Kuinka valita nestejärjestelmä 3D-tulostimille? Kattava vertailuopas peristalttisten ja hammaspyöräpumppujen välillä

Suora vastaus: Vastaa tehtävään, ei pumppuluokkaan

Valitse pumpputyyppi tehtävästä, älä tavan mukaan. Käytä mikroperistalttista pumppua matalaviskoosisille, leikkausherkille tai kontaminaatiokriittisille nesteille alhaisella tai kohtalaisella paineella ja mikrohammaspyöräpumppua viskooseille nesteille, korkeammalle syöttöpaineelle tai pulssivapaalle mittaukselle. Tarkista jännite, virta ja kulutusosien hinta ennen tilaamista.

Molemmat perheet ovat syrjäytyspumppuja, joten molemmat tuottavat virtauksen, joka on olennaisesti riippumaton vastuksesta myötävirtaan. Kaikki, mikä erottaa ne, johtuu yhdestä suunnittelupäätöksestä: siitä, kuinka pumppu tiivistää tulo- ja ulostuloaukon välisen raon.

Käytännön seuraus on, että pumpun valinta 3D-tulostusnesteen syöttöjärjestelmässä ei ole merkkikysymys eikä hintakysymys. Se on velvollisuuskysymys, johon vastataan viidellä muuttujalla, jotka voit mitata tai lukea tietolomakkeesta. Lähes jokainen markkinoilla oleva 3D-tulostusnesteen ohjausratkaisu rajoittuu yhteen näistä kahdesta pumppuperheestä, jotka on puettu eri koteloihin ja jänniteluokkiin.

Mitä 3D-tulostin todella pyytää pumppua tekemään?

3D-tulostimessa on neljä sujuvaa työtä, ja ne eroavat enemmän kuin useimmat valintaohjeet myöntävät. Hotend-jäähdytys toimii jatkuvasti pienellä virtauksella, hartsin täyttö tapahtuu ajoittain suuremmalla tilavuudella, pesukierto käy erissä aggressiivisilla nesteillä ja annostelu tapahtuu tarkasti pienillä määrillä.

Työprofiilin rakentaminen ensin estää rakentajaa ostamasta pumppua, joka ratkaisi jonkun toisen ongelman. Jäähdytyssilmukka ja annosteluputki voivat jakaa saman nesteen ja tarvitsevat silti vastakkaiset pumpun ominaisuudet.

Lämpöviruminen on vikatila, joka useimmiten työntää FDM-rakentajaa kohti nestejäähdytystä. Filamentti pehmenee sulamisvyöhykkeen yläpuolella ja suulakepuristus pysähtyy keskellä tulostetta, mikä on Prusa Research -dokumenttien vika, joka on selvä syy puolivälissä painamisen epäonnistumiseen.

Nestejäähdytys voittaa fysiikan eikä muodin. Vesi kuljettaa noin neljä kertaa ilman ominaislämpöä kilogrammaa kohden: noin 4,18 kJ/kg·K vastaan ​​noin 1,0 kJ/kg·K. Pieni jäähdytysnestevirtaus poistaa siksi paljon enemmän lämpöä kuin suuri ilmavirta, ja jäähdytin voi tyhjentää lämmön lämmitetyn kammion ulkopuolelle.

Hartsin täyttö on eri ongelma samalla laiteluettelolla. Koska tulostuksen keskeyttäminen altaan täyttöä varten jättää jäljen uudelleenkäynnistyskohtaan, täyttöpumpun on toimittava ilman valvontaa, mikä tekee tason tunnistamisesta ja toistettavasta pienten määrien toimituksesta suunnittelun rajoituksia.

Annostelu on vaikein tehtävä. Tahnan ja musteen suulakepuristus on paineohjattu, syrjäytysprosessi, ja pumpun moottori on yleensä mitoitettu vääntömomentin eikä virtauksen mukaan, minkä vuoksi nämä järjestelmät on suunniteltu liikeakseleiksi, joissa on omat ohjaimet.

