Wasserstrahlschneiden mit DeSta::Microcut

Wasserstrahlschneiden – produktive Ergänzung zum Laserschweißen

Wasserstrahlschneiden ermöglicht präzise Schnitte ohne Wärmeeintrag für eine große Vielfalt an Materialien. Die Schneidtechnik vermeidet Materialverhärtung und erzeugt nahezu gratfreie Schnitte. Wasserstrahlschneiden durchtrennt wärmeempfindliche Werkstoffe sowie dicke Materialien mit hoher Schnittqualität. Für Werkstücke mit Materialstärken von 0,05 bis 40,00 mm können dabei Toleranzen von bis zu ±0,01 mm erreicht werden. So wie das Wasserstrahlschneiden ermöglicht auch das Laserschweißen eine überaus effiziente und hochpräzise Bearbeitung. Für einige Anwendungen ist die Kombination beider Dienstleistungen optimal. Laserschweißen von BLS Lasertechnology und Wasserstrahlschneiden durch das Schwesterunternehmen DeSta::Microcut: Zwei starke Dienstleister mit Synergieeffekt.

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Funktionsweise von Wasserstrahlschneiden

Wasserstrahlschneiden ist eine Schneidtechnik, bei der ein hochenergetischer Wasserstrahl – auch als Waterjet bezeichnet – Materialien präzise durchtrennt. Meist versetzt man das unter hohen Druck gesetzte Wasser mit einem Abrasivmittel, um die Schneidleistung deutlich zu erhöhen. Der durch eine Düse austretende Wasserstrahl ist mit seiner hohen Geschwindigkeit in der Lage, nahezu jedes beliebige Material zu durchtrennen. Auch harte Materialien wie Keramik oder gesintertes Hartmetall lassen sich so präzise schneiden.

Das Prinzip von Wasserstrahlschneiden basiert auf folgenden Komponenten:

Hochdruckpumpe: Eine Hochleistungspumpe sorgt für den benötigten Wasserdruck von bis zu 6.000 bar. Als Pumpsystem sind Verstärkerpumpen oder Direktantriebspumpen üblich.
Mischkammer: In der Mischkammer erfolgt die gleichmäßige Durchmischung von Abrasivmittel und Wasser.
Düse: Die Düse mit feinem Durchmesser bündelt den Wasserstrahl. Sie unterliegt einem hohen Verschleiß, da in der Düse der statische Druck in kinetische Bewegungsenergie umgesetzt wird.
Materialaufnahme: Das zu schneidende Material wird in der Materialaufnahme befestigt und entsprechend ausgerichtet.
CNC-Steuerung: Die Bewegung des Schneidkopfes wird durch die Maschine präzise auf Grundlage der CAD-Daten und der Schneidstrategie gesteuert.

Die Hochdruckpumpe, die das Wasser auf bis zu 6.000 bar komprimiert, sowie die Schneiddüse, durch die das Wasser gepresst wird, sind Kernelemente der Wasserstrahlschneidanlage. Das verwendete Wasser muss sauber und filtriert sein, um einen stabilen Schneidprozess zu ermöglichen. Insbesondere im Bereich der Schneiddüse entfalten sich sehr große Kräfte. Daher kommen besonders harte Materialien wie beispielsweise Saphir oder Diamant darin zum Einsatz. Für das Abrasivmittel, das dem Wasserstrahl beigefügt wird, kommt häufig Granatsand zur Verwendung.

Präzision beim Wasserstrahlschneiden

Wasserstrahlschneiden ist eine präzise Schneidtechnik und kommt demzufolge in vielen Branchen als bewährtes und materialschonendes Verfahren zum Einsatz. Die exakten Toleranzen hängen von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören unter anderem:

Qualität der Anlage: Die Wasserstrahlschneidanlage mit einer spezifischen Komponentenkonfiguration und der jeweilige Zustand der Komponenten haben wesentlichen Einfluss auf die erzielten Genauigkeiten.
Materialhärte: Das Schneiden besonders harter oder weicher Materialien kann die Präzision beeinträchtigen.
Materialdicke: Dünnere Materialien lassen sich meist mit engeren Toleranzen schneiden.
Verfügbares Know-how: Das Wissen und die Erfahrung der Mitarbeiter sind entscheidend, um die physikalischen und technischen Grenzen für hochwertige Ergebnisse ausloten zu können.

