Matalaviskositeettisista musteista korkeaviskoosisiin keraamisiin tahnoihin: valintarajan määrittäminen hammaspyöräpumppujen ja peristalttisten pumppujen välillä erityisille 3D-tulostusnesteille

Hammaspyöräpumpun ja peristalttisen pumpun välinen nesteenkäsittelyraja on paikassa, jossa neste lakkaa virtaamasta imussa ja alkaa tarvita painetta liikkuakseen. Alle noin 1 000 mPa·s, peristalttinen putkipumppu on turvallisempi oletus. Noin 10 000 mPa·s yläpuolella hammaspyöräpumppu pitää paineen ja mittarit ilman pulsaatiota. Sillä välin nesteen yhteensopivuus - hankaus, leikkaus ja hiukkaskoko - ratkaisee, mikä pumppu kestää käytössä.

Keskeiset takeawayt

Erikoiskäyttöisten 3D-tulostusnesteiden viskositeettialue kattaa yli viisi suuruusluokkaa: keraamiset mustesuihkumusteet suihkutetaan 10-40 mPa·s, kun taas julkaistut robocasting-pastat mittaavat 2 × 10⁵ mPa·s tulostuksen leikkausnopeuksilla 2,6 mPa·10⁷:iin.

Hammaspyöräpumppu tiivistää itse nesteellä. Liukuminen kasvaa viskositeetin laskiessa, joten ohuet musteet menettävät mittaustarkkuuden, ellei välyksiä kiristetä, paine-eroa ei pidetä alhaisena ja kovat hiukkaset suodatetaan pois.

Peristalttinen pumppu tiivistää tukkimalla putken, joten tiivistys tuskin riippuu viskositeetista. Paine on rajana: putkipumput saavuttavat noin 3–7 baarin, rullapäät 8 baariin ja kenkätyyppiset letkupumput noin 15 baariin.

Materiaalin soveltuvuus erottuu selkeimmin hankauksen ja leikkauksen suhteen. Keraamiset hiukkaset kuluttavat hammaspyörien kärkiä ja levyjä, kun taas peristalttinen kulutusosa on edullinen putki; leikkausherkät musteet suosivat matalan leikkausvoiman putken reittiä.

Tämä valintaopas suosittelee peristalttisia pumppuja alhaisen viskositeetin, leikkausherkille tai steriileille nesteille ja hammaspyöräpumppuja korkeaviskositeettisiin, korkeapaineisiin tai pulssivapaisiin mittaustöihin.

Minkä viskositeettialueen kukin pumpputyyppi todella kattaa?

Hammaspyöräpumput kattavat laajimman viskositeettialueen - Viking Pump tarjoaa säädettävän välyksen malleja 1 - 440 000 cSt - kun taas peristalttiset putkipumput kattavat ohuita tai kohtalaisen viskoosisia nesteitä ja vahvistetut letkupumput ulottuvat jäykkään, kiintoainepitoiseen väliaineeseen pienemmällä paineella.

Käyttöalue on kapeampi kuin kumpikaan tietolehtinen ehdottaa, koska kaksi kysymystä koskee yhtä aikaa: mitä neste tekee pumpulle (kuluminen, korroosio, putken väsyminen) ja mitä pumppu tekee nesteelle (leikkaus, pulsaatio, kontaminaatio). Erikoistuotteen 3D-tulostusnesteen kohdalla tämä kartoitus näyttää taulukosta 1.

Mistä nesteenkäsittelyraja tulee

Molemmat pumppuperheet käyttävät päinvastaisia ​​tiivistysstrategioita. Hammaspyöräpumppu muodostaa kolme dynaamista tiivistettä pumpun päähän ja luottaa välissä olevaan nestekalvoon, joka erottaa korkeapaineisen ulostulon matalapaineen tuloaukosta. Peristalttinen pumppu ei koskaan päästä nestettä tiivisteeseen: rullat tai kengät puristavat putken tasaiseksi ja neste kulkee suljetun taskun sisällä.

Tämä yksittäinen ero selittää koko rajan. Viskositeetti hallitsee hammaspyöräpumpun käyttäytymistä ja tuskin vaikuttaa peristalttiseen tiivistykseen; poistopaine asetetaan ensimmäisessä tapauksessa pumpun pään ja toisessa putken avulla.

Miksi hammaspyöräpumput menettävät mittaustarkkuutensa alhaisen viskositeetin musteissa?