Rakennuksissa, joissa nestesilmukka on vain yksi koneen osa, valitse pumppu muun laitteiston rinnalle sen sijaan, että se pultattaisiin kiinni lopussa. Valmistajan3D-tulostinpumppusovelluksetsivulla luetellaan pumppuperheet, jotka on jo otettu käyttöön tulostinalustoille.

Kuinka peristalttiset ja hammaspyöräpumput siirtävät nestettä eri tavalla?

Molemmat ovat syrjäytyspumppuja, ja ne eroavat toisistaan ​​tiivistyksen suhteen. Mikroperistalttinen pumppu puristaa teloilla suljettua putkea, joten tiiviste on mekaaninen ja neste pysyy putken sisällä. Mikrohammaspyöräpumppu vangitsee nesteen ristikkäisten hampaiden väliin ja tiivistää nestekalvon omissa välyksissään.

Peristalttisessa pumpussa rullat tai kengät puristavat putkea pyöriessään, jolloin syntyy tyhjiö, joka vetää nestettä sisään. Putken täydellinen sulkeutuminen tukoskohdassa antaa pumpulle sen positiivisen syrjäytystoiminnan: se estää takaisinvirtauksen ilman takaiskuventtiiliä, eikä mikään muu kuin putki kosketa nestettä.

Tekninen seuraus on, että peristalttisen pumpun ostaminen on todella putkivalinta. Silikoni- ja muut elastomeeriputket määräävät kemiallisen yhteensopivuuden, lämpötila-alueen ja huoltovälin, ja putken vaihto on kuluva tapahtuma eikä korjaus.

Hammaspyöräpumpussa tiivistys tapahtuu pumppauskammion sisällä. Micropump kuvaa kolme dynaamista tiivistysaluetta: hammaspyörien hampaiden kärjet ontelon seinää vasten, pisteen, jossa kaksi hammaspyörää osuvat yhteen ja sulkeutuvat, sekä hammaspyörien, rungon ja päätykappaleen liitäntäpinnat.

Koska näiden osien täytyy liikkua, välyksiä on oltava ja nestettä vuotaa takaisin korkeapaineisesta ulostulosta matalapaineiseen sisääntuloon. Tätä takavuotoa kutsutaan luistoksi, ja se on tärkein tekijä hammaspyöräpumpun tilavuushyötysuhteessa.

Lue nämä kaksi mekanismia yhdessä ja loput vertailusta seuraavat automaattisesti. Viskositeetti hallitsee hammaspyöräpumpun käyttäytymistä ja tuskin vaikuttaa peristalttiseen tiivistykseen. Purkauspaine hallitsee peristalttista kykyä ja saavuttaa hammaspyöräpumpun vain luiston kautta. Kostutetun materiaalin kysymys kutistuu yhdeksi elastomeeriputkeksi yhdessä perheessä ja leviää useisiin metalli- ja polymeeriosiin toisessa.

Kaupalliset valikoimat heijastavat tätä jakoa. Skoocominmikroperistalttisten pumppujen valikoimaon rakennettu alhaisen virtauksen, matalapaineisen, kontaminoitumattoman toimituksen ympärille, kun taas sen hammaspyöräpumppumallit on sijoitettu säädettävän virtauksen ympärille korkeammalla paineella.

Mikä pumppu käsittelee nestettäsi? Viskositeetti, leikkaus ja hankaus

Viskositeetti ratkaisee sen. Mikroperistalttinen pumppu sietää melkein minkä tahansa viskositeetin, koska sen tiiviste ei ole riippuvainen nesteestä. Mikrohammaspyöräpumppu tarvitsee tarpeeksi viskositeettia, jotta nestekalvo tiivistää välykset, ja se menettää tilavuustehokkuuden nesteen oheneessa.

Hammaspyöräpumput kattavat luettelon mukaan erittäin laajan viskositeettialueen: Viking Pump tarjoaa säädettävän välyksen mallit 1 - 440 000 cSt. Minkä tahansa yksittäisen pumpun käyttöalue on paljon kapeampi, koska sen välykset ovat kiinteät yhdelle nestenauhalle. Luisto kasvaa paine-eron noustessa, viskositeetin pienentyessä ja vaihteiden kuluessa, joten kaksi identtistä pumppua voivat toimittaa eri tilavuuksia kahdelle eri nesteelle.

