Quelle coupe est la meilleure, à l'eau ou au laser ?

Découpe laser et découpe jet d'eau : deux belles technologies qui vont bien ensemble ? Ou mieux quand ils jouent en solo ? Comme toujours, la réponse est que cela dépend du travail qui se présente à l'atelier, des matériaux qui sont traités le plus souvent, des niveaux de compétence des opérateurs et, finalement, du budget d'équipement disponible.

La réponse courte, selon une enquête auprès des principaux fournisseurs pour chaque type de système, est que le jet d'eau est moins cher et beaucoup plus polyvalent que le laser en termes de matériaux qu'il peut couper. De la mousse à la nourriture, les jets d'eau font preuve d'un degré de flexibilité exceptionnel. Les lasers, quant à eux, offrent une vitesse et une précision inégalées lors de la production de gros volumes de métaux plus minces jusqu'à 1" (25,4 mm) d'épaisseur.

En termes de coûts d'exploitation, les systèmes à jet d'eau consomment des matériaux abrasifs et nécessitent des reconstructions de pompe. Les lasers à fibre coûtent plus cher au départ, mais sont moins coûteux à exploiter que leurs anciens cousins ​​au CO2 ; ils peuvent également nécessiter plus de formation de l'opérateur (bien que les interfaces de contrôle contemporaines raccourcissent la courbe d'apprentissage). L'abrasif de loin le plus couramment utilisé avec le jet d'eau est le grenat ; dans les très rares cas où quelque chose de plus abrasif comme l'oxyde d'aluminium est utilisé, les tubes mélangeurs et les buses subissent plus d'usure. En utilisant du grenat, les composants du jet d'eau peuvent couper pendant 125 heures ; ils pourraient ne durer qu'environ 30 heures avec de l'oxyde d'aluminium.

En fin de compte, les deux technologies doivent être considérées comme complémentaires, selon Dustin Diehl, chef de produit de la division laser pour Amada America Inc., Buena Park, Californie.

"Lorsqu'un client dispose des deux technologies, il dispose d'une flexibilité considérable quant à ce qu'il peut proposer", a expliqué Diehl. "Ils peuvent soumissionner pour n'importe quel type de travail car ils disposent de ces deux outils différents mais similaires et peuvent soumissionner pour l'ensemble du package."

Par exemple, un client Amada avec les deux types de systèmes effectue le masquage sur un laser. "Juste à côté de la presse plieuse se trouve un jet d'eau qui découpe un matériau isolant résistant à la chaleur", a déclaré Diehl. "Dès que la feuille est pliée, ils placent l'isolant, le plient à nouveau et exécutent un ourlet ou un joint. C'est une petite chaîne de montage soignée."

Dans d'autres cas, a poursuivi Diehl, les magasins indiquent qu'ils aimeraient acquérir un système de découpe au laser mais estiment qu'ils ne prennent pas en compte le volume de travail pour justifier la dépense. "Si vous allez fabriquer une centaine de pièces et que cela vous prend toute la journée pour le faire, nous leur demandons de regarder le laser. Nous pouvons réaliser une application de tôlerie en quelques minutes, pas en heures."

Après avoir dirigé une boutique comprenant environ 14 lasers et un jet d'eau, le spécialiste des applications Tim Holcomb d'OMAX Corp. Kent, Washington, s'est souvenu d'une affiche qu'il avait vue il y a des années dans une entreprise qui utilisait des lasers, des jets d'eau et des électroérosions à fil. L'affiche énumérait les matériaux et les épaisseurs que chaque type de machine pouvait gérer au mieux, la liste du jet d'eau éclipsant les autres.

En fin de compte, "j'ai vu des lasers essayer de rivaliser dans le monde du jet d'eau, et vice-versa, et ils ne gagneront pas en dehors de leurs créneaux respectifs", a expliqué Holcomb. Il a également noté que, comme le jet d'eau est un système de découpe à froid, "nous pouvons exploiter davantage d'applications médicales ou de défense car nous n'avons pas de zone affectée par la chaleur (HAZ) - nous sommes la technologie des microjets". Les buses Minijet et la découpe au microjet "décollent vraiment pour nous".

