Waterjet to zaawansowana technologicznie maszyna CNC do cięcia strumieniem wody, która umożliwia precyzyjną obróbkę szerokiej gamy materiałów – od tworzyw sztucznych i żywności po wyjątkowo twarde materiały, takie jak metal, oraz kruche, do których zaliczamy szkło i wyroby ceramiczne. Jedną z głównych zalet tej technologii jest możliwość obróbki materiałów o grubości sięgającej nawet 250 mm, co stanowi znaczną przewagę w porównaniu np. do technologii laserowej. Jest to tak zwana metoda nietermiczna, wykorzystująca strumień wody o ekstremalnie wysokiej prędkości do oddzielania materiału. Wyróżniamy dwie podstawowe metody cięcia przy użyciu maszyn typu waterjet:

• Cięcie czystą wodą – stosowane do miękkich materiałów, takich jak guma, plastik czy sklejka.
• Cięcie wodą ze ścierniwem (np. garnetem) – do twardszych surowców, takich jak metale, szkło, kamień czy włókno węglowe.

Proces cięcia odbywa się poprzez wtłoczenie wody pod ogromnym ciśnieniem, sięgającym nawet 6000 barów, i skierowanie jej na powierzchnię obrabianego materiału. Siła erozji generowana przez strumień powoduje skuteczne rozdzielenie struktury materiału bez wpływu cieplnego, eliminując ryzyko odkształceń i przypaleń. 

1. Główne przewagi cięcia waterjet nad innymi technologiami

Po pierwsze wszechstronność

Cięcie strumieniem wody charakteryzuje się praktycznie brakiem ograniczeń materiałowych – zarówno bardzo cienkie, jak i bardzo grube materiały mogą być obrabiane tą metodą, co sprawia, że znacznie przewyższa ona inne technologie.

Niewątpliwą zaletą technologii cięcia strumieniem wody jest jej wszechstronność pod względem rodzaju materiałów, które można poddać obróbce. Metoda ta pozwala na precyzyjne cięcie niemal wszystkich materiałów, takich jak aluminium, stal, kamień, sklejka, guma, plastik, pianka, a nawet żywność. Dzięki temu cięcie wodne znajduje zastosowanie w różnych branżach, oferując szybkie, ekonomiczne i ekologiczne rozwiązanie.

 

Jakie więc materiały można ciąć za pomocą technologii waterjet?

Metale

Cięcie strumieniem wody to jedna z najbardziej wszechstronnych metod obróbki niemal wszystkich rodzajów metali, w tym aluminium, stali, żelaza i tytanu. Jedną z jej kluczowych zalet jest nietermiczny charakter – proces cięcia nie generuje ciepła, dzięki czemu materiał nie ulega przegrzaniu ani deformacji, a na jego powierzchni nie pojawiają się ślady przypalenia. Dodatkowo, strumień wody ze środkiem ściernym pozwala na skuteczne cięcie nawet najtwardszych materiałów, takich jak tytan czy stal.

Szkło i ceramika

Cięcie strumieniem wody to precyzyjna i wydajna metoda obróbki szkła, pozwalająca na wycinanie otworów, krawędzi i złożonych kształtów bez ryzyka pęknięć czy uszkodzeń. Dzięki zastosowaniu wysokociśnieniowego strumienia wody, często z dodatkiem ścierniwa, uzyskujemy idealnie wykończone elementy o gładkich krawędziach, bez potrzeby dodatkowej obróbki. Jedną z kluczowych zalet tej technologii jest brak oddziaływania cieplnego, co eliminuje ryzyko mikropęknięć i deformacji. Dodatkowo minimalizuje straty materiałowe, czyniąc ją ekonomicznym i ekologicznym rozwiązaniem.

Drewno i papier

Jedną z największych zalet cięcia drewna strumieniem wody jest cięcie bez przypalania, co pozwala zachować naturalną powierzchnię materiału bez śladów nadpalenia czy rozwarstwienia. Narzędzia wykorzystywane w tej metodzie nie zużywają się, zwłaszcza gdy stosuje się wyłącznie strumień wody, bez dodatku materiałów ściernych. Dzięki temu możliwe jest wszechstronne wykorzystanie technologii bez konieczności częstej wymiany narzędzi. Podczas cięcia produktów papierowych, kartonu lub cienkiej sklejki strumień wody pod wysokim ciśnieniem jest bardzo cienki – zwykle cieńszy niż przy cięciu kamieni czy metali. Pozwala to na wyjątkową precyzję i dokładność cięcia. 