Leikkaus on toinen suodatin. Vaihteistoverkko saa aikaan suuren leikkausvoiman nipissä, mikä on vaaraton täytetylle tahnalle ja voi olla vaurioittavaa leikkausta ohentavalle fotopolymeerille, emulsiolle tai biologiselle reagenssille. Peristalttisen pumpun putkireitti on luonnostaan ​​pehmeämpi, eikä se koskaan altista nestettä kuumalle tai nopeasti liikkuvalle metallipinnalle.

Hankaus on kolmas. Kovat keraamiset tai metallihiukkaset kuluttavat hammaspyörien kärkiä ja ontelolevyjä, ja tämä kuluminen näkyy putoavana volyymitehokkuutena, jota ei voida kalibroida uudelleen. Peristalttisessa pumpussa samat hiukkaset hankaavat putkea, mutta putki on suunniteltu vaihdettavaksi ja maksaa murto-osan pumppupäästä.

Kemiallinen yhteensopivuus täydentää kuvan. Peristalttisessa pumpussa ainoa kostutettu osa on putki, joten yhteensopivuuskysymys on yksi materiaalipäätös. Hammaspyöräpumpussa neste kohtaa vaihteet, akselin, laakerit ja kotelon, joten aggressiivinen neste voi hallita hammaspyöräpumppua ennen kuin suorituskykyä edes harkitaan.

Yksi varoitus koskee koko pöytää. Viskositeetti on ilmoitettava pumpun todellisuudessa tuottamassa leikkausnopeudessa ja käyttölämpötilassa, koska suurin osa näistä nesteistä on ei-newtonilaisia ​​ja niiden mitattu viskositeetti muuttuu molemmilla. Yksi väärällä leikkausnopeudella otettu luku voi siirtää nestettä tämän taulukon kahdella rivillä.

Pulsaatio- ja mittaustarkkuus: mikä pumppu pitää asetusarvon?

Mikrohammaspyöräpumppu pitää asetusarvon paremmin. Sen virtaus on verrannollinen nopeuteen ja pitkälti riippumaton alavirran paineesta, joten toimitettu tilavuus seuraa laskettua tilavuutta. Peristalttinen pumppu tuottaa saman keskimääräisen virtauksen, mutta pulssilla jokaisella rullakierrolla.

Pulssitaajuus asetetaan rullien lukumäärällä kerrottuna pyörimisnopeudella, joten 60 rpm:llä pyörivä kymmenen telan pää tuottaa kymmenen pulssia sekunnissa. Useammat rullat vähentävät jokaisen pulssin amplitudia, mutta lisäävät putken jokaisen osan väsymistä, minkä pumpun suunnittelija on jo tehnyt sinulle.

Liukuminen, ei pulsaatio, on hammaspyöräpumpun tarkkuusraja. Toimitettu tilavuus on yhtä suuri kuin geometrinen siirtymä kierrosta kohti miinus takaisin vuotava neste, ja vuotanut osa kasvaa paine-eron mukana. Hammaspyöräpumppu on siksi tarkin tunnettua ja vakaata vastapainetta vastaan.

Sovellus päättää, millä vaikutuksella on merkitystä. Jäähdytyssilmukat sietävät sekä pulsaatiota että vaatimatonta virtausvirhettä, koska hotendin ja patterin lämpömassa tasoittaa mahdolliset vaihtelut. Hartsitäyttö välittää toimitetusta tilavuudesta eikä lainkaan pulsaatiosta, koska 50-100 ml:n täyttö nopeudella 20-50 ml/min kestää yhdestä kahteen ja puoli minuuttia eikä kukaan katso virtauksen aaltomuotoa.

Listan ja musteen annostelu välittää molemmista. Painepulssi näkyy pintavirheenä tai jäljen leveyden vaihteluna. Virhe toimitetussa tilavuudessa näkyy mittavirheenä valmiissa kappaleessa. Siksi nämä järjestelmät rakennetaan yleensä liikeakselina toimivan syrjäytyspumpun ympärille.

