3D-tulostimen vesijäähdytyspumppu: SC2201RPW ja peristalttiset pumput

Nestejäähdytys ratkaisee lämpöongelmat, joihin ilmatuuletin ei pääse 3D-tulostimen sisällä, ja pumppu päättää, pysyykö silmukka hiljaisena ja luotettavana. SC2201RPW hammasrataspumppu kierrättää jäähdytysnestettä nopeudella 20–50 ml/min alle 60 dB:n nopeudella yhdellä pienitehoisella silmukalla, kun taas 24 V:n peristalttinen SC2301CPW tuottaa 100 ml/min tai enemmän, kun lämpökuorma on suurempi. Mitoita lämmön virtaus ja valitse sitten jäähdytysneste ja letku.

Miksi 3D-tulostin tarvitsee vesijäähdytysjärjestelmän

3D-tulostuksen vesijäähdytysjärjestelmä ansaitsee paikkansa, kun lämmönlähde on suljettu, keskittynyt tai jatkuva, koska ilma voi kuljettaa lämpöä vain ympärillään olevaan ilmaan, kun taas neste kuljettaa lämmön jäähdyttimeen, jonka voit sijoittaa mihin tahansa koneeseen.

Lämpöviruminen on selkein tapaus. Suljetussa kammiossa 45-55 C:ssa kuuman pään tuuletin kierrättää lämmintä ilmaa kylmän ilman sijaan, filamentti pehmenee sulamisalueen yläpuolella ja suutin tukkeutuu painon puolivälissä.

Kammion lämpö on toinen tapaus, eikä se ole vain tulostuslaatuongelma. Julkaistuissa filamenttitulostimien ohjeissa kuvataan noin 60-70 C:n lämpötilassa pidettäviä kammioita ja todetaan, että kammioon sijoitetussa tulostimessa tulee olla aktiivisella jäähdytyksellä varustettu elektroniikka tulipalon vaaran vähentämiseksi.

Keskitetyt lähteet ovat kolmas. Diodilasermoduuli muuntaa vain osan syöttötehostaan ​​optiseksi ulostuloksi, joten loppuosa lähtee lämpönä, joka on johdettava pois pienestä pakkauksesta, ja askelmoottorit ajureineen lisäävät kukin muutaman watin runkoon ja kammion ilmaan.

Valmistajan kenttäraportit esittivät muutoksen tulostimen termein: hotendin siirtäminen nestejäähdyttämiseen stabiloi sen lämpötilan noin 5 C:n heilahteluista noin 1 C:een tai alle ja nosti tulostuksen onnistumisasteet noin 70 prosentista yli 90 prosenttiin.

Miksi ilmajäähdytyksen korkeustila loppuu

Vesi kuljettaa noin neljä kertaa ilman ominaislämpöä massayksikköä kohti - noin 4,2 J/(gK) verrattuna noin 1,0 J/(gK) - joten sama lämpökuorma tarvitsee paljon pienemmän nesteen massavirran kuin ilman. Tämä suhde, ei tuuletin, tekee nestesilmukasta houkuttelevan, kun lämpö jää loukkuun kotelon sisään.

Toinen etu on reititys. Tuuletin voi vain hylätä lämpöä ilmaan, jossa se istuu, joka on sama ilma, johon osa tulostaa. Ulkoisella jäähdyttimellä varustettu silmukka voi hylätä tämän lämmön kammion ulkopuolelta, joten jäähdytys ja kammion lämpötila lakkaavat taistelemasta keskenään.

Mitkä lämmönlähteet nestejäähdytys todella sopii

Taulukko 1. Lämmönlähteet 3D-tulostimessa, mihin kukin menee ja onko jäähdytysnestesilmukka oikea vastaus.

Lähteet: valmistajan nestejärjestelmän opastus (45-55 C:n kammio, hotend-jäähdytyskenttätiedot) ja mainittu filamenttien valmistuksen viite (60-70 C-kammiot, aktiivisesti jäähdytetty elektroniikka); laser-, moottori- ja elektroniikkarivit ovat tämän koneluokan insinöörikäytäntöä.

Lue seuraavaksi:Kuinka valita nestejärjestelmä 3D-tulostimille.

Kuinka paljon jäähdytysnestevirtausta silmukka tarvitsee?