Kamień i płytki

Cięcie strumieniem wody to powszechnie stosowana metoda obróbki kamieni i płytek. Przy odpowiednio dobranych parametrach pozwala na precyzyjne wycinanie otworów, krawędzi oraz skomplikowanych kształtów bez ryzyka deformacji, odkształceń czy uszkodzeń materiału.

Zastosowanie ściernego strumienia wody umożliwia szybkie i ekonomiczne cięcie, a dzięki technologii niskociśnieniowego przebijania materiał nie pęka, a jego powierzchnia pozostaje nienaruszona. Minimalna szerokość cięcia pozwala uzyskać gładkie krawędzie, eliminując konieczność dodatkowej obróbki.

Tworzywa sztuczne, guma, kompozyty

Podczas cięcia tworzyw sztucznych i gumy strumieniem wody należy najpierw określić wymaganą jakość cięcia oraz grubość materiału, aby dobrać odpowiednią metodę – ścierną lub czystą wodną. Proces ten nie powoduje zmian strukturalnych w materiale, a dzięki niemu można wycinać różnorodne kształty bez konieczności zmiany narzędzi.

Cięcie strumieniem wody to także ekologiczne rozwiązanie, ponieważ nie generuje szkodliwych gazów ani chemikaliów. W przypadku materiałów kompozytowych należy uwzględnić właściwości poszczególnych warstw. Przy odpowiednio dobranych parametrach technika ta pozwala na precyzyjne wycinanie zarówno kształtów, jak i otworów.

Szerokie możliwości: skomplikowane wzory, trasowanie i ukosowanie 

Maszyny do cięcia strumieniem wody umożliwiają precyzyjną obróbkę materiałów, wykonując bardzo wąskie cięcie o doskonałej jakości krawędzi. Dzięki temu projektanci mogą tworzyć skomplikowane części, które byłyby praktycznie niemożliwe do wykonania w tradycyjnych procesach produkcyjnych.

Technologia waterjet pozwala na uzyskanie złożonych kształtów i konturów, a także cięcie skomplikowanych wzorów. Dodatkowo, dzięki cięciu 3D (5-osiowemu), możliwe jest trasowanie i ukosowanie, co znacząco rozszerza zakres dostępnych geometrii.

Cięcie strumieniem wody oferuje również możliwość cięcia w stosie, co zwiększa produktywność i pozwala na efektywne wykorzystanie materiału. Kolejną zaletą jest szeroka gama kształtów i rozmiarów, które można uzyskać bez konieczności zmiany zestawu narzędzi tnących. Co więcej, przy obróbce drogich materiałów niskie koszty odpadów stanowią dodatkową korzyść, czyniąc tę metodę wyjątkowo ekonomiczną i wszechstronną.

Cięcie waterjet – precyzja bez wpływu ciepła. 

Metoda cięcia strumieniem wody  - Waterjet -  to nowoczesna technologia obróbki materiałów, która nie generuje wysokiej temperatury w miejscu cięcia, co eliminuje ryzyko odkształceń termicznych oraz zmian strukturalnych materiału. Dzięki temu proces ten jest wyjątkowo precyzyjny i bezpieczny nawet dla najbardziej wymagających elementów.

Jedną z kluczowych zalet cięcia Waterjet jest możliwość spełnienia rygorystycznych wymagań dotyczących tolerancji wymiarowej. W wielu przypadkach dodatkowa obróbka wykańczająca nie jest konieczna, ponieważ produkt uzyskany bezpośrednio ze stołu tnącego charakteryzuje się wysoką jakością krawędzi. Metoda ta pozwala na uzyskanie ostrych kątów i cięć o minimalnej ilości zadziorów, choć w przypadku bardzo skomplikowanych detali niewielka korekta może być potrzebna.