Mikä pumppu sopii tulostimesi piirilevyyn ja tehobudjettiin?

Tarkista jännite, sitten virta ja sitten ohjausaste. Kumpikaan pumppu ei liity MCU-nastaan: tappi kytkee portin ja virta tulee tulostimen kiskosta. Molemmat toimivat parhaiten PWM-lähdössä, joka voidaan rajoittaa turvalliseen käyttöön.

Valinnan sähköinen puoli riippuu siitä, kumpi kisko voi kantaa kuorman. Tulostinlevy tarjoaa raskaan tasavirtakiskon, joka syöttää sänkyä, kuumapäätä ja tuulettimia, sekä pienvirtalogiikkaalueen MCU:lle ja antureille. Vain raskaalla kiskolla on tilaa 3D-tulostimen vesipumpun pyörittämiseen, eikä MCU-nasta ole koskaan osa virtapolkua.

Jänniteluokka ei ennusta virrankulutusta. Teho on jännite kerrottuna virralla, joten 5-6 V:n peristalttinen pumppu, joka tuottaa jopa 100 ml/min, kuluttaa noin 500 mA, kun taas saman virtausluokan 12 V pumppu 200-300 mA. Alemman jännitteen pumpun valitseminen elektroniikkaa hellävaraisemmaksi tekee sähköongelmasta yleensä pikemminkin vaikeampaa kuin helpompaa.

PWM on molempien perheiden normaali nopeudensäädin. Pidä syklin aika millisekunnin alueella ja aseta käynnistysarvo, jotta pumppu ei voi pysähtyä alhaisella komennolla. Klipper paljastaa cycle_time, kick_start_time ja off_below lähtö- ja tuuletinosioilleen, ja Marlin ohjaa tuuletintyyppisiä lähtöjä M106:n kautta.

Lisää suojaus luonnollisesti pumpun haaraan. Flyback-diodi moottorin poikki, sulake, joka on mitoitettu haaralle pumpun käyttövirran sijaan, ja ohjainlaite, joka on mitoitettu jumivirtaa varten, maksavat kaikki hyvin vähän. Yhdessä he estävät juuttunutta pumppua ottamasta lautaa alas sen mukana.

Mitä jokainen pumppu maksaa käyttöikänsä aikana?

Vertaa kuluvaa osaa, älä ostohintaa. Peristalttisen pumpun toistuva hinta on letku; hammaspyöräpumpussa ei ole putkia, mutta sen kastuneen vaihteiston on kestettävä nestettä koko käyttöiän ajan, ja sen tarkkuus riippuu hioma-aineiden kulumista välyksistä.

Putken käyttöikä riippuu velvollisuudesta. Pumpun nopea käyttö, korkeaa painetta vastaan ​​työskentely ja aggressiivisen nesteen pumppaus lyhentävät sitä, ja litteä tai pehmeä putki tuottaa vähemmän virtausta ennen kuin se pettää näkyvästi. Itse huoltotehtävä on yksinkertainen ja ilman työkaluja, minkä vuoksi peristalttiset mallit ovat suosittuja valvomattomissa koneissa. Valvomattomat 3D-tulostusnesteen ohjausratkaisut laittavat huoltoaikatauluun kuluvan osan, eivät pumpun.

Ilmoitettu käyttöikä on luettava yhdessä sen testausolosuhteiden kanssa. Valmistajat mainitsevat jaksoittaisen syklin käyttöiän, tyypillisesti 5 sekuntia päälle, 3 sekuntia pois -kuviota, mikä on täsmälleen miten täyttöpumppu toimii, eikä ollenkaan miten jäähdytyspumppu toimii. Jaksojen muuntaminen vuosiksi on ainoa rehellinen vertailu:

Yli 300 000 kierrosta 5 sekuntia päällä, 3 s pois päältä laskettu pumppu, jota käytetään kymmeneen täyttökertaan päivässä, on arvioitu kestäväksi noin 30 000 päivää - paljon pidemmälle kuin sen koneen käyttöikä, johon se on asennettu.

