Kronos Energy Solutions

Les jets d’eau haute précision élargissent la capacité des fabricants en matière d’énergie renouvelable

Tout fournisseur d’énergie alternative a un objectif

Celui d’aider les gens en produisant et en proposant des options abordables pour les efforts écologiques, qui sont souvent très coûteux.

Voilà pourquoi ils ont été heureux d’apprendre que la découpe au jet d’eau, respectueuse de l’environnement, a évolué pour répondre à leurs exigences strictes dans les travaux de production, de personnalisation et de prototypage.

L’externalisation est coûteuse

Kronos Energy Solutions de Cordova, dans le Tennessee, conçoit et fabrique de petites éoliennes à axe vertical pour les environnements ruraux, urbains et marins. John Bogensberger, PDG de Kronos, possède des années d’expérience dans les opérations de fabrication de portes de bâtiment en métal léger.

« J’ai découvert les jets d’eau à l’occasion d’un salon IMTS en 1998. J’étais intrigué par le processus, parce qu’il ne produit pas de gaz toxique, de poussière ni de produits chimiques dangereux. Mais j’estimais que je ne pouvais pas les justifier dans un environnement de production intensive de découpe de tôle en acier ».

Bogensberger a lancé Kronos Energy Solutions en 2009 et a d’abord externalisé une grande partie des travaux. L’externalisation est un excellent moyen qui ne nécessite pas d’investissements initiaux en capitaux pour les nouvelles entreprises, lorsqu’il s’agit de découpage et d’usinage de pièces. Elles peuvent alors se concentrer sur la fabrication des pièces dans le produit final, tout en testant différents procédés de machine-outil avant de prendre une décision sans appel d’investissement.

Cependant, l’externalisation peut également occasionner des retards si l’atelier ne fabrique pas correctement les pièces ou s’il faut effectuer des modifications de conception. Kronos a également constaté que le traitement secondaire nécessaire pour retirer la zone thermiquement affectée et l’écume provoquée par oxycoupage prenait beaucoup de temps. L’emboutissage des pièces rendait les contours irréguliers. Il était alors impératif de les enlever.

L’externalisation vers un atelier ayant recours à des jets d’eau classiques éliminait la nécessité du traitement secondaire. Cela réglait toutes ces questions, « mais il fallait encore faire face aux préoccupations concernant l’angle d’inclinaison », explique M. Bogensberger.

« Nous utilisons une configuration d’équipement spécialisée qui requiert des tolérances très strictes. Nous devons donc encore procéder à l’usinage de reprise ».

Puis, M. Bogensberger a assisté au salon de FABTECH qui s’est tenu à Atlanta en 2010 pour voir les dernières machines-outils. C’est là qu’on lui a présenté le système de découpe Mach 4 de Flow équipé de la technologie Dynamic Waterjet® XD.

« Les progrès réalisés par Flow en matière de technologie jet d’eau sont impressionnants. Nous avons toujours su que le jet d’eau est extrêmement flexible, mais lorsque nous avons découvert la vitesse et la précision dont les systèmes FlowJet sont capables, nous savions qu’il nous en fallait un ».

Les dernières avancées en matière de jet d’eau

Deux types de problèmes de qualité minent la découpe au jet d’eau chargée d’abrasif : le décalage et l’angle d’inclinaison. Ces deux erreurs de précision peuvent être minimisées en ralentissant de manière significative la vitesse de découpe, mais la durée du cycle et le coût par pièce augmentent en proportion.

Le décalage désigne le phénomène au cours duquel le point de sortie du jet qui découpe la pièce accuse un sérieux retard par rapport au point d’entrée. Ce phénomène provoque des erreurs de géométrie, car cela crée des formes coniques au lieu de circulaires, ce qui contribue à atténuer les angles des coins intérieurs.

Un angle d’inclinaison en V se forme naturellement à mesure que la puissance du jet d’eau se dissipe à travers la matière pendant la découpe. L’ampleur de l’erreur d’angle d’inclinaison augmente proportionnellement à la vitesse de découpe, à hauteur de 0,254 mm de chaque côté. Comme dans le cas du décalage, la façon habituelle de réduire l’angle d’inclinaison consistait à diminuer la vitesse de découpe. Cela réduit non seulement le nombre de pièces qui peuvent être découpées chaque jour, mais augmente également la quantité de grenat (qui représente la majeure partie des coûts liés à la découpe au jet d’eau abrasif) nécessaire par centimètre.

Le jet d’eau dynamique avec Active Tolerance Control™ est l’un des progrès les plus importants de l’histoire de la technologie du jet d’eau chargée d’abrasif pour la découpe à plat.

Inventé et breveté par Flow en 2001, spécifiquement conçu pour lutter contre les décalages et les angles d’inclinaison dans le cadre de la découpe à plat, il permet de s’assurer que le jet d’eau effectue la découpe à une vitesse optimale en associant le logiciel simple et puissant à la conception de la machine-outil de précision et du poignet articulé. Les pièces sont découpées plus rapidement, pour un moindre coût par centimètre.