Waterjet doskonale sprawdza się przy cięciu szkła i ceramiki, umożliwiając precyzyjne wycinanie otworów i kształtów. Warto jednak zaznaczyć, że w przypadku ceramiki konieczne jest odpowiednie dobranie parametrów cięcia, aby uniknąć pękania materiału. W cięciu szkła kluczowe jest zastosowanie odpowiedniego ciśnienia i granulacji ścierniwa, by zminimalizować ryzyko uszkodzeń.

W przypadku drewna i papieru technologia Waterjet nie powoduje emisji szkodliwych substancji, takich jak chemikalia, opary czy dym, co czyni ją ekologicznym i bezpiecznym rozwiązaniem. Należy jednak uwzględnić, że woda stosowana w procesie może zawierać drobne pozostałości organiczne, które wymagają odpowiedniego oczyszczenia. 

Brak tarcia mechanicznego oznacza, że jedynym czynnikiem stycznym jest strumień wody z dodatkiem ścierniwa, co eliminuje ryzyko uszkodzeń wynikających z kontaktu narzędzia z materiałem. Co więcej, metoda Waterjet pozwala na ograniczenie konieczności dalszej obróbki, a jej precyzja umożliwia łatwe przeprowadzanie dodatkowych procesów, takich jak gwintowanie, bez ryzyka zmiany właściwości materiału.

Dzięki tym właściwościom cięcie strumieniem wody znajduje szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, oferując wysoką jakość, precyzję oraz minimalizację strat materiałowych.

Prostota, ekologiczne rozwiązanie

Cięcie wodne (waterjet) to nowoczesna i ekologiczna metoda obróbki, która wymaga jedynie energii elektrycznej i wody, a w przypadku wyjątkowo twardych materiałów – dodatku ścierniwa. Proces ten minimalizuje emisję szkodliwych substancji, a wszelkie pyły i zanieczyszczenia mogą być skutecznie odfiltrowane z wody, co czyni go bezpiecznym dla środowiska. Dzięki temu waterjet stanowi idealne rozwiązanie dla firm dążących do zrównoważonej produkcji, łącząc precyzję cięcia z ekologiczną odpowiedzialnością.

2. Automatyzacja cięcia wodą na maszynach CNC Waterjet – nowoczesne oprogramowanie

Nowoczesne maszyny CNC typu waterjet wyróżniają się wysokim stopniem automatyzacji, co przekłada się na zwiększenie wydajności i precyzji cięcia. Dzięki zaawansowanym systemom sterowania możliwe jest autonomiczne cięcie przy minimalnym nadzorze operatora, co w wielu przypadkach eliminuje konieczność dodatkowej obróbki wykończeniowej.

Jednym z kluczowych aspektów optymalizacji procesu jest efektywne rozmieszczanie elementów na arkuszu – tak zwany nesting, które wraz z cienką szczeliną cięcia pozwala na minimalizację strat materiału. Efektywność ta zależy również od rodzaju obrabianego surowca oraz jakości algorytmów rozmieszczania. Co więcej, maszyny waterjet umożliwiają jednoczesne cięcie wielu warstw jednorodnych materiałów, takich jak guma czy włókna kompozytowe, co znacznie podnosi efektywność produkcji.

Ważnym osiągnięciem w technologii cięcia wodą jest zastosowanie sterowanych numerycznie systemów dozowania ścierniwa. Umożliwiają one precyzyjną kontrolę ilości ścierniwa dostarczanego do głowicy tnącej, co zapewnia wysoką jakość i powtarzalność procesu. Dodatkowo, nowoczesne algorytmy kompensacji kąta cięcia przy maksymalnej prędkości posuwu redukują błędy związane ze stożkowością cięcia i poprawiają jakość wykończenia krawędzi.

Dzięki zastosowaniu zaawansowanego oprogramowania maszyny CNC waterjet stają się coraz bardziej efektywne, precyzyjne i ekonomiczne. Znajdują zastosowanie w wielu branżach, takich jak lotnictwo, motoryzacja czy przemysł szklarski, gdzie wysoka jakość obróbki i minimalizacja strat materiału są kluczowe.