Hammaspyöräpumppu tiivistää nestekalvon omien välysten sisällä. Kun neste on ohutta, sitä enemmän vuotaa takaisin ulostulosta sisääntuloon - luisto - joten toimitettu tilavuus putoaa teoreettisen siirtymän alapuolelle ja virhe muuttuu paine-eron ja vaihteiston kulumisen myötä.

Micropump kuvaa kolme dynaamista tiivistysaluetta hammaspyöräpumpussa: hammaspyörän kärjet ontelon seinämää vasten, kahden hammaspyörän kosketuspiste ja liitäntäpinnat, joissa hammaspyörät kohtaavat rungon ja päätykannen. Välyksiä ei voida välttää, koska osien täytyy liikkua, joten osa nesteestä kierrättää aina sisäisesti.

Slip ei ole kiinteä numero. Se pahenee paine-eron kasvaessa, viskositeetin pienentyessä ja vaihteiden kuluessa. Tästä syystä kaksi identtistä pumppua voivat tuottaa eri määriä kahdella eri musteella, ja siksi hammaspyöräpumpun virtaus-paine-käyrä taipuu paineen noustessa.

Valmistajat vastaavat tyhjennysstrategialla yhden erittelyn sijaan. Viking Pump tarjoaa säädettävät välykset 1 - 440 000 cSt, joten yksi pumppuperhe voidaan rakentaa tiiviiksi ohuille nesteille tai löysäksi raskaille tahnoille. Mikropumpussa käytetään painekuormitettua imukenkää, joka sulkeutuu paine-eron noustessa pitäen lähes nollassa luiston vaihteiston käyttöiän ajan.

Matalaviskositeettisen musteen osalta noudatetaan kolmea sääntöä. Pidä paine-ero alhaisena, koska luisto on paineohjattu. Suodata kovat hiukkaset 5 µm asti, koska kuluminen avaa välyksiä ja lisää pysyvästi luistoa. Ja syötä pumppua tulvivasta imuaukosta: hammaspyöräpumput eivät ole itseimeviä, eivätkä ne saa koskaan käydä kuivana. Jos näitä sääntöjä ei voida noudattaa, peristalttinen pumppu on vakaampi annosteluvaihtoehto, koska sen siirretty tilavuus määräytyy putken avulla eikä välyksen avulla.

Miksi peristalttiset pumput lakkaavat toimimasta korkeaviskoosisen tahnan kanssa?

Koska putki on paineastia. Peristalttinen pumppu rakentaa painetta puristamalla letkua tai putkea, joten sen saavuttamaa poistopainetta rajoittaa putken lujuus ja väsymisikä, ei neste.

Kahdella peristalttisella luokalla on erilaiset katot. Tarkkuusputkipumput on suunniteltu alhaiselle paineelle ja annostelulle: Verderflex Ds500 tuottaa jopa 30 l/h maksimipoistopaineella 7 bar, ja Microdosin OEM-sarja on 3 baaria. Vahvistetut letkupumput menevät pidemmälle - Verderflex Dura saavuttaa 55 000 l/h ja jopa 16 baarin paineen, ±1 %:n mittaustarkkuudella ja 9,5 metrin imukorkeudella. Pumppupäärakenne ratkaisee loput: telan päät tukevat jopa 8 baarin painetta, kun taas kenkäpäät jakavat kuorman suuremmalle alueelle ja ovat suositeltavia korkeammille paineille, jopa noin 15 baariin, ja viskoosisemille neseille.

Myös viskoosin materiaalin pumppaus rasittaa imuvaihetta. Peristalttinen pumppu imee nestettä, kun puristettu letku ponnahtaa takaisin; myötörajalla varustettu tahna vastustaa palautumista ja voi kavitoida putken täyttämisen sijaan. Suuren viskositeetin käyttö vaatii siksi tulvittua tai paineistettua syöttöä imunoston sijaan, vaikka pumppu imeytyy helposti ohuissa nesteissä.

Viimeinen raja on itse putki. Peristalttiset letkut rikkoutuvat vahvistuskerroksensa väsymisen vuoksi ja virtaus heikkenee putken ikääntyessä. AxFlow'n valintaohje on ylimitoittaa pumppu ja käyttää sitä hitaammin, mikä pidentää putken käyttöikää suuremman pumppupään kustannuksella. Kun suutin tarvitsee enemmän painetta kuin putki kestää, ei peristalttista vaihtoehtoa ole: tahnan ekstruusio siirtyy mäntä- tai mäntäsyöttöön syrjäytysekstruuderiin, jossa paineen syntyy vääntömomentin sijaan putken lujuuden sijaan.

