ウォータージェット切断
超高圧の水（通常は砥粒入り）が、材料を侵食して切る
ウォータージェット切断は、巨大な圧力で小さな宝石の穴から押し出した、髪の毛ほどの細い水流で材料を切ります。細かいガーネットの砂を混ぜると、ジェットは鋼、チタン、石、ガラスを切れます。水だけなら、フォーム、ゴム、さらには食品まで切れます。何も熱くならないので、切断面は元の性質を保ちます。そのため、熱で傷んでしまう材料に向く切断方法です。
しくみ
加圧する。 ポンプ、通常はインテンシファイヤー（圧力を増幅するピストンポンプ）が、水を約 4,000 bar（60,000 psi）まで加圧します。さらに高い機械もあります。
ジェットをつくる。 水はオリフィスを通ります。オリフィスは、幅 0.数 mm の穴があいた、サファイア、ルビー、ダイヤモンドの宝石です。圧力が速度に変わり、最大で約 900 m/s になります。
砥粒を加える。 高速のジェットが混合室を通り、霧吹きが液体を吸い上げるように、ホッパーからガーネットの砂を吸い込みます。
狙って侵食する。 長くて硬い混合チューブ（フォーカシングチューブ）が、混合物を幅約 1 mm のジェットに整えます。数百万の砥粒がワークに当たり、細いカーフ（切り溝）を貫通して侵食します。
ジェットを受け止める。 ワークの下にある、深く水を張ったタンクが、勢いを失ったジェットを減速させ、使用済みの砂と削りくずを集めます。
経路をたどる。 CNC がヘッドを輪郭に沿って動かします。厚い切断では、ジェットが下側で後ろへ曲がるため、機械は角で減速し、角をシャープに保ちます。
主なポイント
- 材料
- ほぼ何でも：鋼、チタン、アルミニウム、石、ガラス、セラミック、複合材（アブレシブ）。フォーム、ゴム、繊維、紙、食品（水のみ）
- 代表的な部品
- 平らな輪郭、ガスケット、石のカウンタートップや象嵌、ガラスパネル、航空宇宙のブラケット
- 部品サイズ
- テーブルは最大で数メートル。金属は厚さ約 150 mm まで
- 精度
- 約 ±0.1 mm が多い。厚い部品ではわずかなテーパーが出る
- 表面仕上げ
- マットでサンドブラストのような見た目。上部はなめらかで、下部にはうっすら波状の線。熱影響部はなし
- 向いているロット数
- 1 個から中規模のシリーズまで
- 金型・設備コスト
- 金型は不要。機械は数万ドルから数十万ドル。ほかにガーネットとポンプの保守費用
- 速度
- レーザーやプラズマより遅い。厚い金属では 1 m の切断に数分かかることもある
強みと限界
強み
- 熱がない：反り、硬化、焼けたエッジがない
- 石、ガラス、複合材を含め、ほぼどんな材料でも切れる
- 厚物の部品、金属で約 150 mm まで
- 1 台で、工具交換なしに多くの材料を切れる
限界
- 熱を使う方法より、1 m あたりが遅く、コストも高い
- ガーネット、ポンプのシール、オリフィスは高価な消耗品
- カーフは約 1 mm で、厚い部品ではわずかなテーパーが出る
- 濡れて騒がしい：部品を乾燥させ、タンクのスラッジを掃除する必要がある
使われる場所
- 航空宇宙熱で傷んでしまう、チタン部品や複合材の部品
- 石とガラスキッチンのカウンタートップ、床の象嵌、ガラスパネル、モザイク
- 機械加工工場厚板のブランク、プロトタイプ、硬い合金の部品
- 自動車車の内装のカーペット、ヘッドライナー、シール材（水のみ）
- 食品ケーキ、キャンディーバー、冷凍魚の切り分け（水のみ）
- ガスケットとフォームゴムのガスケット、フォームの梱包用インサート
見分け方
- マットで、細かくサンドブラストしたような切断面。熱による変色はまったくありません。
- 厚い切断面の下部にある、切断方向から後ろへ曲がった、うっすらとした曲線。
- わずかなテーパー：上側のほうが下側より、切り口が少し広いことが多いです。
- 床の象嵌のように、どんなのこぎりでもつくれない、石やガラスの入り組んだ形。
比較
動画を見る
Fireball Tool · ウォータージェットテーブルの基本を、初心者向けに
Waterjet Channel - Daniel Adair · ポンプ、オリフィス、混合チューブ、キャッチャータンクの解説
Secrets of Everyday Things · 圧力だけでは鋼が切れない理由
OMAXCorp · テーパーを補正する傾斜ヘッドを、間近で
実写真を見る
- Wikipedia：Water jet cutter — アブレシブ切断ヘッド（オリフィス、ガーネット、混合チューブ）の図付きの概要
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- 圧力は小さな宝石のオリフィスで速度に変わり、ガーネットの砂がジェットに切る力を与えます。
- 熱がないので、石、ガラス、複合材、熱に弱い金属をきれいに切れます。
- レーザーやプラズマより遅く、濡れます。カーフは約 1 mm で、わずかにテーパーが出ます。
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