La polyvalence de certaines machineslaser de découpe vis-à-vis du soudage peutêtre un repère tout comme des recours fré-quents au 3D, plus évidents au laser. De mêmeles machines à jet d’eau mordent sur les pla-tes-bandes du poinçonnage, de la découpeplasma voire de l’oxycoupage. Par rapport aupoinçonnage, il y a une meilleure flexibilité etdes coûts outils inférieurs. Vis-à-vis des cou-pes thermiques, le fait d’obtenir des piècesfinies et aux cotes joue beaucoup en faveur dujet d’eau. Certains équipements utilisentd’ailleurs le jet d’eau pour guider le flux lumi-neux d’un laser ou ébaucher un brut, avantfinition en électroérosion (EDM) à fil. Les typesde matières ou d’applications, voire les critèresécologiques ont aussi leur importance.

La frontière

Tout le monde s’accorde à dire que lesdeux technologies sont complémentaires,dans la pratique, les utilisateurs sont sou-vent distincts et spécialisés dans l’une oul’autre technologie. La découpe laser estbeaucoup plus marquée “métallurgie” tandisque les applications du jet d’eau sont très vas-tes allant de l’alimentaire à l’habillement, del’ameublement, aux composites, aux applica-tions “verre” et dans les minéraux pour finir à ladécoupe de tôles proprement dites. Le marchédu jet d’eau est beaucoup plus un marché deniches et de machines spéciales, bien inférieuren volume et en valeur à celui du laser.L’abandon du jet d’eau par le leader du sec-teur, TRUMPF, a été un frein au développe-ment du jet d’eau sur le marché. Deux straté-gies commerciales restent en lice: celle deBYSTRONIC, par exemple, qui est transversaleet assure une offre cohérente allant du laser aupliage en passant par le poinçonnage et le jetd’eau mais en proposant des matériels stan-dards conçus pour la durée et la productivitéet dont ils produisent les éléments clés. À côté,

on trouvera de nombreux spécialistes quirépondent à des applications très diversesavec des machines où ils intègrent des équipe-ments de provenance externe.

D’un point de vue technique, il est admisque, pour des épaisseurs d’acier inférieures à25 mm, ou d’inox inférieures à 18 mm et12 mm pour l’aluminium, la découpe au laserest plus performante. Néanmoins une zonegrise s’étend un peu en-dessous de ces épais-seurs surtout pour des petites séries. Ceci,hors de toute considération de respect géo-métrique, d’état de surface ou de coût horaired’utilisation. Encore que, pour des métauxréfléchissants comme les alliages légers lestitanes, ou polis, le jet d’eau travaille mieuxet est bien plus économique. La tolérancetype d’une découpe laser est de l’ordre de0,02 à 0,15 mm à grande vitesse. Le jet d’eautiendra de 0,07 à 0,4 mm en tolérance, tou-jours à haute vitesse. L’électro-érosion à filvarie de 0,04 mm en ébauche à 0,0025 mm enfinition. En moyenne l’électro-érosion à fil est10 fois plus lente que la découpe jet d’eau etréservée aux matériaux conducteurs.

Notons simplement que la méconnaissan-ce des donneurs d’ordres ou des bureaux deméthodes vis-à-vis du jet d’eau repose sou-vent sur des idées reçues anciennes et peutinterdire des gains de productivité consé-quents. Comme toutes les technologies derupture, utiliser des produits aboutis et fiablestout en repensant la mise en fabrication très enamont peut s’avérer des plus rentable. Disonssimplement que les - rares et discrètes - entre-prises qui ont misé sur le jet d’eau s’en portenttrès bien... Des rumeurs d’amortissementtrès rapide de machines de dernière géné-ration utilisées en aéronautique concurrem-ment avec des centres d’usinage et qui sont àla fois plus rapides tout en économisant beau-coup de matière, se font de plus en plus insis-tantes.

