Wasserstrahlschneiden: wie kann komplexeren Bedürfnissen entsprochen werden?

Durch die große Vielfalt an zu schneidender Rohstoffe wird Wasserstrahlschneiden branchenübergreifend in zahlreichen Industriezweigen angewandt: Metalle (Stahl, Edelstahl, Titan...), Komposite, Leder, Textilien, Karton, Holz, Schaumstoffe, Kunststoffe, Stein, Granit, Marmor, Glas... und selbst Lebensmittel wie Früchte, Fleisch und Backwaren! Aus diesem Grund variieren die industriellen Herausforderungen und Problematiken und bedürfen passender technischer Lösungen.

Beinahe alle Materialien können mit der Wasserstrahlschneidtechnik mit unterschiedlichen Vorteilen geschnitten werden:

• Für Anwendungen im lebensmittelverarbeitenden Bereich, bedarf es in erster Linie eines Wasserstrahlschnitts, der die zu schneidenden Produkte nicht verschmutzt oder kontaminiert.
   
• Für weiche Materialien erlaubt ein besonders feiner Strahl (ca. 0,1 mm Durchmesser) ein müheloses Schneiden ohne Verformungen.
   
• Für harte Materialien werden besonders häufig nachfolgende Vorteile genannt: Keine thermisch beeinflussten Bereiche um die Schnittstelle beim Schneiden von empfindlichen Materialien (anders als beim thermischen Schneiden oder Laserstrahlschmelzschneiden mit Laser). Dies erlaubt sowohl das Bewahren der kristallinen Materialstruktur, als auch feine Details (hervorstehende, spitze Winkel). Durch die Schnitttechnologie mit Abrasiv angereichertem Wasser können selbst sehr harte Materialien mit sehr feinen Details geschnitten werden, da der Wasserstrahl lediglich einen Durchmesser von 1,1 mm besitzt.

Wie werden Teile mit Wasserstrahlschnitt produziert und gleichzeitig die technischen Eigenschaften des Rohmaterials, wie beispielsweise bei Kompositmaterialien, berücksichtigt?

Wie erhalten die mit einer Wasserstrahlschneidemaschine zugeschnittenen Teile einen zusätzlichen Mehrwert?

Wie kann mit dem Wasserstrahlschneiden sehr spezifischen Anforderungen entsprochen werden?

Für diesen Artikel hat Metal-Interface Arthur Pais, den Vorsitzenden des Unternehmens Mécanuméric, und Guillaume Jullian, verantwortlich für Wasserstrahlschneidemaschinen, zum Thema befragt. Mit uns haben sie ihre Erfahrung geteilt und uns aussagekräftige Anwendungsbeispiele genannt.
 

Eine Wasserstrahlschneidemaschine mit weiteren Technologien auszustatten kann sich in einigen Situationen als nötig erweisen, um unterschiedliche Ziele zu erreichen:

• ein bestimmter Verwendungszweck eines Werkstücks, der es nötig macht eventuellen Beeinträchtigungen der Materialeigenschaften vorzubeugen,
   
• eine Produktivitätsverbesserung im Fabrikationszyklus der Werkstücke.
   

Arthur Pais erklärt am Beispiel der Werkstücke für das Flugzeug A350 von AIRBUS: „Es handelt sich um Teile, die in einem thermoplastischen Karbonkomposit zugeschnitten werden müssen: es bestand eine hohe Gefahr von Delamination der unterschiedlichen Materialschichten, selbst bei einer Verwendung von einer Niedrigdruckwasserstrahlschneidemaschine. Um ein Werkstück zu garantieren, dessen Qualitäten in Hinblick auf Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit gewahrt bleiben, wird zunächst mit einer in der Maschine integrierten Bohrspindel ein Loch gemacht. Das Zuschneiden mit dem Wasserstrahl wird anschließend tangential durchgeführt und nicht als Volleingriff.“

Diese technologischen Erweiterungen können ebenfalls eine interessante Lösung darstellen, um die Produktivität zu verbessern, indem u. a. die Transfers eines Werkstücks von einer Produktionsstelle auf eine andere begrenzt werden können.

Zur besseren Veranschaulichung nennt Guillaume Jullian drei Beispiele:

• „Ein Industriewerk wird mit einer Maschinenkombination ausgestattet. Es handelt sich dabei in Wirklichkeit um eine Wasserstrahlschneidemaschine an die eine Frässpindel und ein Werkzeugmagazin für das Ausführen von kalibrierten Löchern angebracht wurden.
  
