Kako izbrati tekočinski sistem za 3D tiskalnike? Obsežen vodnik za primerjavo med peristaltičnimi in zobniškimi črpalkami

Neposredni odgovor: Ujemanje z dolžnostjo, ne s kategorijo črpalke

Izberite vrsto črpalke iz dolžnosti, ne iz navade. Uporabite mikroperistaltično črpalko za tekočine z nizko viskoznostjo, občutljive na strig ali kritične kontaminacije pri nizkem do zmernem tlaku in mikro zobniško črpalko za viskozne tekočine, višji dovodni tlak ali merjenje brez pulza. Pred naročilom potrdite napetost, tok in stroške obrabljivih delov.

Obe družini sta črpalki s prostornino, zato obe proizvajata pretok, ki je v bistvu neodvisen od upora navzdol. Vse, kar ju ločuje, izhaja iz ene konstrukcijske odločitve: kako črpalka tesni režo med vstopom in izstopom.

Praktična posledica je, da izbira črpalke v sistemu za oskrbo s tekočino za 3D tiskanje ni vprašanje znamke in ne cene. To je dolžno vprašanje, na katerega odgovarja pet spremenljivk, ki jih lahko izmerite ali preberete s podatkovnega lista. Skoraj vsaka rešitev za nadzor tekočine za 3D-tiskanje na trgu se zmanjša na eno od teh dveh družin črpalk, oblečenih v različna ohišja in napetostne razrede.

Kaj 3D-tiskalnik dejansko zahteva od črpalke?

3D-tiskalnik ima štiri tekoča opravila, ki se razlikujejo bolj, kot priznava večina nasvetov za izbiro. Hotend hlajenje teče neprekinjeno pri nizkem pretoku, dolivanje smole poteka občasno pri večji prostornini, kroženje pranja teče v serijah z agresivnimi tekočinami in doziranje poteka natančno pri majhnih količinah.

Graditelju prepreči nakup črpalke, ki je rešila težavo nekoga drugega, najprej zgraditi profil dajatve. Hladilna zanka in dozirna linija lahko delita isto tekočino, vendar potrebujeta nasprotne značilnosti črpalke.

Lezenje zaradi toplote je način okvare, ki najpogosteje potisne sestavnik FDM k hlajenju s tekočino. Filament se zmehča nad območjem taljenja in iztiskanje se ustavi na sredini tiska, kar je napaka, ki jo Prusa Research dokumentira kot jasen vzrok za neuspeh iztiskanja na sredini tiska.

Tekočinsko hlajenje prej zmaga v fiziki kot v modi. Voda prenaša približno štirikrat več specifične toplote kot zrak na kilogram: približno 4,18 kJ/kg·K proti približno 1,0 kJ/kg·K. Majhen pretok hladilne tekočine torej odstrani veliko več toplote kot lahko velik pretok zraka, radiator pa lahko to toploto odvede zunaj ogrevane komore.

Ponovno polnjenje smole je drugačna težava z istim seznamom opreme. Ker prekinitev tiskanja za dopolnitev kadi pusti sled na točki ponovnega zagona, mora črpalka za ponovno polnjenje delovati nenadzorovana, zaradi česar sta zaznavanje nivoja in ponovljivo dovajanje majhne količine konstrukcijski omejitvi.

Doziranje je najtežja naloga. Ekstrudiranje paste in črnila je proces, ki ga poganja pritisk in ima pozitiven premik, in motor črpalke je običajno dimenzioniran glede na navor in ne glede na pretok, zato so ti sistemi zasnovani kot osi gibanja z lastnimi pogoni.

Za sestave, kjer je tekočinska zanka le en del stroja, izberite črpalko skupaj z ostalo strojno opremo, namesto da bi jo privili na koncu. ProizvajalčevoAplikacije črpalke 3D tiskalnikastran navaja družine črpalk, ki so že nameščene na tiskalniških platformah.

Kako peristaltične in zobniške črpalke drugače premikajo tekočino?

Obe sta črpalki s prostornino in se razlikujeta po tem, kako tesnita. Mikro peristaltična črpalka stisne cev zaprto z valji, tako da je tesnjenje mehansko in tekočina ostane v cevki. Mikro zobniška črpalka ujame tekočino med zobce v mreži in zatesni film tekočine v lastnih prostorih.

Pri peristaltični črpalki valji ali čevlji med vrtenjem stisnejo cev in ustvarijo vakuum, ki potegne tekočino. Popolno zaprtje cevi na mestu okluzije je tisto, kar daje črpalki njeno pozitivno premikanje: preprečuje povratni tok brez kakršnega koli protipovratnega ventila in nič drugega kot cev se nikoli ne dotakne tekočine.

