Wasserstrahlschneiden

Was ist Wasserstrahlschneiden?

Beim Wasserstrahlschneiden handelt es sich um eine größtenteils in der Metallverarbeitung München eingesetzte Kaltschneidetechnologie – eine Lohnfertigungsmethode aus der Hauptgruppe der Material-abtragenden Verfahren, zu dem auch das Laserstrahl-Schmelzschneiden, das Brennschneiden sowie das Plasma-Schmelzschneiden gehören. 

Im Zuge des Wasserstrahlschneidens werden Werkstoffe mit Hilfe eines Wasserstrahls und ohne jegliche Wärmeeinwirkung ,,auseinandergeschnitten’’. Das Wasser wird dazu unter hohem Druck (bis zu 6200 bar) durch eine Düse gepumpt. Der Fluss des Wasserstrahls wird auf das Stärkste beschleunigt (durchschnittlich 1000 m/s). Die hohe Geschwindigkeit und der gleichzeitig starke Druck sorgen dafür, dass sich unterschiedlichste Materialien durchtrennen und somit bearbeiten lassen. So werden zum Beispiel Metalle für den späteren Metallbau in München vorbereitet. 

Werkstoffe, die sich mit Wasser schneiden lassen, sind zum Beispiel: 

• Glas
• Blech
• Aluminium
• Stahl
• Edelstahl
• Metall
• Gummi
• Holz 
• Kunststoffe
• Keramik
• Naturstein

Zum Einsatz können, je nach Art des Verfahrens, beispielsweise gefiltertes Wasser (Reinwasserstrahlschneiden) kommen oder es wird ein Abrasivmittel, wie z.B. Sand (Abrasiv-Wasserstrahlschneiden), beigefügt.

Das Endergebnis wird von den folgenden Parametern bestimmt:

• Düsendurchmesser der Wasserstrahlschneider
• Pumpendruck
• Düsenabstand
• Vorschubgeschwindigkeit

Bei einem Druck von 600 bar funktioniert das Abtragen von Material nicht. Je höher der Druck, desto besser und tiefer lässt sich der Werkstoff schneiden. Der Durchmesser der verwendeten Düse muss stets proportional zur Schnitttiefe gewählt werden. Damit die Pumpe optimal arbeiten kann, muss das Wasser unter Umständen speziell aufbereitet werden.

Arten von Wasserstrahlschneiden

Abrasiv-Wasserstrahlschneiden

Bei dieser Technik wird das Schneidwasser mit verschiedenen Stoffen vermischt, die abrasive Partikel enthalten, wie beispielsweise Sand. Denn diese sind es, die bei dieser Technik das Material schneiden. Die Aufgabe des Wassers besteht lediglich darin, die Abrasiv-Mittel auf die gewünschte Schnittfläche zu lenken und so stark zu beschleunigen, dass sie das Material durchtrennen können. Das Abrasivschneiden wird bei harten Werkstoffen eingesetzt wie Stahl, Keramik oder Glas. Nachdem das Wasser gefiltert und von den Partikeln befreit wurde, kann es wieder zum Wasserstrahlschneiden verwendet werden, auch für das Reinwasserstrahlschneiden. 

Rein-Wasserstrahlschneiden

Hier verzichtet man auf jegliche Zusätze und verwendet allein die Kraft des reinen Wasserstrahls, um Werkstoffe zu bearbeiten. Dieses Verfahren eignet sich für weiche Werkstoffe wie Plastik, Folien, Schaumstoffe oder Papier. 

CNC-Wasserstrahlschneiden

Das Wasserstrahlschneiden wird häufig mit CNC-Maschinen (Computerized Numerical Control) unterstützt. Dabei handelt es sich um Werkzeugmaschinen, die durch den Einsatz von Steuerungstechnologie in der Lage sind, Werkstücke mit hoher Präzision auch für komplexe Formen automatisch herzustellen. Bei der Verwendung von CNC-gesteuerten Maschinen ist die permanente Betreuung durch Hilfspersonal beim Wasserstrahlschneiden nicht notwendig. Sogar die Qualitätskontrolle kann durch CNC-Technologie vollautomatisch in den Fertigungsprozess integriert werden und muss von keinem Mitarbeiter durchgeführt werden. 

Wie dick darf das Material beim Wasserstrahlschneiden sein?

Die maximale Materialdicke für erfolgreiches Wasserstrahlschneiden liegt bei 305 mm. Diese lässt sich auch nur mit einem Wasserstrahl durchtrennen, dem ein Abrasivmittel beigemischt wurde. Das Reinwasserstrahlschneiden bewältigt Materialdicken von um die 100 bis 200 Millimeter. Je dicker und fester der Werkstoff ist, desto stärker muss der Druck und höher die Geschwindigkeit des Wassers sein. 

Was sind die Vorteile von Wasserstrahlschneiden?

Das Wasserstrahlschneiden weist zahlreiche Vorteile auf, die sich in folgende Aspekte gruppieren lassen.