Le point sur l’état de l’art avecBystronic

Une rencontre avec M. Emprin, le directeurde zone sud Europe pour la division Waterjetdu constructeur suisse, nous a permis de gla-ner quelques informations précieuses.Bystronic Laser Cutting est le numéro 2 mon-dial en découpe laser avec 500 machines par

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Laser ou jet d’eau,que choisir

par Dominique Dubois - ddubois@trametal.com

Comment choisir, en effet, parmi ces procédésde découpe qui rivalisent de performances dans

des expositions majeures comme EUROBLECH,parfois au sein de véritables îlots de production

flexibles ? La découpe laser et par jet d’eau sontcertainement complémentaires mais il n’est pas

facile de faire son choix.

an tandis que ladivision Waterjet est le numéro 4 mondial avecdix fois moins d’unités commercialisées et uneprogression de 15% par an. La découpe demétal par jet d’eau abrasif représentant 40%des applications. Les choix techniques deBystronic sont clairs: des axes cartésiens, tra-vail en 2D mais tête et pompe de conceptionnovatrices conçues et fabriquées en interne.Les applications embarquées sur robots multi-axes ou machines 3 à 5 axes posent des pro-blèmes de fiabilité et de maintenance selonBystronic qui cherche avant tout à proposerdes machines de production aptes à fonction-ner en continu. Un jet d’eau à très hautepression avec un micro-jet reste un équipe-ment de haute technologie qui demandeune maintenance régulière et attentivemême si elle est peu onéreuse. Un régleurformé s’en acquittera aisément mais c’est unedifférence “culturelle” avec un laser de décou-pe, selon M. Emprin. En revanche l’expertise

de l’opérateur sur la découpe elle-même joue-ra assez peu sur la qualité finale car il y a beau-coup moins de paramètres que sur un laser dedécoupe. Si la durée de vie d’une pompe

atteint 5 000 heures, les buses etautres joints doivent être revustoutes les 70 à 100 heures.

Rappelons que le jetd’eau, qui est une

érosion super-sonique à froid,est plus lent quele laser, à machi-

nes de capacitéscomparables maisqu’il est possible detravailler avec plu-sieurs têtes sur une

même machine. La métallurgiedu métal est intacte après découpe au jetd’eau, qui fonctionne aussi très bien dansles composites et autres laminés multicou-ches. Le traitement des boues et un état desurface qui peut varier en l’absence de pro-gramme d’usinage adapté sont, aussi, desfreins souvent cités. En outre, ces boues nesont pas toxiques et peuvent même êtrerachetées car la limaille qu’elles contiennentreste valorisable. La finition et la vitesse sontliées et le logiciel, partagé avec les sœurslasers, contient 8 macros bien utiles pour desapplications exigeantes. L’état de surface estde Ra 3,2 sur la découpe et s’il est possible dedémarrer en perçant un trou avec le jet en plei-ne matière, il est souvent prévu de percer unpetit trou à l’aide de la broche montée encoaxial pour une qualité optimale (Fig.1).

Un des avantages des machines Bystronicréside dans la finesse de leur jet, obtenu à l’ai-de d’un saphir de 0,28 mm, ce qui donne un jetde 0,8 mm après la buse de sortie. Les avan-tages sont triples: en travaillant avec un jetplus fin, plus près de la matière, le débitpompe est moindre, la consommation d’a-brasif aussi et surtout cette méthode donneune meilleure géométrie sur la découpe.Pourquoi les autres fournisseurs n’en font-ilspas autant ? Tout simplement parce qu’avecune buse aussi fine, l’abrasif bouchera tout à lamoindre fluctuation de pression, ce qui justifieune pompe de haute technologie comme la ByPump et un contrôle numérique du dosaged’abrasif.