Alors que les lasers dominent dans la découpe des aciers ferreux doux, la technologie jet d'eau « est vraiment le couteau suisse de l'industrie des machines-outils », a affirmé Tim Fabian, vice-président du marketing et de la gestion des produits chez Flow International Corp., Kent, Washington, membre du groupe Shape Technologies. Elle compte parmi ses clients Joe Gibbs Racing.

"Si vous y réfléchissez, un constructeur de voitures de course comme Joe Gibbs Racing aurait moins d'occasions d'utiliser une machine laser car il découpe souvent des quantités limitées de pièces dans de nombreux matériaux différents, notamment le titane, l'aluminium et la fibre de carbone", a expliqué Fabian. "L'un des besoins qu'ils nous ont expliqués était que les machines qu'ils utilisent doivent être super faciles à programmer. Il y a des moments où un opérateur peut fabriquer une pièce en aluminium de ¼" [6,35 mm] et l'installer sur une voiture de course, mais décide ensuite que la pièce doit être en titane, un morceau de fibre de carbone plus épais ou un morceau d'aluminium plus mince.

Sur les centres d'usinage CNC traditionnels, a-t-il poursuivi, "ces types de changements sont assez importants". Essayer de changer de vitesse comme ça d'un matériau à l'autre et d'une pièce à l'autre signifie changer les outils, les vitesses de rotation de la broche, les vitesses d'alimentation et les programmes.

"L'une des choses sur lesquelles ils nous poussent vraiment avec le jet d'eau est de créer des bibliothèques de différents matériaux qu'ils utilisent. Tout ce qu'ils ont à faire est d'effectuer quelques clics de souris qui leur permettent de passer de l'aluminium ¼" à la fibre de carbone ½" [12,7 mm] ", a poursuivi Fabian. "En cliquant à nouveau sur la souris, ils passent de ½" de fibre de carbone à 1/8" [3,18 mm] de titane." Joe Gibbs Racing "utilise beaucoup d'alliages exotiques et des choses que vous ne voyez pas toujours utiliser par votre client moyen. Nous passons donc beaucoup de temps à aider à créer des bibliothèques avec ces matériaux avancés en coopération avec eux. Nous avons des centaines de matériaux dans notre base de données, et il existe un processus simple où un client peut ajouter à ses propres matériaux uniques et élargir encore cette base de données. "

SpaceX d'Elon Musk est un autre utilisateur haut de gamme des jets d'eau Flow. "Nous avons un certain nombre de machines chez SpaceX pour fabriquer des pièces de fusée", a déclaré Fabian. Blue Origin, un autre fabricant d'exploration aérospatiale, utilise également des machines Flow. "Ils ne font pas 10 000 de quoi que ce soit; ils font un de ceux-ci, cinq de ceux-là, quatre de quelque chose d'autre."

Pour les ateliers typiques, "chaque fois que vous avez un travail et que vous avez besoin de 5 000 de quelque chose en acier ¼", un laser sera difficile à battre", a noté Fabian. "Mais si vous avez besoin de deux pièces en acier, trois pièces en aluminium ou quatre pièces en nylon, vous n'envisagerez probablement pas un laser plutôt qu'un jet d'eau. Avec un jet d'eau, vous pouvez couper n'importe quoi, de l'acier de faible épaisseur jusqu'à 6" à 8" [15,24 à 20,32 cm] d'épaisseur de métal."

Avec des divisions laser et machines-outils sous son égide, Trumpf a clairement planté ses pieds dans les mondes du laser et de la CNC traditionnelle.

Dans la fenêtre étroite dans laquelle le jet d'eau et le laser sont les plus susceptibles de se chevaucher - les métaux d'un peu plus de 1" [25,4 mm] d'épaisseur - le jet d'eau tient le bord clair.

"Pour les métaux très, très épais - 1,5" [38,1 mm] et plus - un jet d'eau vous donnera non seulement une meilleure qualité, mais le laser peut ne pas être en mesure de traiter le métal ", selon Brett Thompson, responsable des technologies laser et du conseil en vente. Ensuite, le fossé est clair : les non-métaux sont susceptibles d'être traités au jet d'eau, tandis que pour tout métal de 1" d'épaisseur ou moins, "un laser est une évidence. Le laser coupera beaucoup, beaucoup plus rapidement, en particulier parmi les matériaux plus fins et/ou plus durs - pour exemple, l'acier inoxydable par rapport à l'aluminium."

