et plus pour un modèle neuf. De nouveaux jets d'eau de bureau ont récemment été introduits pour moins de 5 000 $. https://www.wazer.com/. Les routeurs, en revanche, font partie de la communauté des fabricants depuis bien plus longtemps et peuvent démarrer à seulement 1 500 $ pour un modèle de bureau. Pour une machine plus rigide et industrielle capable de couper sur plusieurs axes, les centres d'usinage commencent autour de 40 000 $ et peuvent dépasser largement les 100 000 $ pour une machine à 5 axes.

Sources :
Notions de base du jet d'eau :https://www.flowwaterjet.com/Learn/How-Waterjet-Works.aspx#basics
Conseil Rhino :http://www.rhinoboardwj.com/
Bords effilés Omax : https://www.omax.com/news/blog/controlling-taper