Virtaus seuraa lämpökuormaa, ei pumpun luetteloa: vaadittu virtaus on yhtä suuri kuin lämpökuorma jaettuna tiheydellä, ominaislämmöllä ja lämpötilan nousulla, jonka olet valmis hyväksymään. 5 K:n nousussa 50 ml/min vettä kuljettaa noin 17 W; 10 K nousussa sama virtaus kuljettaa noin 35 W.

Virtausyhtälö tulostinyksiköissä

Vedelle, joka on lähellä huoneenlämpötilaa, yhtälö romahtaa yhdeksi vakioksi: vaadittu virtaus ml/min on noin14,4 kertaa lämpökuorma watteina jaettuna kelvinin sallitulla nousulla. Vakio on käänteisarvo tiheydestä kertaa ominaislämpö, ​​joten se kuuluu jäähdytysnesteeseen eikä pumppuun.

Glykoli muuttaa tämän vakion. Glykolin ja veden massasuhteessa 1:1 olevan seoksen ominaislämpö on noin 3140 J/(kg.K), joka on noin kolme neljäsosaa vedestä, joten se tarvitsee noin 25 prosenttia enemmän virtausta samaan lämpötilan nousuun. Se on jäätymissuojan hinta, ja se kannattaa maksaa vain silloin, kun koneen on selviydyttävä pakkasen alapuolella.

Taulukko 2. Jäähdytysnesteen virtaus, joka vaaditaan tietyn lämpökuorman kantamiseen kolmen lämpötilan nousun yhteydessä, 25 C:n vesi.

Lähde: tekijän laskelma Q=P / (rho xcx dT), jossa rho=997 kg/m3 ja c=4180 J/(kg.K), jolloin saadaan Q ml/min=14.4 x P / dT. Käytä 17,9 x P / dT 1:1 vesi-glykoli-seokseen. Arvot pyöristetään.

Miksi enemmän virtausta ei automaattisesti parempaa jäähdytystä

Nopeudella 50 ml/min 2,5 mm:n reiän läpi jäähdytysneste kulkee noin 0,17 m/s, ja Reynoldsin luku on noin 420 20 C:ssa ja 650 40 C:ssa - hyvin laminaarisen nauhan sisällä, joka päättyy lähelle 2 300. Tässä järjestelmässä kylmälevyn kalvokerroin määräytyy kanavan geometrian ja nesteen johtavuuden perusteella eikä sen mukaan, kuinka kovaa pumppu työntää, joten virtauksen kaksinkertaistaminen ostaa nesteen lämpötilan nousun pienempään, mutta ei puolita lohkon lämpövastusta.

Painehäviö toimii samalla tavalla. Hagen-Poiseuille-suhteessa pyöreälle putkelle virtausvastus on kääntäen verrannollinen säteen neljänteen potenssiin, joten porauksella on paljon enemmän merkitystä kuin pituudella. 2,5 mm:n reikä, joka kulkee 600 mm nopeudella 50 ml/min, maksaa vain noin 0,3 kPa suoran putken kitkaa; reiän puolittaminen kertoo sen kuudellatoista.

Oikeassa silmukassa liittimet hallitsevat joka tapauksessa. Kylmälevymikrokanavat, pikakatkaisimet, kulmakulmat ja suodattimet vastustavat paljon enemmän kuin putken seinämä, minkä vuoksi SC2301CPW:n julkaistulla 40-150 kPa:lla on merkitystä, kun silmukassa on useita liittimiä ja hienojakoinen kylmälevy, kun taas SC2201RPW:n mukava oikosulku on 30 kPa enemmän kuin yksinkertainen.

Säiliö on lämpömassaa, ei lämpötietä

Säiliö absorboi transientteja pikemminkin kuin vakaan tilan kuormitusta. Yksi litra vettä ottaa noin 4,2 kJ jokaista lämpenevää kelviniä kohden, joten minuutin - 6 kJ kestävä 100 W pulssi - nostaa litran säiliötä noin 1,4 K, kun taas 100 ml:n säiliö nousisi noin 14 K. Säiliön kokoa ei saa koskaan pysäyttää jäähdyttimen puskurina ja virtauksena.

Lue seuraavaksi:Tekninen kompromissi virtausnopeuden, paineen ja melun takana.