Avec la finition des pièces, en particulier la qualité des bords, l'avantage revient au jet d'eau car les matériaux deviennent plus épais et l'apport de chaleur devient un facteur.

"Cela peut être un endroit où un jet d'eau peut avoir un avantage", a reconnu Thompson. "La gamme d'épaisseurs et de matériaux dépasse celle d'un laser avec moins de zone affectée par la chaleur. Bien que le traitement soit plus lent que le laser, les jets d'eau donneront également une qualité de bord toujours agréable. Vous aurez également tendance à avoir une très bonne perpendicularité avec un jet d'eau, même à des épaisseurs comptées en pouces, et le tout sans bavure à craindre."

L'avantage de l'automatisation revient au laser en termes d'intégration dans des lignes de production étendues, a ajouté Thompson.

"Avec un laser, une intégration complète est possible : chargez le matériau d'un côté, et de l'autre côté d'un système de découpe et de pliage intégré, vous aurez une pièce coupée et pliée finie. Un jet d'eau serait probablement encore un mauvais choix dans un tel scénario, même s'il existait un bon système de gestion des matériaux, car les pièces sont coupées beaucoup plus lentement et, évidemment, vous devrez gérer l'eau."

Thompson a affirmé que les lasers sont moins coûteux à exploiter et à entretenir, car "les consommables utilisés sont relativement limités, en particulier avec les lasers à fibre". Cependant, "les frais généraux globaux d'un jet d'eau ont le potentiel d'être inférieurs en raison de la dynamique plus faible de la machine et de sa relative simplicité. Cela dépend vraiment de la qualité de la conception et de l'entretien de l'un ou l'autre des équipements."

Lorsque Holcomb d'OMAX dirigeait un magasin dans les années 1990, se souvient-il, "chaque fois qu'une pièce ou un plan tombait sur ma table, ma première pensée était:" puis-je le faire au laser? Mais avant que je ne m'en rende compte, nous recevions de plus en plus de projets exclusivement pour le jet d'eau. Il s'agissait de matériaux plus épais et de certains types de pièces, car avec la zone affectée par la chaleur du laser, nous ne pouvons pas entrer dans un coin très serré ; cela ferait sauter le coin, donc nous nous pencherions vers le jet d'eau - et c'est même avec des épaisseurs de matériau que le laser ferait normalement. "

Et tandis que les feuilles simples étaient plus rapides sur le laser, les feuilles empilées jusqu'à quatre étaient plus rapides sur le jet d'eau.

"Si je dois couper des cercles de 3" sur 1" [76,2 sur 25,4 mm] dans de l'acier doux de ¼" [6,35 mm], je préférerais probablement le laser en raison de sa vitesse et de sa précision. La finition - le profil de la coupe latérale - va être plus une finition vitreuse, très lisse."

Mais pour que le laser fonctionne à ce niveau de précision, a-t-il ajouté, "il fallait être un expert des fréquences et des puissances. Nous étions très bons dans ce domaine, mais il fallait composer très serré ; avec un jet d'eau, c'est la première fois, premier essai. Maintenant, nous avons un système de CAO intégré à toutes nos machines. Je peux concevoir une pièce directement sur la machine." Cela est pratique pour le prototypage, a-t-il ajouté. "Je peux programmer directement sur le jet d'eau et modifier les épaisseurs de matériau et les réglages beaucoup plus facilement." Et la configuration et le changement de travail "sont comparables ; j'ai vu des changements sur un jet d'eau très similaires à un laser".

Désormais, pour les petits travaux, le prototypage ou les utilisations éducatives, même pour un magasin de loisirs ou un garage, le ProtoMAX d'OMAX est équipé d'une pompe et d'une table de découpe sur roulettes pour un déplacement facile. Le matériau de travail est immergé sous l'eau pour une coupe silencieuse.

En ce qui concerne la maintenance, "généralement, je peux former quelqu'un au jet d'eau en un jour ou deux et l'envoyer dans la nature assez rapidement", a affirmé Holcomb.

