A novel air assisted abrasive waterjet concept for microcutting applications

Abrasive waterjet is one of the fastest growing non-conventional machining methods. By understanding the potential of this technology, waterjet manufacturers have made considerable investments in the development of an AWJ micromachining system but the main obstacle may be in the mindset of precision workshop owners that have recently tried standard waterjet system. This novel technology represents a very appealing and promising machining method compared to laser or EDM micromachining, offering many advantages such as high flexibility and versatility, small cutting forces, high capability to cut smaller and smaller features and the absence of thermal distortions and HAZ on the workpiece. Nevertheless, due to several challenges, such as the change in AWJ flow characteristics, poor flowability, clumping and clogging of fine abrasives, only limited progresses have been made till now. Thanks to great results obtained in the air assisted pure waterjet technology, in this dissertation it is decided to use this technique to face and solve these issues and to design and build up a completely working air assisted micro abrasive waterjet cutting system. For this purpose an entirely operating cutting head and an abrasive feeding line prototypes are achieved and, in the final part, a DOE approach is carried out to prove the effectiveness and to investigate the performances of this system.

Negli ultimi anni, la tecnologia abrasive waterjet si è affermata in modo preponderante tra le tecniche di lavorazione non convenzionali. I produttori e gli utilizzatori di macchine waterjet, rendendosi conto delle potenzialità di questa tecnologia, hanno sostenuto importanti investimenti nello sviluppo di sistemi di micro taglio, che rappresentano una soluzione innovativa e promettente confrontati con altre tecnologie, come laser ed EDM, offrendo numerosi vantaggi come flessibilità e versatilità, basse forze in gioco e assenza di zone termicamente alterate e distorsioni termiche. Nonostante ciò, per via di numerose difficoltà, sia a livello fluidodinamico che nella gestione e controllo di polveri abrasive di piccole dimensioni, limitati progressi sono stati ottenuti fino ad ora. Per via dei notevoli risultati ottenuti nel campo del “Air Assisted Pure Waterjet Technology”, si è deciso di implementare tale tecnica per affrontare e risolvere questi problemi e successivamente per progettare un sistema di micro taglio a getto d’acqua completamente funzionante. Per questo motivo sono stati realizzati i prototipi di una testa di taglio e di una linea di adduzione di abrasivo ed è stato utilizzato un approccio statistico, “Design Of Experiment”, per provarne l’efficacia e studiarne le prestazioni in termini di qualità sul prodotto finale.