SC2201RPW: hiljainen 3D-tulostimen vesijäähdytyspumppu

SC2201RPW on tasavirtahammaspyöräpumppu, jonka nopeus on 20-50 ml/min, yli 30 kPa ja alle 60 dB 30 cm jännitteellä 3, 6 tai 12 V, mikä tekee siitä hiljaisen vesipumpun yhdelle pienitehoiselle jäähdytysnestepiirille suuren virtauksen jäähdyttimen piirin sijaan.

Mitä julkaistussa eritelmässä sanotaan

Taulukko 3. SC2201RPW-parametrit ja mitä kukin niistä muuttaa 3D-tulostimen jäähdytysnestesilmukassa.

Lähde: valmistajan spesifikaatiosivu SC2201RPW:lle; lämpökuljetettu sarake on kirjoittajan laskelma taulukosta 2.

Miksi 20-50 ml/min on oikea koko yhdelle silmukalle

Yksi hotend kylmäpään silmukka on pienitehoinen kuorma. Nopeudella 50 ml/min ja 10 K nousulla SC2201RPW siirtää jo noin 35 W lämpöä, mikä on enemmän kuin yksi lämpökatko normaalikäytössä hylkää - tämän koneluokan tekninen arvio julkisen luvun sijaan - ja lyhyen silmukan valmistajan referenssireiällä tarvitaan reilusti alle 30 kPa toimiakseen.

Matala virtaus on tässä ominaisuus, ei kompromissi. Tämän hiljaisen vesipumpun käyttäminen nopeudella 20-50 ml/min pitää melun, moottorin lämmön ja jokaisen kuluvan pinnan alhaisina, koska ne kaikki nousevat nopeudella, kun taas yhden pienitehoisen silmukan tarvitsema lämpö ei liiku. Hitaampi silmukka on oikea insinöörityö tähän tehtävään, ja siksi alle 60 dB:n luokitus ja 20-50 ml/min virtausalue kuuluvat samaan pumppuun.

Ohjaus on yksinkertaista, koska virtaus seuraa moottorin nopeutta. Vara-PWM-lähtö antaa toistettavan virtauksen, ja julkaistu ohje on siirtää kytkentäkaista 20-25 kHz:iin ja pitää minimikomento kuolleen alueen yläpuolella, jossa pumppu muuten humisi ja lämmittäisi käämitään ilman nesteen liikkumista.

Kuva 1. Vesisilmukan kuljettama lämpö kolmen lämpötilan nousun yhteydessä, ja kahden pumpun julkaistut virtausalueet on merkitty.

Lähde: tekijän laskelma arvosta Q=P / (rho xcx dT) 25 C:n vesille, piirretty kaaviona valmistajan julkaisemien virtausalueiden SC2201RPW:lle (20-50 ml/min) ja SC2301CPW:lle (100 ml/min ja enemmän). Laskelma, ei mittaus.

Lue seuraavaksi:SC2201RPW mikrohammaspyöräpumppu hartsin täyttöön.

Peristalttinen pumpun jäähdytys: nesteen eristys ja suuri virtaus

SC2301CPW on 24 V:n peristalttinen pumppu, jonka nopeus on 100 ml/min tai enemmän, 40-150 kPa, 60 dB tai vähemmän 50 cm:llä ja 200 mA tai vähemmän. Pumpun tehtävänä on määrittää, milloin silmukan täytyy kuljettaa enemmän lämpöä, sietää ilmakuplia tai pitää elektroniikka kokonaan poissa nesteen tieltä.

Mitä julkaistussa eritelmässä sanotaan

Taulukko 4. SC2301CPW-parametrit ja mitä kukin niistä muuttaa 3D-tulostimen jäähdytysnestesilmukassa.

Lähde: valmistajan yhteenveto SC2301CPW:n teknisistä tiedoista; lämpökuljetettu sarake on kirjoittajan laskelma taulukosta 2.

Yksi varoitus meluluvuista. Näitä kahta pumppua ei ole julkaistu samalla etäisyydellä: alle 60 dB 30 cm:n etäisyydellä mallissa SC2201RPW, kun taas 60 dB tai vähemmän 50 cm:ssä mallissa SC2301CPW. Äänenpaine laskee noin 6 dB joka kerta, kun etäisyys kaksinkertaistuu, joten 60 dB 50 cm:n kohdalla on noin 64 dB 30 cm:n etäisyydellä vapaassa kentässä. Vertailukelpoisin perustein nämä kaksi lukua ovat lähellä, joten hiljaisemman näköinen luku on pikemminkin mittausetäisyys kuin suunnitteluero.