3. Maszyna waterjet – jak to działa?

Maszyna waterjet wykorzystuje technologię cięcia strumieniem wody pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem. Woda jest doprowadzana do ciśnienia nawet 6000 bar i przepuszczana przez dyszę o bardzo małej średnicy, co pozwala na uzyskanie koherentnego strumienia cieczy o prędkości przekraczającej trzykrotnie prędkość dźwięku.

Proces cięcia

Woda, pod wpływem bardzo wysokiego ciśnienia (nawet do 6000 barów), jest kierowana na materiał przeznaczony do przecięcia. W przypadku twardszych materiałów, takich jak stal czy ceramika, stosuje się metodę abrasive waterjet, w której do wody dodaje się ścierniwo – najczęściej granat, bardzo twardy minerał o ostrych krawędziach. Ścierniwo jest wprowadzane do strumienia wody poprzez efekt Venturiego w komorze miksującej, gdzie następuje jego dokładne wymieszanie z cieczą. Następnie strumień jest formowany i stabilizowany w dyszy hydro-ściernej, osiągając prędkość nawet 900 m/s.

Technologia waterjet doskonale radzi sobie zarówno z materiałami miękkimi (np. guma, pianka), jak i bardzo twardymi (np. tytan, ceramika). W przypadku materiałów kruchych, takich jak szkło czy ceramika, proces cięcia przebiega wolniej, a przebijanie powierzchni wymaga większej ostrożności, aby uniknąć uszkodzeń. Dzięki zastosowaniu technologii cięcia wodnego możliwe jest precyzyjne kształtowanie nawet najbardziej wymagających elementów, bez ryzyka ich przegrzania czy odkształcenia. Dokładność cięcia może wynosić nawet ±0,1 mm.

Technologia waterjet jest szeroko stosowana w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, szklarskim oraz medycznym, gdzie wymagana jest wysoka precyzja oraz możliwość obróbki różnorodnych materiałów bez ich uszkadzania.

Głowica wodna – serce maszyny waterjert

Skuteczność maszyny waterjet zależy od wielu czynników, a kluczową rolę odgrywa głowica tnąca. To właśnie ona wpływa na jakość i precyzję strumienia wody, co bezpośrednio przekłada się na dokładność oraz estetykę wycinanych elementów. Oprócz głowicy, istotne znaczenie mają także konstrukcja maszyny, pompa, ciśnienie, system sterowania oraz oprogramowanie.

Głowica tnąca to najważniejszy element systemu waterjet, ponieważ jej konstrukcja decyduje o parametrach strumienia wody tnącej. Wpływa ona na:

• Jakość cięcia,
• Dokładność wymiarową wycinanych części,
• Efektywność całego procesu obróbki.

Nowoczesne systemy waterjet wyposażone są w komputerowo sterowane głowice tnące z kompensacją kąta, które umożliwiają uzyskanie tolerancji wymiarowej na poziomie ±0,001" (±25 μm). Oznacza to niezwykłą precyzję, która jest istotna w branżach takich jak lotnictwo, motoryzacja czy przemysł elektroniczny.

Wpływ parametrów na jakość cięcia

Aby uzyskać najwyższą jakość cięcia, konieczne jest odpowiednie dostosowanie parametrów pracy maszyny:

• Prędkość cięcia a jakość. Zbyt szybkie cięcie może prowadzić do obniżenia jakości krawędzi, dlatego kluczowe jest odpowiednie zbalansowanie tych parametrów.
• Kompensacja kąta cięcia. Nowoczesne głowice mogą korygować odchyłki kątowe, eliminując efekt stożka i zapewniając równomierne cięcie.
• Stosunek ciśnienia do prędkości cięcia. Wyższe ciśnienie pozwala na szybsze cięcie, ale wiąże się z koniecznością zastosowania odpowiednio wytrzymałych materiałów i komponentów.
• Średnica strumienia wody a prędkość cięcia. Mniejsza średnica strumienia zapewnia większą precyzję, jednak ogranicza prędkość obróbki.
• Odległość dyszy od obrabianego materiału. Niska, kontrolowana i bezpieczna odległość między dyszą a materiałem jest kluczowa dla uniknięcia strat energii i zniekształceń cięcia.