Les pompes EnduroMAX d'OMAX sont conçues pour utiliser moins d'eau et permettre des reconstructions rapides. La version actuelle comporte trois joints dynamiques. "Je dis toujours aux gens d'être méticuleux dans l'entretien de n'importe quelle pompe, pas seulement la mienne. C'est une pompe à haute pression, alors prenez votre temps et formez-vous correctement."

Pour Diehl d'Amada, le jet d'eau et le laser peuvent en effet être utilisés de manière complémentaire.

"Le jet d'eau est un excellent tremplin pour se lancer dans le découpage et la fabrication, et peut-être que votre prochain mouvement sera un laser", a-t-il suggéré. "Cela amène les gens à découper des pièces. Et les presses plieuses sont assez abordables, ils peuvent donc les couper et les plier. Dans un environnement de production, vous vous pencherez probablement sur le laser."

Alors que les lasers à fibre offrent la flexibilité de couper des non-aciers (cuivre, laiton, titane), le jet d'eau permet de couper le matériau des joints et les plastiques grâce à l'absence de HAZ.

L'utilisation de la génération actuelle de systèmes de découpe laser à fibre est "si intuitive maintenant que la production est dictée par le programme", a déclaré Diehl. "Les opérateurs ne font que charger les pièces et démarrer. Je venais d'ateliers où, à l'époque du CO2, lorsque l'optique commençait à vieillir et à se détériorer et que la qualité de coupe en pâtissait, vous étiez considéré comme un bon opérateur si vous pouviez diagnostiquer ces problèmes. ."

Diehl estime qu'un système laser à fibre typique peut fonctionner à 2 à 3 dollars de l'heure, contre environ 50 à 75 dollars de l'heure pour le jet d'eau, en tenant compte de la consommation d'abrasifs (par exemple, le grenat) et des reconstructions de pompe programmées.

Avec des systèmes de découpe laser de plus en plus puissants, ils constituent de plus en plus une alternative au jet d'eau dans un matériau comme l'aluminium.

"Auparavant, avec de l'aluminium épais, le jet d'eau avait [l'] avantage", a expliqué Diehl. "Les lasers n'avaient pas le pouvoir de traverser quelque chose comme 1" d'aluminium. Nous n'avons pas gâché ce monde pendant longtemps dans le monde du laser, mais maintenant, avec les fibres à puissance plus élevée et les progrès de la technologie laser, l'aluminium 1" n'est plus un problème. Si vous faisiez la comparaison des coûts, il pourrait être moins cher sur le jet d'eau pour l'investissement initial sur la machine. Le laser peut couper 10 fois plus de pièces, mais vous devrez être dans cet environnement de volume pour compenser ce coût. jet d'eau, mais certainement pas dans un environnement de production. Si vous êtes dans n'importe quel type d'environnement où vous devez exécuter des centaines ou des milliers de pièces, ce n'est pas une application jet d'eau.

Illustrant l'augmentation des puissances laser disponibles, la technologie ENSIS d'Amada culmine à 12 kW, contre 2 kW lors de son introduction en 2013. À l'autre bout de l'échelle, la machine VENTIS d'Amada, lancée à Fabtech 2019, permet une plus grande variété de traitements de matériaux grâce à un faisceau qui se déplace dans le diamètre de la buse.

"Nous pouvons exécuter différentes techniques avec des mouvements de va-et-vient, de haut en bas, d'un côté à l'autre ou en huit", a déclaré Diehl à propos du VENTIS. "Ce que nous avons appris de la technologie ENSIS, c'est que chaque matériau a un point idéal, une façon dont il aime être coupé. Nous l'avons fait avec différents types de mode et de mise en forme du faisceau. Avec le VENTIS, nous pouvons aller et venir presque comme une scie ; lorsque la tête bouge, le faisceau va et vient, de sorte que vous obtenez des stries très douces, une excellente qualité de bord et parfois des augmentations de vitesse."

Dans la même veine que le système à jet d'eau ProtoMAX à faible encombrement d'OMAX, Amada prépare un "système de fibre à très faible encombrement" pour les petits ateliers ou les "ateliers de prototypes de R&D qui ne veulent pas pénétrer dans leur département de production alors qu'ils ont juste besoin de prototyper certaines pièces".

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