Bearbeitung und Produktqualität

• Höchste Qualität: Keine verhärteten Schnittflächen; keine Ausfransungen oder Gratbildung an den Schnittkanten
• Kein Nachbearbeitung notwendig: keine Risse, Deformationen oder Spannungen an den verschiedenen Materialien
• Komplexe und filigrane Konturen an beliebiger Stelle des Werkstücks möglich.
• Größere zu bearbeitende Materialvielfalt als bei anderen Fertigungsverfahren. 
• Große Schnittgenauigkeit mit maximalen Abweichungen von lediglich 0,1 mm.
• Höchste Materialausnutzung durch kleinen Schnittkanal und geringsten Teileschutzabstand.
• Bearbeitung von bereits oberflächenendbehandelten Materialien oder in Vorrichtungen gehaltenen Werkstücken möglich.
• Geeignet für Serienfertigung sowie Einzelteilfertigung. 
• Schneiden komplexer Formen problemlos und präzise möglich.

• 2D und 3D-Bearbeitungen möglich.
• Kein Werkzeug und dessen Nachschärfung bzw. Wartung notwendig.

Sicherheit

• Keine tropfende Schlacken oder Schmelzen

• Keine Verletzungsgefahr von Mitarbeitern 

Umwelt

• Geringe Umweltbelastung: Kein Mikro-Staub, Rauch oder Dämpfe
• Nachhaltig: da das Schneidwasser wiederverwendet werden kann (nach erfolgter Aufbereitung).

Wirtschaftlichkeit

• Beim Wasserstrahlschneiden entstehen geringe Kosten, da Werkzeugkosten wegfallen und eine Nachbearbeitung meist nicht mehr erfolgen muss. 
• Schnelle Produktion in kürzester Zeit, aufgrund der hohen Schnittgeschwindigkeit 

• Anschaffung von CNC-Wasserschneidsystemen aktuell preisgünstiger im Vergleich zu vorherigen Jahren. 

Gibt es Nachteile?

Je fester das Material, desto mehr Energie kann der Wasserstrahl verlieren, was sich mit verminderter Schnittqualität bemerkbar macht. Außerdem können im Vergleich zu anderen Verfahren sehr hohe Schallemissionen auftreten (wegen Wasserstrahl und Materialabtrag), sodass zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen zum Gehörschutz erforderlich werden, welche die Produktionskosten erhöhen können. Beim Abrasiv-Wasserstrahlschneiden können die Düsen eventuell verstopfen und müssen deswegen häufig gereinigt und von Rückständen befreit werden, was zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet. 

Vergleich zum Laserschneiden

Beim Laserschneiden in München werden Festkörper mittels kontinuierlicher oder gepulster Laserstrahlung voneinander getrennt. Dafür sorgt die entstehende Aufheizung der Werkstoffe durch den Laser. Welche Bearbeitungsmethode für ein bestimmtes Werkstück die besten Ergebnisse liefert, ist von mehreren Faktoren abhängig:

• geplante Arten der Nachbearbeitung
• benötigte Qualität der Schnittfläche
• das zu bearbeitende Material selbst
• die Dicke und Festigkeit des verwendeten Materials 

Das Wasserstrahlschneiden kann die optimale Wahl sein, wenn:

• möglichst saubere Schnittflächen gewünscht sind.
• das Material besonders gut ausgenutzt werden soll.
• Mikrorisse und Verzug auf jeden Fall vermieden werden sollen. 

Wasserstrahlschneiden funktioniert, im Gegensatz zum Laserschneiden, ganz ohne Hitzeentwicklung. Die Hitze kann bei wärmeempfindlichen Materialien unschöne und beschädigte Schnittkanten hinterlassen und bei einigen Werkstoffen sogar Risse verursachen. Beim Wasserstrahlschneiden wird dieses Risiko komplett umgangen. So kann man auch empfindliche Werkstoffe wie beispielsweise Thermoplaste ohne Verzug bearbeiten.

Wie viel kostet das Wasserstrahlschneiden?

Die durchschnittlichen Kosten liegen meist im kleinen bis mittleren zweistelligen Bereich pro Stunde. Der größte Teil der Kosten entfällt auf das Material, was bearbeitet werden soll und steigt mit der Anzahl der Schneidköpfe und dem Wasserdruck an. Wie hoch beim Wasserstrahlschneiden die Preise letztendlich sind, hängt außerdem auch von diesen Faktoren ab:

• Arbeitsleistung des Mitarbeiters
• Stromverbrauch
• Wasserverbrauch
• Materialstärke, mehr benötigter Druck ist gleich mehr Kosten 
• Eventuelle Nachbearbeitung des Werkstoffes
• Prototyp- oder Serienfertigung 

Weitere Anwendungsgebiete

Das Wasserstrahlschneiden wird nicht nur zur Durchtrennung von Werkstoffen eingesetzt. Zum Gussputzen oder Entgraten oder der Reinigung von Oberflächen und Entlacken von großen Flächen wie bei Schiffen eignet sich das Verfahren ebenfalls. 

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Das Wasserstrahlschneiden ist eine hervorragende Methode, um sowohl weiche als auch harte Materialien mittels Wasser auf besonders sichere, wirtschaftliche und umweltschonende Weise zu schneiden. Dabei lässt sich Aluminium, Stahl, Stein oder Kunststoff mit einer Dicke von um die 30 cm mit hoher Schnittqualität präzise durchschneiden, ohne dass sich Risse bilden oder das Material verformt wird, sofern natürlich die passende Art des Wasserstrahlschneidens gewählt wurde. 

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