Requiem voor de waterzaag

Dat water stenen kan afslijpen en uithollen is bekend, als je maar lang genoeg wacht. Maar met een waterjet is de natuur een fors handje te helpen. Een waterstraaltje van amper een millimeter dik, maar met een snelheid van twee tot drie keer de geluidssnelheid, snijdt overal dwars doorheen: leer, textiel en boterhammen. En met zanddeeltjes gemengd snijdt het zelfs titanium, keramiek en roestvrij staal tot tien centimeter dik.

‘Waterjet Cutting’ was in 2001 een nieuw onderzoeksgebied van de afdeling productietechnieken bij de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Materiaalwetenschappen (3mE), vertelt dr.ir. Marcel Tichem, wetenschappelijk medewerker bij de afdeling precision and microsystems engineering. Prof.dr.ir. Bernard Karpuchewski leidde de afdeling en trok promovendi aan, die nu hun proefschrift afronden. Maar al snel werd een koerswijziging ingezet, waarbij de nadruk op microsystemen kwam te liggen. Traditionele werktuigbouwkundige technieken, waaronder de waterjet, vielen uit de gratie, zodat Karpuchewski in 2005 naar de universiteit van Maagdenburg, Duitsland vertrok. Dr.ir. André Hoogstraate, ook bekend als Nederlands waterjetexpert, ging eind vorig jaar naar TNO in Eindhoven. Nu is zelfs een demonstratie niet meer mogelijk, want het apparaat is retour naar de leverancier.

In Nederland zijn naar schatting veertig tot vijftig watersnijders in gebruik, de meeste in zogenaamde jobshops die in opdracht van derden werken. Zo’n apparaat kost tussen 40 en 50 duizend euro en bestaat uit een hogedrukpomp (tot vierduizend atmosfeer) die via een menginstallatie voor schuurzand (van 0,1 tot 0,3 millimeter doorsnede) aan een straalpijpje gekoppeld is. De schurende waterstraal wordt gebundeld door een slijtvaste ring van diamant, saffier of een wolfraamverbinding en snijdt met een snelheid van enkele millimeters per seconde door centimeters dik staal.

“De techniek wordt veel gebruikt bij fabricage van zware onderdelen van roestvrij staal met kleine oplage”, vertelt André Hoogstraate. Hij promoveerde op een wiskundig model van het proces dat beschrijft hoe schuurzand energie opneemt van de waterjet, en die energie vervolgens omzet in de verwijdering van materiaal uit het werkstuk.

Snijdtijd

Recent onderzoek van promovendus ir. Vu Ngoc Pi bouwt verder op dit onderzoek met als doel de snijdtijd te verminderen, de kosten per meter te verlagen en de winst voor de jobshops te optimaliseren. Pi experimenteerde met duizenden verschillende combinaties van waterdruk, snijdsnelheid, deeltjesgrootte, hoeveelheid schuurmiddel en diameter van de waterjet. En met het hergebruik van schuurmiddel. Zijn conclusie: optimalisatie van het proces kan de kosten met ongeveer tien procent terugbrengen en de winstgevendheid met ongeveer twintig procent verhogen.

Zijn collega-promovendus ir. Tolga Susuzlu heeft onderzoek gedaan naar het effect van een hogere druk op het snijdproces: achtduizend atmosfeer in plaats van de gebruikelijke vierduizend. Het resultaat is wat dubbelzinnig, vertelt Hoogstraate, die het onderzoek begeleidde: “Alleen een hogere druk heeft weinig resultaat, maar het idee heeft wel potentie.” Hij legt uit dat door de hogere druk ook de verliezen in het systeem toenemen, zodat aan het einde van de straal niet veel verandert. “Het heeft wel potentie, maar dan moet de hele keten aangepast worden en niet alleen de druk.” Voordeel van een hogere druk zouden smallere sneden zijn, waarmee de snijdsnelheid verhoogd kan worden, of de snijddiepte.

Het is het laatste Delftse onderzoek over snijden met waterjets. Bij 3mE richt men zich ondertussen op microbewerkingen. “Kleiner frezen dan een tiende millimeter met 200 duizend toeren per minuut”, vertelt Marcel Tichem, “dat is ook spectaculair.”

Promotie Vu Ngoc Pi: ‘Performance Ehancement of Abrasive Waterjet Cutting’, 19 mei 2008.

Promotie Tolga Susuzlu: ‘Development and Evaluation of Ultra High Pressure Waterjet Cutting’, 19 mei 2008.

Watersnijders worden veel gebruikt bij fabricage van zware onderdelen van roestvrij staal met kleine oplage.