Kuva 2. Kahden pumpun jäähdytysnesteen virtausalueet tavallisten tulostinsilmukoiden tarvitsemaa virtausta vastaan.

Lähteet: valmistajan julkaisemat virtausalueet SC2201RPW:lle (20-50 ml/min) ja SC2301CPW:lle (100 ml/min ja enemmän); silmukkakaistat on johdettu taulukosta 2 lämpötilan nousussa 10 K. Laskelma, ei mittaus.

SC2201RPW tai SC2301CPW: mikä pumppu mille silmukalle

Taulukko 5. SC2201RPW ja SC2301CPW vierekkäin, kumpikin voi kuljettaa lämpöä vesisilmukassa.

Lähteet: valmistajan tekniset sivut molemmille malleille; lämmön kantava rivi on tekijän laskelma Q=14.4 x P / dT.

"Hammaspyöräpumpun suurvirtausjäähdytys": mitä hakutermi todella tarkoittaa

Ostajat, jotka etsivät hammaspyöräpumpun suurvirtausjäähdytystä, kuvaavat yleensä työtä laitteiston sijaan. Tässä perheessä hammaspyöräpumppu on annostelulaite: SC2201RPW liikkuu 20-50 ml/min, mikä on pienivirtauspumppu millä tahansa jäähdytysstandardilla. Suuren virtauksen jäähdytystä palvelee peristalttinen SC2301CPW nopeudella 100 ml/min tai enemmän tai keskipakopumppu, kun silmukka tarvitsee litraa minuutissa alhaisella paineella.

Erotuksella on merkitystä, koska virtaus ja paine käyvät kauppaa toisiaan vastaan ​​sen sijaan, että ne lisäisivät. Molemmat pumput ovat syrjäytysiskuisia, joten ne pitävät virtaa järjestelmän vastuksen noustessa, mutta niiden absoluuttinen virtaus määräytyy siirtymän ja nopeuden mukaan, ei sen mukaan, kuinka kovaa moottoria käytetään. Jos silmukan täytyy liikkua enemmän kuin noin 70 W 10 K:n nousussa, 100 ml/min peristalttinen pumppu on lähtökohta; alle noin 35 W, hiljainen hammaspyöräpumppu kattaa työn.

Lue seuraavaksi:Peristalttinen pumppu vs hammaspyöräpumppu 3D-tulostimille.

Jäähdytysnesteen valinta 3D-tulostimen vesijäähdytysjärjestelmään

Tislattu vesi korroosionestoaineella ja biosidilla on oletusjäähdytysneste tulostinsilmukassa. Glykolia lisätään vain silloin, kun kone joutuu selviytymään pakkasen alapuolella, koska se luovuttaa noin neljänneksen silmukan lämpökapasiteetista eikä osta huoneenlämmössä mitään.

Vesi, glykoli tai esisekoitettu jäähdytysneste

Taulukko 6. Jäähdytysnestevaihtoehdot tulostinsilmukalle, ominaisuus, joka muuttaa virtauslaskentaa.

Lähteet: veden ominaislämmön ja lämmönjohtavuus mainitusta vesiviittauksesta; 1:1 massa-glykoli noin 3140 J/(kg.K) ja puhdas glykoli noin puolella veden ominaislämmöstä mainitusta glykoliviittauksesta; -37 C luku 50 tilavuusprosenttiselle propyleeniglykoliseokselle paineistetulla järjestelmällä mainitusta jäätymisenestoaineviittauksesta.

Sekametallit: korroosioloukku jokaisessa tulostinsilmukassa

Tulostinsilmukassa sekoitetaan yleensä metalleja ilman, että kukaan päättää: alumiininen kylmälohko, kupari- tai messinkijäähdytin, messinkiset liittimet ja ruostumaton puristin. Kun kaksi erilaista metallia jakavat johtavan nesteen, pari muodostaa galvaanisen kennon ja vähemmän jalometalli syöpyy. Tämä on sama ongelma, joka saa autojen jäähdytysnesteen kantamaan korroosionestoaineita, koska ajoneuvon jäähdytysjärjestelmä sisältää samanaikaisesti alumiinia, valurautaa, kuparia, messinkiä ja juotetta.