La pompe est capable de 3800 bars avec5 l/mn pour environ 45 kW consommés. Il n’ya pas d’accumulateurs mais deux intensifica-teurs en parallèle alimentés en 280 bars et éle-vant la pression jusque 18 fois de façon indé-pendante. Grâce au contrôle numérique del’ensemble, les fluctuations sont très faibles etl’abrasif s’écoule régulièrement. En outre la fai-ble consommation permet de fonctionner avecdeux têtes sans être au nominal en permanen-ce ce qui épargne le matériel. La concurrence

Fig. 1 -Cette

Byjet 12030de grande

capacitétravaille avec

deux fois deux têtes

indépendantesmunies

chacune deleurs

alimentationscouplées d’eau

sous pressionet d’abrasif

dont lesarrivées

latérales sontbien visiblesainsi que le

réservoir tampon

supérieur.

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Fig. 2 - La Bypump 50 APC fait partie de ces pompes à hautrendement qui font progresser le procédé. Chez Bystronic, les

deux intensifieurs, ici bien visibles, permettent de se passerd’accumulateurs THP grâce aussi à la régulation numérique.

De ce fait un jet très fin devient possible sans risques de bouchages par l’abrasif.

classique a besoin d’au moins 60 kW pourdeux têtes (Fig. 2).

L’abrasif utilisé est du grenat ou de l’olivineet conduit via une petite trémie tampon - ali-mentée par une pompe à effet venturi de chezPIAB - située au-dessus de la tête, vers lamicro-chambre de mélange par une simplearrivée latérale. Economiser de 30 à 35% d’a-brasif à 250 euros la tonne est utile car c’est lepremier poste de coût sur ce type de machine.L’APC ou Active Pressure Control de Bystronicest une boucle de régulation fermée à la diffé-rence de beaucoup d’autres matériels. Notonsqu’il est possible de graver avec ce type demachine grâce une valve pneumatique embar-quée sur la tête.

Celle-ci se déplace à moins de deux milli-mètres de la surface à travailler, aussi un pal-peur asservissant un axe Z de façon méca-nique, permet d’éviter tout atterrissage intem-pestif (Fig. 3).

La découpe au jet d’eau est assez bruyan-te. Pour éviter les poussières d’abrasifs etréduire ce bruit à un niveau acceptable, il estd’usage de travailler en immergé ou semi-immergé. Il est donc nécessaire de réguler lahauteur d’eau assez fréquemment car lamatière doit entrer et ressortir de l’eau àchaque cycle d’autant que les boues s’accu-mulent au fond de la cuve avant d’être éva-cuées par une vis sans fin. Pour cela, Bystronica installé des ballast sur les côtés de sa cuvequi peuvent être gonflés à la demande. Il va desoi que les parois des cuves sont renforcéesafin d’éviter de les découper en même tempsque les pièces... En outre, il y a plusieursfaçons de soutenir les tôles et les squelettespendant le travail. Certains utilisent desplaques de bois comme martyrs, notammentpour les tôles fines ou les composites aéro-nautiques, d’autres des barres en inox ou desgrillages. Dans tous les cas, comme avec lelaser, il s’agit de consommables à récupérerdans un bac intermédiaire. Notons que l’épais-seur économique se situe souvent vers100 mm et que les plaques deviennent alorstrès lourdes. La table alternante maison sup-porte ce poids et est compatible avec l’envi-ronnement agressif et humide des machines.

Si la division Waterjet a du investir dansune pompe puis une tête de découpe spéci-fiques, si le vivier de clientèle du laser n’a quepeu profité au jet d’eau comme vu plus haut, lasynergie de groupe a joué, en revanche à pleinau niveau de la CNC ou des logiciels. D’unepart, il est pratique pour un opérateur de retro-uver le même environnement de programma-tion ou de contrôle sur plusieurs machinesmais l’expérience acquise avec les lasers abeaucoup aidé le jet d’eau. Là encore, possé-der sa propre CN est un avantage au niveauSAV et commercial face à des produits adaptésavec plus ou moins de bonheur, sans parlerdes bases PC complètement irréparables au

bout de peu d’années. Lescommerciaux de Bystronicadmettent volontiers qu’au-delà des qualités des machi-nes, le logiciel Bysoft et la CNmaison font bien souvent ladifférence.