Miten nesteen yhteensopivuus ratkaisee kahden pumpputyypin välillä?

Hankaus- ja leikkausherkkyys vetää vastakkaisiin suuntiin. Kovat keraamiset hiukkaset tuhoavat lähiväliset hammaspyöräpumput, mutta kuluttavat vain peristalttista putkea; leikkausherkät musteet kestävät peristalttisen pumpun, mutta ne voivat vaurioitua hammaspyöräpumpun välysten sisällä.

Keraaminen jauhe on kovaa, minkä vuoksi Micropump suosittelee 5 µm:n suodatusta aina, kun hiukkaset ovat kovia: ne hiukkaset kiihdyttävät hammaspyöräpumpun kulumista. Robocasting-muste sisältää yli 40 tilavuusprosenttia keraamista jauhetta, jonka hiukkaskoot ovat huomattavasti suodattimen luokituksen yläpuolella, joten tarkkuusvaihteistopumppua ei voida suojata tässä tehtävässä vaihtamatta mustetta. Siellä missä hammaspyöräpumppuja käytetään nykyään keramiikassa, ne kierrättävät hienoa, pigmenttimäistä mustetta digitaalisten laattatulostimien tulostuspäihin, ja toimittajat määrittelevät kulutusta kestävät pumppumateriaalit juuri tästä syystä.

Leikkaus on toinen akseli. Toimittajat kuvailevat peristalttisia pumppuja alhaisen leikkausvoiman omaaviksi, koska nestettä työnnetään putken läpi sen sijaan, että se pakotettaisiin kapeiden välysten läpi. Tämä on vaatimus leikkausherkille polymeereille, geeleille ja solukuormitetuille biomusteille. Hammaspyöräpumppu altistaa nesteen voimakkaalle leikkausvoimalle hammaspyörien kärjessä ja verkossa, mikä on hyväksyttävää pigmentoituneille musteille ja tahnoille, mutta riskialtista leikkausherkille järjestelmille.

Saastumisentorjunta on kolmas. Peristalttisessa pumpussa neste koskettaa vain putkea, joten ristikontaminaatio eliminoituu ja kertakäyttöinen nestereitti tulee mahdolliseksi - syynä peristalttiset pumput hallitsevat steriiliä nesteenkäsittelyä. Hammaspyöräpumppu paljastaa nesteen hammaspyörille, levyille ja tiivisteille, joten puhdistuksen validointi, kuollut tilavuus ja materiaalien yhteensopivuus tulevat kaikki osaksi suunnittelua.

Lämpötila asettaa käytännöllisen ikkunan. Verderflex arvostaa Verderprene-letkuja +10 astetta +85 asteeseen ja platinakovetettua silikonia -20 asteesta +80 asteeseen USP Class VI hyväksynnällä, ja suosittelee olemaan pumppaamatta yli 85 astetta nesteitä. Hammaspyöräpumppuja, joissa on ruostumattomasta teräksestä, PTFE:stä, Rytonista tai PEEK:stä saatavilla olevat kostutetut osat, ei rajoita putken kimmoraja.

Hammaspyöräpumppu vs peristalttinen pumppu: suora pumpputyyppivertailu

Päivystys, jako on puhdas. Peristalttiset pumput menestyvät itseimevällä, kuivakäynnillä, alhaisella leikkausvoimalla ja kertakäyttöisillä nestereiteillä. Hammaspyöräpumput saavuttavat paineen, pulssittoman virtauksen ja annosteluvakauden paksuissa, paljon kiintoainepitoisuuksissa.

Erityisessä 3D-tulostusjärjestelmässä kaksi pumpputyyppiä yhdistetään usein mieluummin kuin valitaan niiden välillä. Peristalttinen pumppu annostelee tai kierrättää nestettä säiliöstä, koska se käsittelee imua, kiintoaineita ja kontaminaatiota helposti, kun taas hammaspyöräpumppu tuottaa paineen ja pulssittoman virtauksen, jota suutin tai tulostuspää tarvitsee. Rajakysymykseksi tulee sitten se, mikä pumppu omistaa annostelutoiminnon.

Jos neste on ohutta ja annostelun toleranssi on kohtalainen, peristalttisen pumpun tulee omistaa se. Jos neste on paksua, hankaavaa tai se on syötettävä paineella pieneen aukkoon, hammaspyöräpumpun tulee omistaa se - ja kaikkia piirissä olevia peristalttisia pumppuja tulee käsitellä syöttöpumppuina.