Après plusieurs années de conception et de tests, Flow propose désormais ces mêmes améliorations dans le cadre du chanfreinage et de la découpe 3D avec Dynamic Waterjet XD. Auparavant, il fallait des heures pour programmer correctement une seule pièce en 3D dans un environnement jet d’eau.

FlowXpert™, le logiciel CAO de Flow, prend en compte le comportement du jet d’eau et rend la programmation plus rapide et plus intuitive. En utilisant les modèles mathématiques avancés SmartStream™, ce système de mouvement révolutionnaire permet d’assurer que le jet d’eau de découpe est positionné correctement. La vitesse de découpe est deux à quatre fois plus rapide, avec moins de décalage que les systèmes conventionnels à cinq axes.

« Nous avons conçu le système Dynamic XD en vue de combiner les capacités de découpe au jet d’eau dynamique de Flow à un système multiaxes avancé afin de découper des pièces complexes en 3D. Contrairement aux systèmes multiaxes traditionnels dont la programmation prend des heures, ce système est conçu pour être convivial et offrir la flexibilité nécessaire à la réduction des cycles de production ou des pièces ponctuelles pour les prototypes », explique Tim Fabian, directeur de produit mondial au sein de Flow International. « Nous avons repris notre principe en 2D de passage de l’esquisse à l’objet concret en une minute et l’avons appliqué dans l’univers 3D. Si la géométrie est épurée, vous pouvez créer un programme 3D de découpe au jet d’eau en seulement une minute ».

Les avantages de posséder un jet d’eau de précision

Kronos a acheté un système Mach 4 de 4 x 2 mètres pour s’assurer que les opérateurs ne soient pas limités par la taille de la table de découpe.

« La première chose que nous avons remarquée était la réduction considérable du coût de nos pièces », confie M. Bogensberger. « Pour vous donner un exemple, nous avons auparavant externalisé le travail vers un fabricant d’engrenages pour un coût unitaire de 103 $. Avec notre système FlowJet, découper la même unité coûte désormais autour de 1,40 $ sans la nécessité de procéder à l’usinage de reprise. Ainsi, nous pouvons faire profiter directement les clients de ces économies ».

La flexibilité d’un jet d’eau permet également de découper pratiquement tous les matériaux, qu’il s’agisse d’acier inoxydable, d’aluminium, d’acier doux ou de caoutchouc. « Nous avons fabriqué un présentoir Lexan équipé de joints de verrouillage. Aucune vis n’a été utilisée, seulement des rainures et des chevilles, de sorte qu’aucun système de fixation ne soit nécessaire », déclare M. Bogensberger.

Le système FlowJet permet à cette entreprise de proposer des coûts réduits et des services de grande qualité à ses clients.

« Nous avons un nouveau client qui a acheté des matières premières, les a expédié chez un métallurgiste, puis vers un centre de traitement des métaux. Ces derniers utilisent une presse à poinçonner qui a créé des contours irréguliers que le client a dû ébarber. Il y avait aussi un écart de 0,762 mm de haut en bas », explique Frank Garavelli, directeur des ventes.

« Il a fallu que différents fournisseurs effectuent un total de six opérations distinctes pour que la pièce puisse réintégrer le processus. Avec notre système FlowJet, il nous suffit de commander la matière première, de découper et de mettre les pièces en forme, et celles-ci sont prêtes pour le processus final. Il n’est pas nécessaire d’ébavurer ou de parfaire des contours irréguliers ».

Grâce à la précision du système Dynamic XD, Kronos peut même empiler les matériaux et découper huit pièces à la fois. « Flow a assurément transformé le jet d’eau en une machine de production », confie M. Bogensberger.

Le jet d’eau leur a également permis d’élargir les types d’activités qu’ils prennent en charge, en plus de faire partie de la chaîne d’approvisionnement en énergie éolienne.

« L’énergie éolienne constitue un moyen de réduire la consommation en combustibles fossiles. L’autre moyen consiste à rendre la consommation de ce combustible plus efficace », affirme M. Garavelli.

« Le transport par camion sur de grandes distances, par exemple, nécessite énormément de carburant. Nous avons donc conçu des carénages aérodynamiques latéraux pour réduire la résistance et optimiser la consommation de carburant. Notre système FlowJet nous permet de personnaliser l’apparence des carénages conformément aux exigences du camionneur ou selon la conception de la flotte ».

Que ce soit un logo, des coordonnées ou une applique qui doit être assortie aux illustrations déjà présentes sur le camion, Kronos est désormais en mesure de répondre rapidement aux attentes de ses clients. Parmi les nouveaux projets entrepris figurent notamment l’application de revêtement de sol personnalisé et même la découpe d’un bloc de béton de 12,7 cm pour une sculpture d’église.

« En un mot, le système FlowJet nous a permis d’élargir notre champ d’action et d’augmenter nos revenus nets d’au moins 20 % », explique M. Bogensberger. « En raison de notre capacité à proposer des prototypes et de la flexibilité de conception dont nous sommes capables pour nos éoliennes ainsi que pour les travaux de commandes, nous estimons notre retour sur investissement à 22 mois ».