Kaksi sääntöä seuraa. Pidä silmukka yhdessä metalliperheessä, missä voit, ja käytä aina estettyä jäähdytysnestettä pelkän veden sijaan. Vesijärjestelmissä käytettyjä estäjiä ovat natriumnitriitti ja natriummolybdaatti. Lisää myös biosidi: valo ja lämpö kasvattavat leviä käsittelemättömässä silmukassa, jolloin biofilmi tukkii kylmälevyn ja syöttää hiukkasia pumppuun.

Kondensaatio: kylmälevyloukku lämmitetyssä kammiossa

Mitä kylmempää jäähdytysneste on, sitä enemmän lämpöä se pystyy imemään, joten säiliön jäähdyttäminen on houkuttelevaa. Lämmitetyssä kammiossa se on virhe. Tämän tulostinluokan kammioilma on lähellä 60-70 C, ja kylmää levyä vasten, joka pysyy selvästi kammion kastepisteen alapuolella, vesi tiivistyy ilmasta suoraan lohkoon, liittimiin ja kaikkeen niiden alapuolelle.

Pidä jäähdytysneste kammion kastepisteen yläpuolella, eristä kylmälohko ja sen johdot tai jaa silmukka suljettuun ensiöpiiriin ja toissijaiseen jäähdytinpiiriin. Älä koskaan ohjaa silmukkaa virtalähteen tai ohjaimen yläpuolelle.

Lue seuraavaksi:Tukosten, kuplien ja vuotojen ratkaiseminen mikropumppuparametreista.

Jäähdytysputkivalikoima: letkut, poraus ja liittimet

Valitse letkut tässä järjestyksessä: materiaali, joka kestää pumppumekanismin, kemia, joka kestää jäähdytysnesteen, sitten poraus ja pituus, jota virtauslaskelmasi pyysi. Kaikki muu on yksityiskohtia.

Materiaali: mitä telat ja jäähdytysneste sietävät

Taulukko 7. Tulostimen jäähdytysnestesilmukan putkimateriaalit arvioituna valinnan päättävien kriteerien perusteella.

Lähteet: silikonin kovuusalue ja sen alhainen vetolujuus ja huono kulutuskestävyys mainitusta silikoniviittauksesta; EPDM-kovuus, käyttöalue ja bitumivaroitus mainitusta EPDM-viittauksesta; PTFE:n kitkakerroin ja lämpöstabiilisuus mainitusta PTFE-vertailusta; 45 Shore A ja 2,5 mm:n reiän testiolosuhteet valmistajan spesifikaatioiden yhteenvedosta. Rivit ilman lainattua kuvaa ovat tämän koneluokan suunnittelukäytäntöjä.

Poraus, pituus ja taivutussäde

Poraus tulee virtauslaskelmastasi, ei väkäsestä, jonka satut omistamaan. Valmistaja testaa tätä pumppuperhettä 2,5 mm:n reiällä, mikä on järkevä vertailukohta: se pitää laminaarisen nauhan silmukan nopeudella 20-50 ml/min ja pitää painehäviön riittävän pienenä yli 30 kPa:n pumpulle.

Pidä imusarja lyhyenä, suorana ja niin leveänä kuin pumpun imuaukko sallii, koska kitka ja sisään jäänyt ilma sattuvat eniten ennen pumppua. Pidä silmukan kokonaistilavuus pienenä, sillä se määrittää kuinka kauan ilmaus kestää ja kuinka paljon huolto maksaa. Ja kunnioita taivutussädettä: mutkainen putki on suljettu venttiili ilman varoitusta, joten käytä reippaasti kaarteita ja tue pitkiä ajoja, jotta putki ei pääse romahtamaan imussa.

Liittimet, puristimet ja pikakatkaisimet

Jokainen liitin lisää painehäviötä ja vuotoa, joten laske ne ennen pumpun valintaa. Piikkiliittimet, joissa on puristinpuku pehmeä silikoniputki; push-to-connect liittimet sopivat jäykkään putkeen ja ovat nopeampia huoltaa tiivisteen kustannuksella, joka on lopulta vaihdettava.