Saman jatkuvasti käyvän pumpun kuin jäähdytyspumpun käyttöikä on paljon lyhyempi, koska jatkuva käynti kuluttaa putkea, ei käynnistysten määrä.

Saman mallin julkaistut luvut voivat olla eri mieltä; jos he tekevät, suunnittele pienempää numeroa ja vahvista se vastaanottamasi osan mukana toimitetussa tietolomakkeessa.

Hammaspyöräpumput myyvät kulutustarvikkeita eri riskien mukaan. Ei ole vaihdettavaa letkua, ja puhtaalla, yhteensopivalla, riittävän viskoosisella nesteellä pumppu voi toimia vuosia. Hankaavat kiinteät aineet kuitenkin vähentävät välyksiä ja niiden mukana tilavuustehokkuutta, ja kulunut vaihteisto on pumpun vaihto- eikä huoltotuote.

Toiminut esimerkki: SC2201RPW-parametrit ja SC2301CPW-suorituskyky

Kaksi julkaistua tietojoukkoa osoittavat, mihin päätös osuu. SC2201RPW on matalavirtaus mikroperistalttinen pumppu hartsin täyttöön, jäähdytysnesteen ja puhtaamman annosteluun; SC2301CPW on suuremman virtauksen 24 V pumppu hotend-jäähdytykseen ja suurempiin täyttösilmukoihin.

AloitaSC2201RPW mikroperistalttinen pumppu, jonka julkaistut luvut kuvaavat mieluummin kompaktia annostelupumppua kuin kiertovesipumppua.

SC2301CPW:n suorituskykyluvut kuuluvat eri luokkaan, ja ero on pikemminkin tarkoituksellinen kuin asteittainen.

Yksi käytännön varoitus koskee molempia malleja ja jokaista osanumeroa näillä markkinoilla. Pumppausperiaate on tietolomakekenttä, ei jotain, jonka voit purkaa mallinumerosta.

SC2201RPW kuvataan tuotesivullaan peristalttiseksi pumpuksi, mutta samaa mallia kuvataan hammaspyöräpumpuksi joissakin kolmansien osapuolten luetteloissa. SC2301CPW:tä koskeva julkaistu materiaali käyttää molempia kuvauksia eri artikkeleissa.

Ennen kuin suunnittelet nestesilmukan osanumeron ympärille, vahvista kolme nykyisen tietolomakkeen kenttää: pumpun tyyppi tai rakenne, kostutetut materiaalit sekä virtaus- ja painearvojen taustalla olevat testiolosuhteet. Ilman painetta ja jännitettä ilmoitettu virtausluku ei ole spesifikaatio.

Valintamenettely viidessä vaiheessa

Suorita nämä viisi vaihetta järjestyksessä ja pumppuluokka valitsee itsensä. Kirjoita toimintapiste, karakterisoi neste, päätä, onko pulsaatiolla merkitystä, budjetoi sähköpuoli ja valitse sitten kulutusosien strategia.

Kirjoita työpiste. Kirjaa ylös neste, sykliä kohden siirretty tilavuus, sallittu aika ja toimituspisteessä tarvittava paine. Riittäväksi virtaukseksi ilmoitettua vaatimusta ei voida testata.

Kuvaile nestettä. Mittaa viskositeetti käyttölämpötilassa ja pumpun leikkausnopeudella, huomioi kiintoainepitoisuus ja hiukkaskovuus ja tarkista kemiallinen yhteensopivuus kunkin ehdokkaan kastuneiden materiaalien kanssa.

Päätä, onko pulsaatiolla merkitystä. Jäähdytys- ja täyttövelvollisuus jättää sen huomiotta; tahna, muste ja valmiissa osassa näkyvät annokset eivät.

Budjetoi sähköpuoli. Tarkista kiskon jännite, käytettävissä oleva virta, ohjausaste ja PWM-nopeudensäädön tarve, lisää sitten sulake ja flyback-diodi.

Valitse kulutusosien strategia. Päätä, kuka vaihtaa putken ja kuinka usein, tai varmista, että neste on riittävän puhdasta ja yhteensopivaa, jotta hammaspyöräpumppu voi toimia ilman sitä.