  
• Ein anderes Industriewerk bietet automatische Etikettierung von Werkstücken direkt auf der Wasserstrahlschneidemaschine (Rückverfolgbarkeit, Optimierung der Materialreste und des Materialverbrauchs durch simultanes Mischen unterschiedlicher Aufträge und Kennzeichnung der Werkstücke auf der Baustelle). Es handelt sich um viele ergänzende Vorgänge, die den so produzierten Werkstücken einen weiteren Mehrwert bieten.
   
• In einem anderen Fall führt ein in die Wasserstrahlschneidemaschine integrierter Roboter einen Teil der Schneidevorgänge aus, indem er die zu schneidenden Werkstücke unter die Wasserstrahlköpfe bringt  und anschließend alle weiteren Handhabungsaufgaben der Werkstücke und Werkzeuge vollautomatisch ausführt.“

Für diese Anwendung von multitechnologischen Wasserstrahlschneidemaschinen ist der Maschinenanbieter-Support von großer Wichtigkeit, denn er muss die Lösungen auf den Kunden maßschneidern. Aus diesem Grund sollte er Hersteller sein und über ein multitechnologisches Ingenieursbüro, sowie über ein Team an Technikern verfügen, die den nötigen technischen Support bieten und über gute Kenntnisse der Wasserstrahltechniken und ergänzender Technologien verfügen.
 

Die Entwicklung und Herstellung von Wasserstrahlschneidemaschinen kann weit über die einfache individuelle Anpassung oder das Hinzufügen von einer weiteren Technologie-Schicht hinausgehen. Das Ziel beim Herstellen einer Maschine nach Maß ist eine individuelle Lösung für das Problem des Industriewerks zu bieten, wenn die standardisierten Lösungen im Bereich Wasserstrahlschneidemaschinen keine optimalen Ergebnisse liefern.

Arthur Pais und Guillaume Jullian nennen das Beispiel eines Wasserstrahlschneideprojekts, das auf ganz spezifische Art und Weise auf die Bedürfnisse eines Lebensmittelherstellers zugeschnitten:

• „2018 haben wir eine Wasserstrahlschneidemaschine für die Lebensmittelindustrie mit 20 Wasserstrahlköpfen entwickelt und produziert, mit der Früchte mit einer sehr hohen Produktivität geschnitten werden können. Es handelt sich dabei um eine Maschine, die komplett nach Maß hergestellt wurde und mit einem Industrieroboter für die Lebensmittelindustrie verbunden wurde, um auf diese Weise in jedem Punkt den Ansprüchen und Bedürfnissen der Industrie und der betroffenen, industriellen Anwendung zu entsprechen.“
   
• „In einem anderen Fall hat das Unternehmen eine Maschine für einen Chemie-/Pharmahersteller entwickelt, die in der Lage ist ein Rohprodukt herzustellen (durch Wasserverdampfung aus Holzfasermasse), es anschließend ohne Verzögerung in einer Verarbeitungslinie mit Hilfe des Wasserstrahls nach Bedarf zuzuschneiden (Stücke in unterschiedlichen Formaten), die Verschnittreste auszuschleusen und anschließend wieder zu Rohmaterial zu verarbeiten und erneut in den Verarbeitungsprozess einzuschleusen. Auf diese Weise produziert die Maschine keinerlei Abfälle und 100% des Rohmaterials wird verwendet. Um dieses Ziel zu erreichen, musste das Unternehmen die unterschiedlichen möglichen Lösungen prüfen, funktionale Modelle anfertigen, um jede Funktion der Maschine zu testen und anschließend alle Lösungen miteinander kombinieren, um die definitive Maschine zu entwickeln und herzustellen, sowie die Phase der Feineinstellungen durchzuführen.“

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass es ein interessanter Lösungsansatz sein kann mehrere Technologien in einer Wasserstrahlschneidemaschine zu kombinieren, um auf diese Weise die Produktivität der Produktionsstelle zu verbessern und / oder um den technischen Anforderungen des Materials oder der zu produzierenden Werkstücke zu entsprechen. Die Entwicklung und Herstellung einer maßgefertigten Wasserstrahlschneidemaschine ist in spezifischeren Fällen opportun, da sie es erlaubt auf pragmatische Weise bestimmte Probleme in der Industrie zu lösen.

In diesem Rahmen ist die Wahl des Entwicklers und Herstellers der Maschine von größter Bedeutung. Der Hersteller muss in der Lage sein, den gesamten Ablauf von der Entwicklung bis zur Herstellung sicherzustellen und dabei vertretbare Abzahlungskosten und eine langfristige Instandhaltung der Maschine zu garantieren.

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