Głowica tnąca jest jednym z najistotniejszych elementów systemu waterjet, wpływającym na jakość, dokładność i efektywność cięcia. Nowoczesne technologie umożliwiają sterowanie komputerowe, kompensację kąta oraz osiąganie wyjątkowej precyzji. Aby w pełni wykorzystać potencjał maszyny waterjet, należy optymalnie dobrać parametry pracy, takie jak ciśnienie, prędkość cięcia oraz odległość dyszy od obrabianego materiału. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie najwyższej jakości i precyzji w procesie cięcia strumieniem wody.

Rodzaje cięcia strumieniem wody

Cięcie strumieniem wody to nowoczesna metoda obróbki, która wykorzystuje siłę wody pod wysokim ciśnieniem do precyzyjnego przecinania różnych materiałów. Istnieją dwa główne rodzaje tej technologii: cięcie czystą wodą oraz cięcie strumieniem wody ze ścierniwem. Cięcie czystą wodą stosowane jest przede wszystkim w przypadku materiałów miękkich, takich jak sklejka, plastik, guma, pianka czy żywność. W tym procesie sama energia kinetyczna strumienia wody jest wystarczająca do skutecznego przecinania materiału, co eliminuje konieczność stosowania dodatkowych substancji ściernych.

Natomiast w przypadku twardszych materiałów, takich jak metale, szkło, kamień czy włókno węglowe, stosuje się cięcie strumieniem wody ze ścierniwem. Do wody dodawane jest ścierniwo, które zwiększa zdolność cięcia poprzez erozję materiału. Strumień wody pełni tu rolę nośnika, który nadaje ścierniwu ogromną prędkość i siłę, umożliwiając efektywne przecinanie nawet bardzo wytrzymałych powierzchni. Proces ten jest często określany jako „ścierny strumień wody tnącej”, ponieważ to właśnie cząsteczki ścierniwa wykonują rzeczywiste cięcie.

Obie metody mają szerokie zastosowanie w przemyśle i pozwalają na precyzyjne oraz bezpieczne cięcie różnych materiałów bez ryzyka ich przegrzania czy deformacji. Dzięki temu technologia cięcia wodą jest ceniona w wielu branżach, od motoryzacyjnej po lotniczą i budowlaną.

Rola i znaczenie pompy wysokociśnieniowej w procesie cięcia

Pompa wysokociśnieniowa jest jednym z najważniejszych podzespołów w systemach cięcia wodnego. Jej odpowiedni dobór ma bezpośredni wpływ na jakość oraz szybkość procesu cięcia, co przekłada się na efektywność produkcji i optymalizację kosztów.

Kluczowe parametry pompy:

Aby osiągnąć wymagane parametry cięcia, takie jak jakość krawędzi, prędkość obróbki oraz precyzja wymiarowa, należy zwrócić uwagę na trzy główne cechy pompy wysokociśnieniowej:

• Moc: określana w koniach mechanicznych (KM) lub kilowatach (kW), wpływa na wydajność pompy i jej zdolność do generowania odpowiedniego ciśnienia.
• Ciśnienie robocze: mierzone w PSI lub w barach, decyduje o prędkości cięcia przy określonej średnicy otworu i liczbie głowic tnących. W praktyce istnieje niemal bezpośrednia zależność między ciśnieniem a prędkością cięcia: wyższe ciśnienie skutkuje szybszym cięciem.
• Moc wyjściowa wody (natężenie przepływu). Zależna od stosunku mocy do ciśnienia, określa ilość wody, jaką pompa jest w stanie dostarczyć, wyrażoną w galonach na minutę (GPM).

Obecnie na rynku najczęściej stosuje się pompy ze wzmacniaczem, które oferują wysoką wydajność i stabilność pracy. Właściwy dobór pompy do konkretnego zastosowania pozwala zoptymalizować proces cięcia, minimalizując koszty eksploatacyjne i zapewniając wysoką jakość obrabianych krawędzi.

Zrozumienie relacji między mocą, ciśnieniem i natężeniem przepływu jest kluczowe dla uzyskania optymalnych parametrów cięcia. Wybór pompy o odpowiednich parametrach pozwala nie tylko zwiększyć wydajność, ale także zapewnić precyzyjne i ekonomiczne cięcie wodne.