Mitkä nesteen ominaisuudet viskositeetin lisäksi muuttavat rajaa?

Hyötyjännitys, kiintoainekuormitus, hiukkasten koko ja muoto, lämpötila, tiksotropia ja käyttösuhde muuttavat käyttökelpoista rajaa - joskus suuruusluokkaa kumpaankin suuntaan.

Kuinka minun tulisi määrittää nesteen reitti kullekin pumpputyypille?

Kuvaile nesteen tulostuslämpötilaa ja leikkausnopeutta, jonka pumppu näkee, kiinnitä käyttöpiste ja valitse sitten pumppu, joka täyttää molemmat. Kymmenen vaihetta kattavat useimmat erikoiset 3D-tulostusnesteet.

Mittaa näennäinen viskositeetti useammalla kuin yhdellä leikkausnopeudella lämpötilassa, jonka neste saavuttaa pumpussa. Käytä rotaatiomenetelmää ei-newtonilaisille materiaaleille (ISO 3219-2, ASTM D2196) ja kartio- ja levy-korkean leikkausvoiman menetelmää, jossa neste kulkee pienen aukon läpi (ASTM D4287). Virtauskuppi (ISO 2431) riittää vain lähes Newtonin musteiden nopeaan lattiatarkastukseen.

Muunna yksiköt ennen luetteloiden vertailua. Kinemaattista ja dynaamista viskositeettia yhdistää ominaispaino: cSt × ominaispaino=cP ja cP ÷ ominaispaino=cSt.

Korjaa työpiste: vaadittu virtausnopeus, vaadittu paine suuttimessa tai tulostuspäässä ja olosuhteet säiliön ympärillä.

Noudata rajasääntöjä järjestyksessä: viskositeettinauha ensin, sitten hankaus, leikkaus ja steriiliys. Taulukko 1 on lähtökohta.

Jos kyseessä on peristalttinen pumppu, kokoa käyttöpisteen yläpuolelle ja käytä hitaammin; putken käyttöikä kasvaa, kun roottorin nopeus laskee.

Jos peristalttinen pumppu syöttää suutinta, asenna sykkeenvaimennin; tasainen, tasainen virtausnopeus suojaa alavirran komponentteja.

Suunnittele hammaspyöräpumpulle tulviva imuaukko äläkä koskaan käytä sitä kuivana. Lisää kevennyspolku, koska luisto ja järjestelmän paine muuttuvat millä tahansa alavirran rajoituksella.

Määritä suodatus hiukkasten kovuuden mukaan - 5 µm koville hiukkasille, karkeampi vain, jos hiukkaset ovat pehmeitä - ja varmista, että musteen omat kiintoaineet ovat rajan alapuolella.

Valitse putki- tai letkuyhdiste kemian, lämpötilan ja säädösten mukaan ja muista käytännöllinen 85 asteen katto.

Kalibroi tulostuspäässä pumpun ulostulon sijaan ja varmista uudelleen putken ikääntyessä, koska peristalttinen virtaus heikkenee putken väsyessä.

Mikä pumppu kannattaa valita 3D-tulostusnesteeksi?

Valitse peristaltiikka ohuille, leikkausherkille tai steriileille nesteille kohtalaisella paineella ja varusteet paksuun, hankaavaan tai korkeapaineiseen käyttöön. Viisi sääntöä ratkaisee useimmat tapaukset.

Alle 1 000 mPa·s ilman hankaavia kiintoaineita ja kohtalainen paine: peristalttinen putkipumppu. Se mittaa putken tilavuuden mukaan, sietää hyvin ohuita nesteitä ja pitää nesteen putken sisällä.

Alle 1000 mPa·s, mutta neste on ruiskutettava tulostuspäähän paineella: tiukka välys hammaspyöräpumppu 5 µm suodatuksella, alhainen paine-ero ja gravimetrinen kalibrointi.

1 000 - 10 000 mPa·s pehmeillä tai liuenneilla kiintoaineilla: hammaspyöräpumppu, koska viskositeetti tiivistää nyt välykset ja pulssiton virtaus parantaa laskeutumista.

Yli 10 000 mPa·s kovien keraamisten hiukkasten kanssa: hammaspyöräpumppu vain, jos rakenne kestää kulumista ja tulvivaa syöttöä; muuten mäntäsyöttöinen syrjäytysekstruuderi, koska putkipumput ovat painealueensa ulkopuolella.