M. Emprin regrette queles possibilités actuelles dela découpe par jet d’eau res-tent ignorées des bureauxd’études et des méthodes.Beaucoup d’ateliers de tôlerieutilisant un ou des lasers enplus des poinçonneuses,découpeuses/plieuses, etc,n’utilisent leur jet d’eau quecomme dépannage ou tech-nique d’appoint. Très peu ontune charge de travail suffi-sante pour les faire fonction-ner en continu, avec unetable alternante ou un changeur/ stockeur. Enrevanche, les utilisateurs qui maîtrisent le pro-cédé sont fidèles et s’agrandissent rapidementavec d’autres machines, avec des charges decommandes élevées. Le travail au jet d’eau estdésormais au point mais il s’agit encore d’unetechnologie de rupturequi réserve sesgains à ceux quisont prêts à seremettre enquestion poura v a n c e r(Fig. 4).

D’autres acteurs du marché

Dernières nouvelles de LDSA

La DÉCOUPE SA, département Projet, assurepar ailleurs la représentation des produitsINGERSOLL-RAND Waterjet Cutting sur le terri-toire français, proposant ainsi à ses clients unelarge gamme de produits haute pression etde pompes HP avec des versions 11, 22, 37 et75 kW à 3800 bar. Les pompes sont disponi-bles en modèle standard et vendues à l’unitépour intégration, tout comme les autres pro-duits de la gamme.

Les intensifieurs Ingersoll-Rand sontconçus pour procurer une fiabilité accrue enproduction, en reprenant la facilité de mise enœuvre et de maintenance qui ont fait des pom-pes HP Ingersoll-Rand une référence indus-trielle pour des applications de découpehydro-abrasive et jet d’eau pure.

Fig. 3 - Voiciune tête dedécoupe THPde chezBystronic. Ceproduit maisonest simple etrobuste maisn’en comportepas moins unemicrobuse ensaphir qui produit un jetchargéd’abrasif d’unegrande finessepermettantd’enéconomiser30%.

Fig. 4 - Ce genre deferrure enTa6V de 20 mmd’épaisseur,découpée surune Byjet, estun bonexemple depièce difficile,aisée à réaliseren découpe jetd’eau et trèscompétitivepar rapport àune exécutionen usinageclassique.

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LDSA présente en outre un centre d’usina-ge par jet d’eau abrasif type L/C, avec unenouvelle génération de table compacte de chezIngersoll Rand. Ce nouvel équipement quirepose sur un ensemble homogène et convivialutilisant toutes les techniques de pointeconnues à ce jour, est piloté par une CNC FANUC

de dernière génération. Avec l’introduction dela pompe haute pression Streamline SL-IV PLUS,Ingersoll-Rand impose de nouvelles frontièresdans le domaine de la haute pression pour latechnique de découpe au jet d’eau. La pres-sion de service de 4 150 bars, la techniqued’étanchéité optimisée et la réduction duniveau de bruit sont des avantages impor-tants pour ce centre de découpe.

FLOW WATERJET

Il s’agit du seul vrai concurrent de Bystronicqui intègre ses propres produits. CommeBystronic, il vend ses éléments à l’unité sibesoin est mais fonctionne aussi en partena-

