Das Fertigungsverfahren 3D-Wasserstrahlschneiden ist ein relativ junges und sehr effektives Trennverfahren. Zusammen mit dem Laserstrahlschneiden, Brennschneiden und Plasma-Schmelzschneiden gehört es zu den abtragenden Verfahren. Man unterscheidet 2D- und 3D-Wasserstrahlschneiden.
Die Vorzüge des 3D-Wasserstrahlschneidens
3D-Wasserstrahlschneiden hat zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Trennverfahren. Die Wasserstrahlschneidtechnik ist ein universell einsetzbares Werkzeug zum Trennen, mit dem so gut wie jedes Material geschnitten werden kann. 3D-Wasserstrahlschneiden erzeugt weder Materialspannungen noch Risse, keine Wärmebereiche und keine Änderung des Gefüges. Die Technik ist leicht zu handhaben, kann universell eingesetzt werden und macht das Nachschleifen von Werkzeug überflüssig. Es gibt keine tropfenden Schmelzen und Schlacken, der Materialabtrag ist gering und die Materialausnutzung gut. Sie können den Wasserstrahlschneider zur Herstellung von Fertigteilen und gut für Prototypen einsetzen. Aufwändige Nachbearbeitungen wie Fräsen und Drehen sind nicht mehr notwendig. Die Technik eignet sich auch zur Entgratung und zur Reinigung von Oberflächen. Investitionskosten in eine 3D-Wasserstrahlschneidanlage haben sich schnell amortisiert, denn die zahlreichen Einsatzmöglichkeiten machen die Technologie besonders wirtschaftlich.
Neben den vielen Vorteilen gibt es aber auch einige erwähnenswerte Nachteile. So arbeitet die Wasserstrahlschneidtechnik bei grossen Stückzahlen zum Teil mit geringer Schnittgeschwindigkeit. Da Wasser benötigt wird, eignet sie sich nicht für Bereiche, wo hohe Luftfeuchtigkeit oder der direkte Kontakt mit Wasser vermieden werden müssen. Die Technik erfordert ausserdem eine sorgfältige Wasseraufbereitung und Möglichkeiten zur Entsorgung des entstehenden Schlamms. An empfindlichen benachbarten Maschinen könnte es zu Problemen kommen, da bei der Arbeit relativ viel Staub erzeugt wird.
Das Prinzip eines 3D-Wasserstrahlschneiders
1. Druck wird erzeugt
Eine Ultrahochdruckpumpe erzeugt einen Wasserstrahl mit einem Druck von bis zu 6480 bar. Im Vergleich dazu wird Wasser durch den Löschschlauch der Feuerwehr mit maximal 84 bar gepresst.
2. Druck wird in Geschwindigkeit umgesetzt
Mithilfe einer winzig kleinen Düse wird der Druck in Geschwindigkeit umgesetzt. Dadurch erzeugt die Technologie einen Strahl, der gerade einmal so dünn ist wie ein menschliches Haar und sogar weiches Material trennen kann.
3. Zusatz von Granat
Zum Verstärken der Schneidkraft fügt man dem Überschallwasserstrahl Granatsand zu. Am Schneidkopf treten dann Wasser und Granat mit vierfacher Schallgeschwindigkeit aus. So lässt sich sogar 30 cm dicker Stahl schneiden.
Reinwasserstrahl und Abrasivwasserstrahl
Man unterscheidet zwei Wasserstrahlarten: den abrasiven und den reinen. Beide Techniken eignen sich zum Schneiden von vielen verschiedenen Materialien in allen erdenklichen Formen und Stärken.
a) Der Reinwasserstrahl wird hauptsächlich zum Schneiden von weichen Stoffen wie Papier, Schaumstoff, Teppiche, Zementplatten, Innenverkleidungen von Fahrzeugen etc. verwendet.
b) Der Abrasivwasserstrahl funktioniert ähnlich, allerdings wurde in den Schneidkopf ein Abrasivmittel eingebracht (Granat). Der daraus resultierende harte Strahl trennt alle Arten von Metall, Keramik, Glas und Stein problemlos.
Unterschied zwischen 2D- und 3D-Schneiden
Mit 2D-Schneiden ist das einfache Ausschneiden von Konturen gemeint. Der Schneidkopf verändert dabei nicht seine Position. Bei 3D-Schneiden kann sich der Schneidkopf neigen, ausserdem steigen und fallen. So lassen sich auch schwierige Formen mit Ausbuchtungen schneiden.