Inženirska posledica je, da je nakup peristaltične črpalke v resnici izbira cevi. Silikonske in druge elastomerne cevi določajo kemično združljivost, temperaturno območje in interval vzdrževanja, menjava cevi pa je potrošni material in ne popravilo.

Pri zobniški črpalki se tesnjenje zgodi znotraj črpalne komore. Mikročrpalka opisuje tri dinamična tesnilna področja: konice zob zobnika proti steni votline, točko, kjer se oba zobnika zaskočita in zapreta, ter naležne površine zobnikov, telo in končni pokrov.

Ker se morajo ti deli premikati, morajo obstajati razmiki in tekočina pušča nazaj iz visokotlačnega izhoda v nizkotlačni vhod. To povratno puščanje se imenuje zdrs in je glavni dejavnik volumetrične učinkovitosti zobniške črpalke.

Preberite oba mehanizma skupaj in preostala primerjava sledi samodejno. Viskoznost prevladuje nad obnašanjem zobniške črpalke in komajda vpliva na peristaltično tesnjenje. Izhodni tlak prevladuje nad peristaltično zmogljivostjo in doseže zobniško črpalko le z zdrsom. Vprašanje mokrega materiala se v eni družini skrči na eno elastomerno cev, v drugi pa se razširi na več kovinskih in polimernih delov.

Komercialni obsegi odražajo to razdelitev. Skoocom'sobseg mikro peristaltičnih črpalkje zgrajen okoli nizkega pretoka, nizkega tlaka, brez kontaminacije, medtem ko so njegove zasnove zobniške črpalke postavljene okoli nastavljivega pretoka pri višjem tlaku.

Katera črpalka upravlja vašo tekočino? Viskoznost, strig in abrazija

Viskoznost odloča. Mikroperistaltična črpalka prenese skoraj vsako viskoznost, ker njeno tesnjenje ni odvisno od tekočine. Mikro zobniška črpalka potrebuje dovolj viskoznosti, da film tekočine zapre svoje zračnosti, in izgubi volumetrično učinkovitost, ko se tekočina redči.

Zobniške črpalke pokrivajo zelo širok razpon viskoznosti v kataloškem smislu: Viking Pump meri modele z nastavljivo zračnostjo od 1 do 440.000 cSt. Uporabno območje katere koli posamezne črpalke je veliko ožje, ker so njeni razmiki fiksni za en pas tekočine. Zdrs narašča z naraščanjem diferenčnega tlaka, padanjem viskoznosti in obrabo zobnikov, tako da lahko dve enaki črpalki dovajata različne prostornine dveh različnih tekočin.

Striženje je drugi filter. Zobna mreža povzroča visoko strižno silo v območju stiskanja, kar je neškodljivo za polnjeno pasto in je lahko škodljivo za fotopolimer, ki se redči s strigom, emulzijo ali biološki reagent. Pot cevi peristaltične črpalke je sama po sebi nežnejša in tekočine nikoli ne izpostavlja vroči ali hitro premikajoči se kovinski površini.

Abrazija je tretja. Trdi keramični ali kovinski delci obrabijo konice zobnikov in plošče z votlinami, ta obraba pa se kaže kot padajoča volumetrična učinkovitost, ki je ni mogoče ponovno umeriti. V peristaltični črpalki isti delci odrgnejo cev, vendar je cev zasnovana za zamenjavo in stane le delček glave črpalke.

Kemijska združljivost dopolnjuje sliko. Pri peristaltični črpalki je cev edini zmočen del, zato je vprašanje združljivosti ena pomembna odločitev. V zobniški črpalki se tekočina sreča z zobniki, gredjo, ležaji in ohišjem, tako da lahko agresivna tekočina izloči zobniško črpalko, še preden se upošteva učinkovitost.

Eno opozorilo velja za celotno mizo. Viskoznost je treba navesti pri strižni hitrosti, ki jo črpalka dejansko proizvede, in pri delovni temperaturi, ker je večina teh tekočin ne-newtonskih in se njihova izmerjena viskoznost spreminja z obema. Ena sama številka, vzeta z napačno strižno hitrostjo, lahko premakne tekočino čez dve vrstici te tabele.

Natančnost pulziranja in merjenja: Katera črpalka ima nastavljeno vrednost?

Mikro zobniška črpalka bolje drži nastavljeno vrednost. Njegov pretok je sorazmeren s hitrostjo in v veliki meri neodvisen od spodnjega tlaka, tako da dovedena prostornina sledi izračunani prostornini. Peristaltična črpalka zagotavlja enak povprečni pretok, vendar s pulzom za vsak prehod valja.