Dat water stenen kan afslijpen en uithollen is bekend, als je maar lang genoeg wacht. Maar met een waterjet is de natuur een fors handje te helpen. Een waterstraaltje van amper een millimeter dik, maar met een snelheid van twee tot drie keer de geluidssnelheid, snijdt overal dwars doorheen: leer, textiel en boterhammen. En met zanddeeltjes gemengd snijdt het zelfs titanium, keramiek en roestvrij staal tot tien centimeter dik.

‘Waterjet Cutting’ was in 2001 een nieuw onderzoeksgebied van de afdeling productietechnieken bij de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Materiaalwetenschappen (3mE), vertelt dr.ir. Marcel Tichem, wetenschappelijk medewerker bij de afdeling precision and microsystems engineering. Prof.dr.ir. Bernard Karpuchewski leidde de afdeling en trok promovendi aan, die nu hun proefschrift afronden. Maar al snel werd een koerswijziging ingezet, waarbij de nadruk op microsystemen kwam te liggen. Traditionele werktuigbouwkundige technieken, waaronder de waterjet, vielen uit de gratie, zodat Karpuchewski in 2005 naar de universiteit van Maagdenburg, Duitsland vertrok. Dr.ir. André Hoogstraate, ook bekend als Nederlands waterjetexpert, ging eind vorig jaar naar TNO in Eindhoven. Nu is zelfs een demonstratie niet meer mogelijk, want het apparaat is retour naar de leverancier.

In Nederland zijn naar schatting veertig tot vijftig watersnijders in gebruik, de meeste in zogenaamde jobshops die in opdracht van derden werken. Zo’n apparaat kost tussen 40 en 50 duizend euro en bestaat uit een hogedrukpomp (tot vierduizend atmosfeer) die via een menginstallatie voor schuurzand (van 0,1 tot 0,3 millimeter doorsnede) aan een straalpijpje gekoppeld is. De schurende waterstraal wordt gebundeld door een slijtvaste ring van diamant, saffier of een wolfraamverbinding en snijdt met een snelheid van enkele millimeters per seconde door centimeters dik staal.

“De techniek wordt veel gebruikt bij fabricage van zware onderdelen van roestvrij staal met kleine oplage”, vertelt André Hoogstraate. Hij promoveerde op een wiskundig model van het proces dat beschrijft hoe schuurzand energie opneemt van de waterjet, en die energie vervolgens omzet in de verwijdering van materiaal uit het werkstuk.

Snijdtijd

Recent onderzoek van promovendus ir. Vu Ngoc Pi bouwt verder op dit onderzoek met als doel de snijdtijd te verminderen, de kosten per meter te verlagen en de winst voor de jobshops te optimaliseren. Pi experimenteerde met duizenden verschillende combinaties van waterdruk, snijdsnelheid, deeltjesgrootte, hoeveelheid schuurmiddel en diameter van de waterjet. En met het hergebruik van schuurmiddel. Zijn conclusie: optimalisatie van het proces kan de kosten met ongeveer tien procent terugbrengen en de winstgevendheid met ongeveer twintig procent verhogen.

Zijn collega-promovendus ir. Tolga Susuzlu heeft onderzoek gedaan naar het effect van een hogere druk op het snijdproces: achtduizend atmosfeer in plaats van de gebruikelijke vierduizend. Het resultaat is wat dubbelzinnig, vertelt Hoogstraate, die het onderzoek begeleidde: “Alleen een hogere druk heeft weinig resultaat, maar het idee heeft wel potentie.” Hij legt uit dat door de hogere druk ook de verliezen in het systeem toenemen, zodat aan het einde van de straal niet veel verandert. “Het heeft wel potentie, maar dan moet de hele keten aangepast worden en niet alleen de druk.” Voordeel van een hogere druk zouden smallere sneden zijn, waarmee de snijdsnelheid verhoogd kan worden, of de snijddiepte.

Het is het laatste Delftse onderzoek over snijden met waterjets. Bij 3mE richt men zich ondertussen op microbewerkingen. “Kleiner frezen dan een tiende millimeter met 200 duizend toeren per minuut”, vertelt Marcel Tichem, “dat is ook spectaculair.”

Promotie Vu Ngoc Pi: ‘Performance Ehancement of Abrasive Waterjet Cutting’, 19 mei 2008.

Promotie Tolga Susuzlu: ‘Development and Evaluation of Ultra High Pressure Waterjet Cutting’, 19 mei 2008.

Watersnijders worden veel gebruikt bij fabricage van zware onderdelen van roestvrij staal met kleine oplage.