Eksploatacja części w maszynach Waterjet – o czym należy pamiętać?

Aby zapewnić długą i efektywną pracę maszyn Waterjet, kluczowe jest regularne monitorowanie oraz konserwacja elementów narażonych na zużycie. Dotyczy to przede wszystkim wszystkich części mających kontakt z wodą pod wysokim ciśnieniem oraz tych, przez które przepływa ścierniwo.

Najważniejsze komponenty i ich czas eksploatacji:

• Rurki mieszające – ich żywotność wynosi od 30 do 60 godzin, po czym należy je wymienić.
• Kryzy z kamieniem szlachetnym – działają znacznie dłużej, bo ponad 500 godzin, zanim zajdzie konieczność ich wymiany.
• Uszczelki pompy – wymagają wymiany co około 1000 godzin pracy maszyny.

Regularna konserwacja tych elementów pozwala uniknąć kosztownych awarii i utrzymać maszynę w optymalnym stanie technicznym.

4. Koszty inwestycji w maszynę waterjet

Koszty inwestycji w maszynę waterjet zależą od wielu czynników wpływających na operacyjne wydatki cięcia strumieniem wody. Kluczowe elementy to części eksploatacyjne, moc pompy, zużycie wody, liczba głowic tnących, koszt ścierniwa oraz rodzaj i grubość materiału. Dodatkowo istotne jest, jaką jakość krawędzi chcemy uzyskać. Ze względu na te zmienne, ostateczny koszt eksploatacji zależy od specyfiki zastosowania maszyny. 

5. Podsumowanie

Cięcie wodą (waterjet) to zaawansowana metoda obróbki, wykorzystująca strumień wody pod bardzo wysokim ciśnieniem, z dodatkiem ścierniwa lub bez, do precyzyjnego cięcia różnych materiałów. Technologia ta umożliwia obróbkę szerokiej gamy surowców, takich jak metale, szkło, ceramika, drewno, kamień, tworzywa sztuczne i kompozyty, bez wpływu ciepła na strukturę materiału. Dzięki temu eliminuje się ryzyko przegrzania, deformacji i zmian strukturalnych. Waterjet jest także rozwiązaniem ekologicznym, gdyż nie emituje szkodliwych gazów i nie wytwarza dużej ilości odpadów.

Podsumowując, do zalet cięcia waterjet należą:

• Brak wpływu ciepła – cięcie odbywa się metodą nietermiczną, co eliminuje ryzyko przegrzania, odkształceń i zmian strukturalnych materiału.
• Wysoka precyzja – możliwość uzyskania skomplikowanych kształtów i cienkich krawędzi bez potrzeby dodatkowej obróbki.
• Wszechstronność – nadaje się do niemal wszystkich materiałów, od miękkich (np. guma, plastik) po bardzo twarde (stal, ceramika, szkło).
• Cięcie dużych grubości – umożliwia obróbkę materiałów o grubości nawet do 250 mm.
• Brak uszkodzeń mechanicznych – nie występuje zużycie narzędzia tnącego, ponieważ cięcie odbywa się wyłącznie przy użyciu wody i ścierniwa.
• Ekologiczne rozwiązanie – brak emisji szkodliwych substancji, możliwość filtracji i ponownego wykorzystania wody.
• Minimalne odpady materiałowe – dzięki cienkiej szczelinie cięcia i precyzyjnemu rozmieszczaniu elementów na arkuszu materiału (tzw. nesting).
• Możliwość cięcia skomplikowanych wzorów – waterjet pozwala na cięcie 3D, trasowanie oraz ukosowanie.
• Brak potrzeby dodatkowej obróbki – wysoka jakość krawędzi eliminuje konieczność szlifowania czy gratowania.
• Automatyzacja procesu – nowoczesne maszyny CNC waterjet zapewniają precyzyjną kontrolę nad procesem cięcia, zwiększając wydajność i powtarzalność.
• Bezpieczeństwo procesu – brak iskier, dymu i substancji toksycznych sprawia, że cięcie wodne jest bezpieczne dla operatora i otoczenia.

Metoda ta znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, budowlanym, meblarskim oraz w produkcji precyzyjnych elementów o wysokich wymaganiach jakościowych.