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

Sommaire Présentation générale Applications industrielles Conclusion 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

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 ? années 80 Adjonction d’abrasifs et multiplication de brevets pour des outils périphériques 1971 première installation industrielle, chez Altan Boxboard (pour du contreplaqué) Petit historique Aujourd’hui Plus de 6 000 machines dans le monde

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

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

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)

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

3. La découpe avec abrasifs Tête de découpe

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

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 

2. Applications industrielles GENIE CIVIL AGRO ALIMENTAIRE HORLOGERIE

Découpe par jet d’eau de tapis de sol de FORD Mondéo 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.

Jet d’eau pour remplacer le scalpel traditionnel 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

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

Constance du résultat grâce au contrôle de la pression d’ébavurage. 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)

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

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