riat avec différents constructeurs de machineshybrides, comme SODICK par exemple. Le lea-der mondial du secteur est basé dans l’état deWashington et produit des machines dedécoupe au jet d’eau depuis 1971. Commechez ses confrères, les applications sont extrê-mement variées dans tous les matériaux en 2Dou 3D. Les technologies Dynamic Waterjet etActive Tolerance Control permettent de luttercontre les défauts géométriques et de garderune vitesse élevée y compris dans les travauxde précision. Chez Flow Waterjet, la cinéma-tique de la tête de découpe maison estsophistiquée car asservie en Z et endépouille avec pilotage du retard de jet. Toutcomme chez son concurrent de Niederonz, leconstructeur américain propose des machinescartésiennes équipées d’une ou plusieurstêtes maison et pilotées par une CN 840D dechez SIEMENS avec un logiciel propriétaire FlowMaster en version 6.0. En revanche FlowWaterjet propose aussi des machines cinqaxes à portiques et surtout à portiquescantilever comme les poinconneuses. Citonsaussi en cinq axes le modèle Dragon quidécoupe en 3D des pièces allant jusque 2,5 x1,5 m et 600 mm en hauteur. En options,notons un laser de pointage et une broche deperçage pour les trous d’attaque. Les pompesFlow atteignent 4150 bars avec des multiplica-teurs et un accumulateur de grand volume. Lapuissance absorbée va de 19 à 150 kW pourdes débits de 1,9 à 12,7 l/mn. Autre gammetrès performante, celle des pompes àentraînement direct HYPLEX qui génèrent4,7 l/mn à 3 800 bars pour 37 kW absorbés.

Dernière innovation, le DCF ou DynamicContour Follower, système embarqué sur lestêtes de la marque et qui assure une distanceconstante entre le nez de buse et la surfacetravaillée même avec la tête inclinée ou dessurfaces irrégulières. (Fig 5& 6)

RESATO

La firme hollandaise RESATO est un desrares constructeurs à produire ses tables,pompes et têtes de découpe, avec desrecords de composants pour 14 000 bars ouune pompe délivrant 8 000 bars livrée à l’uni-versité de Delft. Les pompes PJE de la marqueont une pression de service de 4 000 barsrégulée par un accumulateur avec, par exem-ple 5,5 l/mn sous 4000 bars pour 55 kW absor-bés. Notons que le montage d’un seul intensi-fieur oblige à recourir à un accumulateur pourlisser les variations de pression. Pour rejoindrele montage duo de Bystronic, il est possible demonter un deuxième intensifieur en option. Lasérie de machines cartésiennes Powerjet RCMde la marque est pilotée par une CN maison etle logiciel Resato Powercam Software. Lestêtes VJW reçoivent un capteur d’asservisse-ment de la hauteur

Fig. 5 -Voici une têtemunie du DCFde chez FlowWaterjet quigarantit un

espaceconstant entre

la feuilledécoupée et la

buse.

Fig. 6 -Autre exemple

de machinecartésienne 2D

chez FlowWaterjet,

travaillantavec deux

têtes en simultané

et de façonindépendante.

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BELOTTI

Depuis plus de vingt ans, le constructeuritalien de machines spéciales propose desmachines de découpe par jet d’eau de 3 à 5axes. La série CPT se compose de machinescartésiennes pouvant recevoir de une à plu-sieurs têtes classiques avec compensation duretard de jet ou bien une tête bi-orientable, cequi confère cinq axes à ces machines, l’axe Zétant réglable. Les CN sont des Fanuc serie Oiou des OSAI série 10. Les pompes maison vontde 30 à 120 HP et des pompes Ingersoll Randsont choisies, en cas de recours à des pres-sions de service de 4150 bars. Le constructeuritalien propose aussi des machines de pluspetite capacité et très compactes, tous lespériphériques étant intégrés, la série PA, soit1,3 x 1 m. Sur la gamme CPT, il est possible demonter une électro-broche de fraisage encoaxial, suffisante pour exécuter de petits tra-vaux de parachèvement ou de gravure (Fig. 8).