Asenna karkea tulosuodatin pumpun eteen. Syynä on hammaspyöräpumppu: hiukkaset kuluttavat hammasratasverkkoa ja kulunut verkko avaa välykset, jotka säätävät pumpun virtauksen. Peristalttisessa pumpussa suodatin sen sijaan suojaa putkea hankaukselta.

Lue seuraavaksi:3D-tulostimen peristalttinen pumppu: hiljainen mikronesteen syöttöopas.

Asennus ja käyttöönotto

Asenna pumppu säiliön alle, pidä imuvirta lyhyenä, aseta säiliö korkeimpaan kohtaan niin, että kylmälohkossa on ilmaus, ja pidä kaikki sähköosat nesteen yläpuolella. Nämä neljä sääntöä estävät suurimman osan osan 8 vioista.

Kuva 3. Tulostimen jäähdytysnestesilmukka nesteen kulkujärjestyksessä, ja neljä tärkeintä asennussääntöä.

Lähde: tekijän kaavio. Komponenttien järjestys noudattaa normaalia suljetun kierron nestejäähdytyskäytäntöä; täyttösääntö kuvastaa julkaistua huomautusta, jonka mukaan SC2201RPW ei ole itsetäyttö.

Perustaso.Kirjaa muistiin ympäristön lämpötila, jäähdytysnesteen lämpötila säiliössä, kylmälevyn lämpötila vakaassa tilassa, virtausnopeus ajoitetusta annoksesta mittaussylinteriin ja pumpun virta.

Vuori ja tulva.Aseta säiliö pumpun tuloaukon kohdalle tai yläpuolelle, jotta hammaspyöräpumppu käynnistyy painovoiman vaikutuksesta, eristä pumppu rungosta ja asenna tulosuodatin. Peristalttinen pumppu imeytyy itsestään, mutta pidä sen tuloaukko joka tapauksessa tulvituna tasaisen virtauksen varmistamiseksi.

Reitti ja vuodata.Täytä silmukka ja käytä sitten pumppua alhaisella teholla korkein liitin auki, kunnes paluuvirtaus on kuplaton. Kallista konetta siirtääksesi jäänyt ilmaa kohti ilmauskohtaa.

Suojaa sähkölaitteet.Suojaa ajuri paikkaan sopivalla IP-luokituksella käyttämällä IEC 60529 -kotelointiluokitusta, pidä kaapeliläpiviennit silmukan alapuolella ja aseta tippa-allas liitosten alle. Älä koskaan ohjaa letkua virtalähteen yläpuolelle.

Aseta asema.Siirrä PWM-kaista 20-25 kHz:iin, aseta minimikomento kuolleen alueen yläpuolelle ja vahvista MOSFET-luokitus, haarasulake ja flyback-diodi, jos pumpulla on yhteinen tuuletinportti.

Vahvista ja kirjaudu.Toista perusviiva 24 tunnin tulostuksen jälkeen ja sitten huoltovälin jälkeen. Muutos, joka ei kestä helteistä päivää, ei ole vakiintunut kokoonpano.

Taulukko 8. Tulostimen jäähdytysnestesilmukan käyttöönotto- ja huoltotietue.

Lähteet: 40 tunnin annos ja nykyiset tarkastukset 5 prosentin ja 20 prosentin kriteereineen sekä viikoittaiset putken tarkastukset noudattavat julkaistuja nestejärjestelmän huolto-ohjeita; kylmälevyrivi on tämän koneluokan insinöörikäytäntö.

Lue seuraavaksi:3,0 V vai 24 V? Voiko 3D-tulostimesi emolevy todella käyttää tätä pumppua?.

Jäähdytysnestesilmukan vianetsintä

Useimmat jäähdytysnesteen piirin viat näkyvät lämpötilana, joka ei laske, ja syynä on yleensä virtaus, ilma tai kemia eikä itse pumppu. Vertaa käyttöönottotietoja ennen laitteiston vaihtamista.

Taulukko 9. Vianetsintämatriisi tulostimen jäähdytysnestesilmukalle.

Lähteet: annos ja nykyiset kriteerit noudattavat julkaistua ylläpito-ohjetta; ilmalukko-, jäähdytin- ja kondenssivesirivit ovat tämän koneluokan suunnittelukäytäntöä.