Steriili, kertakäyttöinen tai ristikontaminaatiokriittinen: peristalttinen pumppu USP-luokan VI letkulla, millä tahansa viskositeetilla putken paineen sisällä.

Jos määrität nestereitin pastan ekstruusiota tai materiaalisuihkutusta varten, insinöörimme voivat tarkistaa pumpun valinnan, syöttöjärjestelyn ja tulostuspään käyttöliittymän nestetietojesi perusteella. Jaa reologiakäyrä ja päivystyspiste kauttamme3D-tulostuspalvelusivu taipyydä tarjous, ja vahvistamme, minkä pumpputyypin pitäisi omistaa annostelutoiminto.

Usein kysytyt kysymykset

Pystyykö peristalttinen pumppu käsittelemään keraamista tahnaa?

Rajojen sisällä. Letkupumput siirtävät jäykkiä, kiintoainepitoisia aineita, mutta vain sellaisella paineella, jolla letku kestää - keskitason Verderflex Dura -mallit saavuttavat 12 baarin paineen ja läpäisevät hiukkasia jopa 2,5 mm:n syvyyteen. Tarkkuusputkipumppu on erilainen tapaus: korkean kiintoainepitoisuuden omaava robocasting-tahna tarvitsee enemmän painetta kuin putki pystyy tuottamaan, joten tahnan suulakepuristamiseen käytetään yleensä mäntä- tai männänsyöttöä.

Pystyykö hammaspyöräpumppu käsittelemään alhaisen viskositeetin mustetta?

Kyllä, mutta tarkkuus riippuu suunnittelusta. Liukuminen lisääntyy viskositeetin pienentyessä, joten määritä tiukat välykset, pidä paine-ero alhaisena ja suodata kovat hiukkaset 5 µm:iin. Odota, että kalibroit tulostuspäässä sen sijaan, että luottaisit teoreettiseen siirtymälukuun.

Mikä viskositeetti on liian korkea peristalttiselle pumpulle?

Yksittäistä numeroa ei ole, koska todellinen raja on paine eikä viskositeetti. 3–7 baarin putkipumppu lakkaa toimimasta, kun neste tarvitsee enemmän painetta liikkuakseen kuin putki kestää. Jäykkä keraaminen tahna luokassa 10⁵ mPa·s on putkipumppujen ulkopuolella, ja letkupumput käsittelevät sitä vain pienemmällä virtauksella.

Mikä pumppu on parempi hankaaville keraamisille lietteille?

Peristalttinen letku tai putkipumppu, koska ainoa kuluva osa on letku tai putki ja se vaihdetaan rutiininomaisesti - välystä ei tarvitse pitää. Hammaspyöräpumput voivat käyttää hankaavia nesteitä, mutta kuluminen avaa välyksiä ja lisää pysyvästi luistoa, minkä vuoksi koville hiukkasille suositellaan 5 µm:n suodatusta.

Kuinka mitataan viskositeetti pumpun valinnassa?

Käytä rotaatioreometriä tai viskosimetriä ei-newtonilaisille nesteille (ISO 3219-2, ASTM D2196), kartio- ja levy-korkealeikkausmenetelmää, jossa neste kulkee pienen aukon läpi (ASTM D4287), ja virtauskuppia (ISO 2431) vain nopeaan vertailuun lähellä Newtonin inksejä. Ilmoita aina lämpötila ja leikkausnopeus arvon rinnalla.

Vahingoittaako hammaspyöräpumput leikkausherkkiä nesteitä?

He voivat. Rakojen ja hammasverkon läpi kulkeva neste näkee suuren leikkausvoiman, minkä vuoksi peristalttisia pumppuja suositellaan leikkausherkille tuotteille, kuten geeleille, polymeereille ja soluviljelmille. Pigmentoiduille musteille ja keraamisille tahnoille tämä leikkaus ei ole ongelma.

Bottom line

Hammaspyöräpumppujen ja peristalttisten pumppujen välinen raja on viskositeetilla ilmaistu paineraja: peristalttiset pumput tiivistyvät mekaanisesti, mutta eivät pysty kehittämään suurta painetta, kun taas hammaspyöräpumput kehittävät painetta, mutta tiivistävät vain niin hyvin kuin neste sallii. Yhdistä viskositeetti, hankaus ja leikkausvoima näihin rajoituksiin ja varmista sitten kalibrointiajolla tulostuspäässä.