Des machines combinées

SYNOVA

En fait le concept du laser Microjet déve-loppé par le fabricant helvétique SYNOVA, datedéjà de près de onze ans et il s’agit d’unemachine de découpe laser pour applica-tions fines dont la haute précision est obte-nue par un jet d’eau coaxial qui guide lefaisceau de lumière. Alors qu’un faisceaulaser est focalisé à une distance précise et

diverge largement au-delà, un jet d’eau restestable géométriquement à plus de 1 000 foisson diamètre de sortie de buse. La zone detravail est bien plus importante en Z - plus decent fois en fait - avec une pression d’eau nedépassant pas 500 bars. Autre avantage duprocédé les particules détachées de la matièreà découper sont immédiatement refroidies parle jet d’eau et évacuées. l’effet de redépositiondes particules métalliques vaporisées par lelaser est donc très réduit ce qui améliore nonseulement l’état de surface mais aussi la quali-té géométrique de la découpe. Sur les lasersconventionnels, on cherche à avoir le mêmeeffet avec un gaz additionnel mais il est difficiled’appliquer de hautes pressions sur des piè-ces fines et les résultats sont inégaux, surtout,l’efficacité n’est pas comparable, sans parlerdu coût d’utilisation. Une solution pour éviterl’effet de zone de fusion et de déformation dumétal découpé par un faisceau laser est d’utili-ser un laser pulsé et de descendre en longueurd’onde afin d’entrer dans des zones de photo-ablation sans effet d’échauffement notable. Enrevanche, c’est une solution coûteuse et lesavances de travail sont faibles. Avec le systè-me microjet, il est possible de travailler bienplus vite avec des taux de pulsation élevés etsans voir apparaître d’effets thermiquesfâcheux sur les parois découpées. L’industriedes semi conducteurs, du bio-médical, desnanos et micro-applications, utilise de plus enplus ce procédé (Fig. 9 & 10 & 11).

Prestations de service

La société W.P.S. France est en mesure deproposer ses services en fourniture deconsommables et pièces détachées, dans ledomaine de la découpe par jet d’eau trèshaute pression.

● Abrasifs pour installations de découpepar jet d’eau, de sablage et décapage, que cesoit du grenat, olivine…, en granulométriesdiverses: 80, 120 ou 200 mesh, par livraison de1 tonne à 24 tonnes. Livraison directe partouten France. Autres produits sur demande.

● Consommables pour têtes de décou-pe : buses en saphir, rubis ou diamant, pièces

Fig. 7 - Cet exemple

d’une découperelativement

profondemontre bienles effets du

retard de jet etles possibilités

de correctionavec le

DynamicWaterjet de

Flow.

Fig. 8 - Une tête

Belotticinq axes.

Remarquer laspire THP qui

permet unerotation de la

tête et le pointeur laser

sur la droite.

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génériques de remplacement, vannes,tuyauterie Très Haute Pression (THP),raccords THP…Commande unitaire oupar lots (remise quantitative).

● Pièces détachées: intensifieursTHP, tables 2D et 3D de découpe, spiresTHP…Un stock permanent permet delimiter les délais d’approvisionnement.

Le monde de la decoupe sanscontact n’est pas limité aux lasers, deplus en plus puissants ou de mieux enmieux guidés par fibres et focalisés. Desprocédés complémentaires par le hautcomme le jet d’eau existent ou par lebas comme le guidage par jet d’eau etsont riches de gisements de productivitéencore largement inexploités. Là encoreil convient de manifester de la curiositéet d’accepter de penser autrement, par-fois dès la conception, pour pouvoir entirer parti. Ce ne sont pas les expositionsspécialisées qui vont manquer encorecette année comme BLECH à Stuttgart,TOLEXPO en France ou tout simplementl’EMO de Hanovre. Tous renseignementssur www.trametal.com ❑

Fig. 9 - Ce schéma montrebien la différence de natureentre un faisceau laserfocalisé et un faisceauguidé par jet d’eau(document Synova)

Fig. 10 - Sur ce dessin la“coupe” de la matière par un

faisceau laser classique estfigurée avec les effets

thermiques et les particulesen fusion projetées

(document Synova).

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Fig. 11 - La découpe au laserMicrojet chauffe beaucoup moins la

pièce et les particules froides sontentraînées par le flux d’eau ou

restent dans la couche d’eau sur lapièce. Remarquons que, dans tous

les cas, il y a un phénomène deretard de coupe par rapport à l’axe

du faisceau ou du jet.