Jet d’eau versus Fraisage : l’enjeu de l’optimisation de la matière première

Article rédigé par Guillaume JULLIAN de Mécanuméric Industrie et Benoît CANTIN / Metal-Interface

Dans des secteurs exigeants, comme dans l’aéronautique, où le coût des alliages d’aluminium (type 2024 ou 7075) ne cesse de croître, la gestion de la matière première est un levier essentiel de rentabilité. Pour les chaudronniers et sous-traitants, une question subsiste : quelle technologie privilégier pour la découpe ? Si le fraisage a longtemps été la norme pour sa précision, la technologie de découpe par jet d’eau s'impose aujourd'hui comme une alternative, notamment grâce à ses capacités d'imbrication supérieures.

Nous avons mené une étude comparative sur une série de 642 pièces réelles de tôlerie aéronautique pour quantifier les gains de matière et d'efficacité entre ces deux procédés.
 

Le choix d'une machine ne se limite pas à sa mécanique ; il dépend également du logiciel qui pilote la stratégie de coupe et d’imbrication.

• Le Fraisage (exemple de logiciel Mecatype, Rhino, Mastercam,...) : C’est le domaine de l’usinage pur. Ici, la programmation est complexe. L'opérateur doit choisir les outils (fraises), définir les vitesses de rotation et les trajectoires pour éviter l'arrachement ou la chauffe.
   
• Le Jet d’Eau (exemple de logiciel IGEMS, Alma, TopSolid,...) : Contrairement au fraisage, le logiciel gère l'essentiel de la stratégie de coupe en fonction du matériau, de l’épaisseur et de la qualité de finition souhaitée. La simplicité est telle qu’un opérateur peut être autonome en seulement trois jours.
   

Pour notre test, nous avons pris un lot de 642 pièces à produire dans de la tôle d'aluminium de 1m x 2m.

Le scénario Fraisage (logiciel utilisé MECATYPE)

En fraisage, la contrainte majeure réside dans le diamètre de l’outil. Pour détourer nos pièces, l'utilisation de deux fraises (diamètres 3mm et 6mm) a été nécessaire.

• Consommation : 5 tôles entières.
• Contraintes : Le fraisage impose un espacement important entre les pièces pour garantir la rigidité de la tôle pendant l'usinage et laisser passer l'outil. De plus, il faut souvent prévoir des brides ou des systèmes de maintien qui "utilisent" de la surface de la matière première.
   

Le scénario Jet d’Eau (logiciel utilisé IGEMS)

En utilisant la technologie jet d'eau couplée à l'intelligence du logiciel 'IGEMS, les résultats sont :

• Consommation : 4 tôles seulement (pour les mêmes 642 pièces).
• Performance : Un taux d'utilisation matière de 85%, soit seulement 15% de perte.
• Le secret : La "Coupe Commune". Le jet d’eau permet de réaliser des traits de coupe extrêmement fins (environ 1mm). Il est donc possible de faire de la coupe commune, c'est-à-dire coller les pièces les unes aux autres afin qu'un seul passage de découpe jet d’eau puisse être utilisé pour la découpe de 2 pièces. Ce gain de place permet d'économiser une tôle complète, ici sur un lot de taille moyenne.
   

  

   

Bilan matière : Le passage au jet d'eau permet d'économiser 20% de matière première (4 tôles contre 5 au fraisage). Dans l’aéronautique, où le prix au kilo de l'aluminium est élevé, l'amortissement de la machine se rentabilise rapidement uniquement avec les économies de matière.
 

Au-delà de l'économie de matière, le jet d'eau offre des bénéfices techniques :

• Absence de zone thermiquement affectée (ZTA) : C’est un argument fondamental pour le secteur aéronautique. Le jet d’eau est un procédé de découpe à froid. Contrairement au laser ou au fraisage à haute vitesse qui peuvent modifier les propriétés mécaniques de l’aluminium en surface. Le jet d’eau préserve l'intégrité structurelle du métal.
   
• Polyvalence et épaisseur : Là où le fraisage peine sur les matériaux tendres (caoutchoucs techniques, mousses) ou très durs (composites, titane), le jet d’eau découpe tout. Il passe de 0,5mm à plus de 200mm d'épaisseur avec le même outil : une tête de découpe unique.
   
• Simplicité des flux : La gestion des stocks est simplifiée. Plus besoin de gérer des centaines de références de fraises fragiles et coûteuses. L’abrasif (sable) et l’eau sont les seuls consommables.
   

Malgré la domination du jet d'eau sur l'imbrication, le fraisage conserve des cas d'usage spécifiques où il reste le maître :

1. Formes non débouchantes : Pour réaliser des lamages, des poches ou des rainures qui ne traversent pas la pièce.
    
2. Ultra-Précision : Si une pièce nécessite une tolérance inférieure au dixième de millimètre (H7, etc.), le fraisage de finition est obligatoire.

   

    

Pour une entreprise dans des domaines où les contraintes sont fortes, le constat est clair : la découpe primaire au jet d'eau présente un intérêt majeur. Le gain de rentabilité est triple :

1. Matière : 20% d'économie de tôle grâce à la coupe commune et aux imbrications.
2. Temps de programmation : une rapidité de mise en production inégalée.
3. Qualité : aucune altération thermique de la matière.

Le fraisage doit être repositionné comme une opération de reprise pour les finitions complexes. En adoptant cette stratégie “hybride”, les ateliers maximisent leur TRS (taux de rendement) global tout en réduisant drastiquement leur empreinte environnementale via la réduction des déchets.