Das hochpräzise und zuverlässige Schneidverfahren wird von unserem Schwesterunternehmen DeSta::Microcut mit einer Schnittgenauigkeit von bis zu ±0,01 mm in Abhängigkeit von Material und Materialstärke geleistet. Das Verfahren zeichnet sich durch minimalen Wärmeeintrag aus. Damit ist der Einfluss auf die Materialstruktur gering. Die Schnittkanten sind glatt und nahezu gratfrei. Die schonende Schneidtechnologie durchtrennt auch Materialien in hoher Präzision, die empfindlich auf Wärme reagieren. Zur Verarbeitung kommen Werkstücke mit Materialstärken von 0,05 bis 40,00 mm sowie maximalen Abmessungen von 2.000 x 1.000 mm. Wasserstrahlschneiden ist für die wirtschaftliche Fertigung von Prototypen und Serien hervorragend geeignet.

Was sollte ich sonst noch über Wasserstrahlschneiden bei DeSta::Microcut wissen?

DeSta::Microcut ist Ihr Dienstleister für Mikro-Wasserstrahlschneiden und Laserschneiden. Das Team mit langjähriger Erfahrung und umfassendem Know-how stellt die zuverlässige Fertigung von Präzisionswerkstücken in hochwertiger Qualität sicher und ist stolz auf die Fähigkeit, die technisch und wirtschaftlich optimale Lösung für komplexe Herausforderungen zu finden. DeSta::Microcut bietet Ihnen zusätzlich ein breites Spektrum an nachgelagerten Prozessen wie Fräsen, Biegen, Laserbeschriftung und Oberflächenveredelungen.

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Vorteile von Wasserstrahlschneiden

Die Schneidtechnik ist ein universell einsetzbares Verfahren, das den Werkstoff zuverlässig und schonend durchtrennt. Relevante Vorteile von Wasserstrahlschneiden sind zusammenfassend vor allem:

Vielseitigkeit: Eignung für nahezu alle Materialien von Metallen über Kunststoffe bis hin zu Keramik und Naturstein.
Präzision: Das Verfahren schneidet auch komplexe Geometrien unter Einhaltung enger Toleranzen und zeichnet sich durch eine hohe Wiederholgenauigkeit aus.
Materialschonend: Der Wärmeeintrag ist beim Wasserstrahlschneiden minimal, es kommt weder zu Verzug noch zu Verhärtung oder Verfärbung.
Saubere Schnitte: Die vom Wasserstrahl erzeugten Schnittkanten sind sauber und nahezu gratfrei. Eine Nachbearbeitung ist damit nicht zwingend nötig.
Umweltfreundlichkeit: Die kalte Schneidtechnik erzeugt weder schädliche Dämpfe noch Gase. Die Lärm- und Staubbelastung ist im Vergleich zu anderen Verfahren geringer.
Kosteneffizienz: Die Schneidtechnik ist für viele Materialien und Materialstärken wirtschaftlich und kosteneffizient.

So wie jede Schneidtechnik hat Wasserstrahlschneiden auch einige spezifische Nachteile:

Verschleiß: Das im Wasserstrahl enthaltene Abrasivmittel bedingt für alle strahlführenden Komponenten Verschleiß. Davon sind insbesondere die Schneiddüse und das Fokusrohr betroffen.
Kosten des Abrasivmittels: Für das Schneiden harter Materialien wird eine größere Menge an Abrasivmittel benötigt. Dies kann zu höheren Kosten führen.
Feuchtigkeit: Die Werkstücke werden bei der Bearbeitung nass. Beim Verarbeiten von Elektronik-Komponenten und für korrodierende Materialien sind daher besondere Vorkehrungen notwendig.
Vorschubgeschwindigkeit: Die Schnittgeschwindigkeit des Wasserstrahls kann im Vergleich zum Laserschneiden geringer sein.
Einschränkungen bei besonders dünnen Materialien: Ist das Material zu dünn, kann es zu Ausfransungen kommen.

Wasserstrahlschneiden – kalte Schneidtechnik für eine Vielzahl von Materialien

Die Vielfalt von Werkstoffen, die sich mit Wasserstrahlschneiden in hoher Präzision und Qualität kalt und nahezu gratfrei schneiden lassen, ist beeindruckend. Eine Übersicht:

Metalle und Metalllegierungen

Stahl und Stahllegierungen wie Baustahl, Edelstahl, Werkzeugstahl, Einsatzstahl, CNS-Legierungen
Buntmetalle wie Kupfer sowie Kupferlegierungen, Messing, Bronze
Edelmetalle wie Gold, Silber, Platin
Hochtemperaturlegierungen auf Basis von Iridium, Rhodium, Wolfram
Weitere Nichteisenmetalle wie Aluminium, Magnesium, Nickel, Tantal, Zinn, Zink, Titan, Inconel (Nickelbasislegierungen)
Vollhartmetalle, Bi-Metalle sowie Strukturwerkstoffe

Faserverbundwerkstoffe

Glaserfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK), Sonstige Composites
Verbundwerkstoffe

