La découpe au jet d’eau

Les chercheurs d’or se servaient déjà de la puissance de l’eau sous pression pour ouvrir la terre et trouver ce métal précieux au XVIIIème siècle. Munies de pompe à haute pression jusqu’à 6000 bar, les machines de découpe au jet d’eau industrielles ont peu de chose à voir avec ce mode d’utilisation très empirique. Le principe reste pourtant le même. Une pompe à haute pression envoie de l’eau dans un tuyau flexible vers une buse d’injection mobile de manière précise, afin de découper la matière.

Le déplacement de la buse peut être assuré par une machine à portique en 3 ou 5 axes, aussi bien que par un robot polyarticulé multiaxe, afin d’assurer la découpe de matières tendres jusqu’à très dures. Les matières tendres comme les tissus, les viandes, les produits congelés ou les matières plastiques et composites peuvent être découpées avec de l’eau pure.

L’injection de l’eau est alors relativement simple, la buse d’injection n’assurant que le dimensionnement du jet. Pour les matières plus dures, comme l’aluminium, les aciers, la pierre ou le verre non trempé, le vecteur de découpe est en réalité composé du jet d’eau haute pression servant de porteur à un abrasif à base de grains de silice (sable) calibrés. Injecté juste avant la buse, l’abrasif vient entourer le jet d’eau, qui le porte à une vitesse supersonique comprise entre 600 et 900 m/s, selon la puissance de la pompe.

Le jet d’eau abrasif devient ainsi une sorte de meule filaire, capable de couper les matières les plus dures, jusqu’au verre non trempé. Les fortes tensions du verre trempé le font casser immédiatement au contact du jet d’eau abrasif. Sertie d’un saphir ou d’un diamant industriel, le diamètre de la buse d’injection définit le diamètre de coupe, compris entre 0,2 et 0, 6mm.

Précision relative et coupe froide

Le positionnement du jet d’eau est ajusté au plus près de la surface de la pièce à découper, afin de limiter les effets perturbants. Son déplacement pour assurer le parcours de découpe est mis en œuvre le plus couramment par des machines à portique, disposant d’une ou plusieurs têtes de découpe, avec des mouvements en 3, 4 ou 5 axes. Ces machines découpent généralement des tôles, mais peuvent aussi découper des pièces dans la masse, jusqu’à une épaisseur de 300mm. Plus la pièce à découper est épaisse, plus la surface de coupe présente un bord de fuite important, la dépouille, en fonction de la vitesse d’avance. Cette dépouille constitue un handicap dès qu’il est question de découper des formes, par le fort ralentissement de la vitesse d’avance nécessaire à la diminution de cette dépouille dans les courbes. A contrario, la découpe au jet d’eau présente le grand avantage de ne pas affecter thermiquement la zone découpée, car c’est une coupe froide. Les matériaux métalliques, notamment, ne se déforment donc pas. C’est un avantage souvent décisif par rapport à la découpe laser ou plasma.

Les machines de découpe au jet d’eau abrasif utilisent une pression généralement comprise entre 4000 et 6000 bar. Le constructeur français LDSA propose depuis 2017 une machine de découpe sur portique à 5 axes travaillant à 6200 bar, avec 1 à 6 têtes de découpe en 5 axes, travaillant en simultanée ou indépendamment. Les principaux constructeurs de machines de découpe au jet d’eau sont Bystronic, Flow, KMT Waterjet (pompes HP), LDSA, Spark & Co, STM. Par ailleurs, Axiome, intégrateur français de robots, s’est notamment spécialisé dans la découpe au jet d’eau sur robot polyarticulé. La découpe sur pièces mises en forme peut ainsi être réalisée avec précision.