Osta sitten pumppu, jonka tietolehti vastaa, ei sitä, jolla on pisin ominaisuusluettelo. TheMicro DC -vesipumppuvalikoimakattaa molemmat perheet, ja jänniteluokan ja painevaatimuksen sovittaminen käyttöpisteeseen on nopeampaa kuin markkinointikopion vertailu.

Usein kysytyt kysymykset

Onko peristalttinen pumppu vai hammaspyöräpumppu parempi 3D-tulostimen jäähdytykseen?

Peristalttinen pumppu on turvallisempi oletus jäähdytyssilmukalle. Se on itseimevä, se ei voi vuotaa akselitiivisteen ohi, koska neste ei koskaan poistu putkesta ja jäähdytysnesteen viskositeetti ei vaikuta sen virtaukseen. Hammaspyöräpumppu on yhtä tehokas, kun jäähdytysneste on puhdasta, hankaamattomia hiukkasia ja silmukan vastapaine on vakaa, ja se lisää pulssivapaata toimitusta.

Voinko käyttää 3D-tulostimen vesipumppua emolevyn tuuletinportista?

Usein kyllä, jos satamaluokitus sen sallii. Tuuletinportti on MOSFET-kytketty lähtö pääsyöttökiskossa, mikä on oikea arkkitehtuuri, mutta portti voi olla mitoitettu pienelle aksiaalituulettimelle useiden satojen milliampeerien pumpun sijaan. Tarkista portin luokitus, lisää sulake ja käytä PWM-ohjauksella varustettua porttia, jos haluat ohjata nopeutta.

Kuinka paljon virtausta vesijäähdytteinen hotend itse asiassa tarvitsee?

Vähemmän kuin useimmat rakentajat odottavat, mutta painevaralla. Yksittäinen hotend-silmukka tyydyttää yleensä 20-50 ml/min, joten pumppu, jonka teho on 100 ml/min tai enemmän, antaa marginaalin kaksoislämmitteiselle koneelle ja pitkän putken ajon kestävyydelle. Paine on tärkeämpää kuin huippuvirtaus, koska vesilohko ja pikakatkaisuliittimet asettavat vastapaineen.

Mitä pumppua minun pitäisi käyttää SLA-hartsin täyttöön?

Mikroperistalttinen pumppu sopii valvomattomaan hartsin täyttöön, koska hartsi pysyy putken sisällä, joten pumpusta ei puhdistu kovettunutta hartsia, ja putken vaihto on lyhyt, työkaluton tehtävä. Mikrohammaspyöräpumppu voittaa, kun hartsi on viskoosia ja pulssitonta, toistettavilla pienillä tilavuuksilla on väliä - edellyttäen, että kostuneet materiaalit vastustavat fotopolymeeriä ja tuloaukko pysyy tulvineena.

Miksi hammaspyöräpumppu menettää tarkkuutensa ohuilla nesteillä?

Koska neste on tiiviste. Hammaspyöräpumppu luottaa ohueseen nestekalvoon hammaspyörien kärkien, ontelon seinämän ja päätylevyjen välisissä välyksissä. Matalaviskositeettinen neste poistuu näiden välysten kautta nopeammin, joten enemmän syrjäytyneestä tilavuudesta vuotaa takaisin tuloaukkoon ja toimitettu tilavuus jää alle lasketun tilavuuden.

Mitä huoltoa kukin pumppu tarvitsee?

Peristalttisen pumpun putki on vaihdettava nopeuden, paineen ja nesteen määräämän aikataulun mukaisesti sekä tarkastettava, että telat ja tela ovat puhtaat ja ehjät. Hammaspyöräpumppu ei tarvitse putkia, mutta se tarvitsee suodattimen imuaukossa, tulvineen imuaukon tai yhden esitäyttökerran sekä toimitetun tilavuuden säännölliset tarkastukset sisäisen kulumisen vertauksena.

Lähetä käyttöpisteesi - neste, käyttöviskositeetti, tilavuus jaksoa kohden, syöttöpaine ja kiskon jännite - läpiota meihin yhteyttäja pumpun luokka ja käyttöaste voidaan vahvistaa ennen ostamista.