Kunststoffe

Thermoplaste: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethylenterephthalat (PET)
Duroplaste: Phenolharz, Melaminharz, Epoxidharz, Harnstoffharz, Polyesterharz, Diallylphthalat (DAP), Silikonharz
Elastomere: Polyurethan (PU), Kautschuke
Polymethylmethacrylat – PMMA (‘Plexiglas’): Altuglas, Oroglas, Lucite
Schaumstoffe wie Weichschaumstoffe, Hartschaumstoffe, Dämm- & Isolierwerkstoffe, Forex® (PVC-Hartschaumplatten)
Dichtwerkstoffe wie PTFE, beschichtete Werkstoffe
Sonstige: Polychloropren (Neopren), Silikone

Nichtmetallische anorganische Materialien

Keramiken & Glas
Natur- & Kunststein: Stein, Granit, Marmor, Feinsteinzeug, Quarz, Edelstein
Sonstige Materialien wie Silizium, Grafit und Glimmer

Druck beim Wasserstrahlschneiden

Beim Wasserstrahlschneiden wird Wasser unter hohen Druck gesetzt. Der Druck, mit dem der Wasserstrahl durch die Schneiddüse gepresst wird, liegt dabei in der Regel zwischen 2.000 und 6.000 bar (30.000 bis 90.000 psi). Der enorme Druck beschleunigt den Wassersstrahl beim Austritt aus der Schneiddüse auf Überschallgeschwindigkeit. Der erzeugte Strahl ist fein und energiereich.

Der Druck, mit dem der Wasserstrahl erzeugt wird, ist ein wichtiger Prozessparameter für das Wasserstrahlschneiden. Er beeinflusst das Ergebnis maßgeblich:
Schnittgeschwindigkeit: Eine Erhöhung des Drucks ermöglicht in der Regel eine höhere Schnittgeschwindigkeit. Wird das Material schneller durchtrennt, so lässt sich die Produktionszeit reduzieren.
Schnittqualität / Oberflächengüte des Schnitts: Wird der Druck zu niedrig gewählt, kann dies zu unsauberen Kanten führen. Ein zu hoher Druck kann eine übermäßige Gratbildung verursachen bzw. eine Aufrauhung der Schnittfläche bedingen. Optimal gewählter Druck sorgt für saubere, glatte und präzise Schnittkanten.
Materialdicke und -art: Je dicker und härter ein Material ist, desto mehr Druck muss allgemein aufgebracht werden. Weichere Materialien lassen sich dagegen oft mit geringerem Druck schneiden. Demnach ist es erforderlich den Druck an den spezifischen Anwendungsfall anzupassen.
Abrasivmittel: Speziell beim Schneiden harter Materialien sorgt ein höherer Druck für eine höhere kinetische Energie der Abrasivpartikel und damit eine höhere Schneidleistung. Dieser Effekt hat insbesondere für Materialien wie Metalle, Keramik oder Verbundwerkstoffe Bedeutung.

Wasserstrahlschneiden und Laserschweißen – produktive Ergänzung

Wasserstrahlschneiden und Laserschweißen sind zwei leistungsfähige und unverzichtbare Bearbeitungsmethoden in der modernen Fertigungsindustrie. Für viele Anwendungen lassen sich beide Dienstleistungen sinnvoll miteinander kombinieren. Genau dies machen BLS Lasertechnology und DeSta::Microcut gemeinsam möglich, indem BLS Lasertechnology das Laserschweißen und sein Schwesterunternehmen DeSta::Microcut das Wasserstrahlschneiden leistet.

Der wesentliche Vorteil von Wasserstrahlschneiden ist die kalte Bearbeitung. Im Unterschied zu thermischen Schneidverfahren generiert der Wasserstrahl keine Hitze im Material. Verformungen, Veränderungen der Materialstruktur und Mikrorisse sowie die Ausbildung einer Wärmeeinflusszone werden dadurch auf ein Minimum reduziert. Das Ergebnis sind saubere und nahezu gratfreie Kanten ohne thermische Schäden. Die kalte Bearbeitung ist nicht nur bei hitzeempfindlichen Materialien entscheidend, sondern auch wenn die Materialintegrität für spätere Fertigungsschritte zwingend erforderlich ist. Die feine Schnittfläche vereinfacht den Schweißprozess und ermöglicht eine hohe Qualität der Schweißnaht. Wasserstrahlschneiden ist zudem ein Verfahren, mit dem sich eine Vielzahl von Materialien und Dicken zuverlässig schneiden lassen.

Laserschweißen besticht durch hohe Präzision und schnelle Schweißgeschwindigkeiten. Der Wärmeeintrag ist im Vergleich zu anderen Verfahren gering. Die erzeugten Schweißnähte sind schmal und tief bei gleichzeitig minimaler Verformung. Damit ist Laserschweißen hervorragend für komplizierte Bauteile und das Fügen unterschiedlicher Materialien geeignet.