(Aktualisiert am 24. November 2023)

3D Wasserstrahlschneiden ist eine Technik zur Bearbeitung verschiedenster Materialien. Im Folgenden werden Funktion, Vorteile und Anwendungsbereiche genauer dargestellt.

Grundsätzliche Funktionalität von 3D Wasserstrahlschneiden

Mit einem auf bis zu 6000 bar verdichteten Wasserstrahl können präzise Zuschnitte von Werkstoffen aller Art gefertigt werden. Um hohe Genauigkeit zu erreichen, wird das Wasser durch eine Saphir- oder Diamantdüse auf 0,15 bis 0,35mm gebündelt. Die Eingabe der Bauteilgeometrie erfolgt über ein CAD Modell an eine elektronische Steuerung.

Arten von 3D Wasserstrahlschneiden

3D Wasserstrahlschneiden kann grundsätzlich in zwei Arten unterteilt werden. Pur-Wasserstrahlschneiden nutzt ausschließlich den Flüssigkeitsstrahl und ist deshalb ideal zur Anwendung an weicheren Materialien, wie beispielsweise Zellstoffe, Gummi, PVC oder Holz. Das abrasive Wasserstrahlschneiden hingegen nutzt die Hinzugabe eines abrasiven Materials, wie z.B. Granatsand.

Der Feststoff wird in einer Hartmetall-Mischkammer dem Wasserstrahl beigemengt und anschließend auf das Bauteil gelenkt. Durch das Abrasiv im Wasser findet eine Minizerspanung am Werkstück statt. Dieses Verfahren wird primär für sehr harte Werkstoffe, wie Glas, Kohlefaser, Keramik oder Metall genutzt.

Aufbau von Wasserstrahlschneidanlagen

Eine Wasserstrahlschneidanlage besteht meist aus den folgenden Komponenten: Maschinenrahmen, Strahlvernichter, Hochdruckpumpe, Entsorgung und Steuerung. Der Maschinenrahmen dient zur Befestigung der Maschinenbauteile sowie des Werksstücks und kann verschiedene Größen einnehmen. Mit der sogenannten Portalbauweise, bei der zwei unabhängige Querstreben einen Querbalken tragen lassen sich Größen bis zu 5000mm realisieren.

Der Strahlvernichter entzieht dem Restwasserstrahl seine Energie. Die Hochdruckpumpe dient zur Erzeugung des Strahldrucks. Es gibt verschiedene Varianten von Pumpen. Druckluftpumpen werden aufgrund des niedrigen Wirkungsgrades im Low-End-Bereich eingesetzt, Hydraulikpumpen hingegen im High-End Bereich.

Über ein sogenanntes Proportionalventil kann der Druck bei besseren Pumpen individuell reguliert werden. Die Entsorgung der Feststoffe des Abwassers kann manuell oder durch automatische Wässerung erfolgen. Eine CNC-Steuerung ist der feste Bestandteil von Wasserstrahlschneidanlagen und erlaubt den Input von CAD und teils sogar CAM Modellen.

Vorteile von 3D Wasserstrahlschneiden

3D Wasserstrahlschneiden birgt viele Vorteile im Vergleich zu traditionellen thermischen oder mechanischen Schnittverfahren. Über die weiteren Vorteile kann man auf www.ridder.de lesen.

Fehlende Wärmeeinflusszone

Im Vergleich zu thermischen Verfahren führt 3D Wasserschneiden nicht zu einer Wärmeentwicklung, das heißt es entsteht keine Wärmeeinflusszone. Die Bildung eines Schrumpfs wird vermieden und somit entsteht weder ein Verzug noch eine Torsion auf das Bauteil.

Große Geometrievielfalt

Durch die Eingabe eines CAD Modells können individuelle Geometrien in nur einem Arbeitsschritt gefertigt werden. Die Genauigkeit dabei beträgt etwa einen Zehntel Millimeter. Das Verfahren kann ebenfalls eine große Varianz an Bauteildicken bewältigen, beispielsweise Stahl bis 200mm und Titan bis 300mm. Die Art des Schnitts kann sowohl senkrecht als auch flexible gewählt werden. Insbesondere für die Prototypenfertigung können komplexe Geometrien effizient hergestellt werden.

Umweltfreundlichkeit

Die Arbeit mit der Wasserstrahlschneidanlage erzeugt keine umweltfeindlichen Abgase oder Staub. Damit wird auf die Gesundheit der Arbeiter Rücksicht genommen. Das verwendete Wasser kann gefiltert und anschließend wiederverwendet werden.

Einsatzgebiete von Wasserstrahlschneidmaschinen

Das Wasserstrahlschneiden wurde ursprünglich für den Zuschnitt von Holzpuzzleteilen erfunden. Lange Zeit wurde es nur für exotische Anwendungen, wie beispielsweise Babywindeln oder Speiseeis verwendet. Heutzutage allerdings wird das 3D Wasserstrahlschneiden für viele Einsatzgebiete verwendet. Im Folgenden sind einige Beispiele detailliert.

Kunst- und Verbundswerkstoffe

Für Compositwerkstoffe kommen häufig aus Qualitätsgründen keine zerspanenden Schnittverfahren in Frage. Deshalb wird hier das Wasserstrahlschneiden angewandt. In der Automobilindustrie werden zahlreiche Teile für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs auf diese Weise hergestellt.

Baugewerbe

Wasserstrahlschneiden ermöglicht ein Erstellen komplexer Geometrien aus Marmor, Stein oder Fliesen. Die Anwendung senkt die Bearbeitungszeit und vermeidet Brüche der spröden Materialien.

Metallbau

Als Kalttrennverfahren übt Wasserstrahlschneiden keine thermische Belastung auf das Material aus. Dadurch verändert es die Materialeigenschaften nicht. Für niedrige Materialdicken und mittlere Genauigkeiten erreicht man durch den hohen Druck eine hohe Effizienz. Deshalb wird das Verfahren häufig im Anlagen- oder auch im Schiffsbau verwendet.

Für hohe Genauigkeiten, wie beispielsweise im Werkzeugbau empfiehlt es sich, in einer ersten Stufe das Material mit Wasserstrahlschneiden vorzubereiten. Für den Feinschliff eignet sich dann ein weniger effizientes, aber dafür genaueres Verfahren.

Bildquellen:

© www.kurzenberger-ag.de / youtube