Frekvenca pulziranja je nastavljena s številom valjev, pomnoženim s hitrostjo vrtenja, tako da glava z desetimi valji, ki teče pri 60 obratih na minuto, proizvede deset pulzov na sekundo. Več valjev zmanjša amplitudo vsakega impulza, vendar poveča utrujenost vsakega odseka cevi, kar je oblikovalec črpalke že opravil za vas.

Meja natančnosti zobniške črpalke je drsenje, ne pulziranje. Dobavljena prostornina je enaka geometrijskemu premiku na vrtljaj minus tekočina, ki pušča nazaj, in puščani del raste z diferenčnim tlakom. Zobniška črpalka je torej najbolj natančna pri znanem in stabilnem protitlaku.

Aplikacija se odloči, kateri učinek je pomemben. Hladilne zanke dopuščajo pulziranje in skromno napako pretoka, ker toplotna masa vročega konca in radiatorja zgladi kakršno koli variacijo. Ponovno polnjenje smole skrbi za dostavljeno prostornino in sploh ne za pulziranje, saj dolivanje 50–100 ml pri 20–50 ml/min traja eno do dve minuti in pol in nihče ne opazuje valovne oblike pretoka.

Doziranje paste in črnila skrbi za oboje. Tlačni impulz se pokaže kot površinska napaka ali sprememba širine sledi. Napaka v dobavljeni količini se pokaže kot dimenzijska napaka v končnem delu. Zato so ti sistemi običajno zgrajeni okoli prostorninske črpalke, ki jo poganja os gibanja.

Katera črpalka ustreza vaši tiskalni plošči in proračunu energije?

Preverite napetost, nato tok in nato gonilno stopnjo. Nobena črpalka se ne poveže z zatičem MCU: zatič preklopi vrata in tok prihaja iz tirnice tiskalnika. Oba najbolje delujeta na izhodu PWM, ki ga je mogoče omejiti na varno delovanje.

Električna stran izbire je odvisna od tega, katera tirnica lahko prenese obremenitev. Tiskalniška plošča nudi težko vodilo za enosmerni tok, ki napaja posteljo, vroči del in ventilatorje, ter nizkotokovno logično domeno za MCU in senzorje. Samo težka tirnica ima dovolj prostora za poganjanje vodne črpalke 3D-tiskalnika, zatič MCU pa ni nikoli del napajalne poti.

Napetostni razred ne predvideva porabe toka. Moč je napetost, pomnožena s tokom, tako da peristaltična črpalka 5-6 V, ki dovaja do 100 ml/min, črpa približno 500 mA, medtem ko 12-voltna črpalka istega razreda pretoka črpa 200-300 mA. Izbira črpalke z nižjo napetostjo, ki je manjša do elektronike, običajno oteži električni problem, namesto da ga olajša.

PWM je običajni nadzor hitrosti za obe družini. Čas cikla naj bo v območju milisekund in nastavite vrednost za zagon, da se črpalka ne more zaustaviti pri nizkem ukazu. Klipper izpostavi cycle_time, kick_start_time in off_below na svojih izhodnih in ventilatorskih delih, Marlin pa nadzoruje ventilatorske izhode prek M106.

Dodajte zaščito kot samoumevno na vejo črpalke. Povratna dioda na motorju, varovalka, prilagojena za vejo in ne za tekoči tok črpalke, in gonilnik, ocenjen za zastojni tok, stanejo zelo malo. Skupaj preprečita, da bi zataknjena črpalka s seboj odnesla ploščo.

Koliko stane vsaka črpalka v svoji življenjski dobi?

Primerjajte obrabne dele, ne nakupne cene. Ponavljajoči se strošek peristaltične črpalke je cev; zobniška črpalka nima cevnega potrošnega materiala, vendar mora njen namočeni zobnik preživeti tekočino celotno življenjsko dobo, njena natančnost pa je odvisna od zračnosti, ki jo obrabijo abrazivi.

Življenjska doba cevi je odvisna od obremenitve. Hitro delovanje črpalke, delovanje proti visokemu tlaku in črpanje agresivne tekočine jo skrajšajo, cev, ki je postala ravna ali mehka, pa zagotavlja manjši pretok, preden vidno odpove. Samo vzdrževanje je preprosto in ne zahteva orodja, zato so peristaltični modeli priljubljeni pri nenadzorovanih strojih. Nenadzorovane rešitve za nadzor tekočine za 3D-tiskanje na urnik vzdrževanja uvrstijo obrabni del, ne črpalke.

Navedeno življenjsko dobo je treba brati skupaj s pogoji testiranja. Proizvajalci navajajo prekinitveno življenjsko dobo, običajno 5-sekundni vzorec vklopa in 3-sekundni izklop, kar je natanko tako, kot deluje črpalka za ponovno polnjenje, in sploh ne, kot deluje črpalka za hlajenje. Pretvarjanje ciklov v leta je edina poštena primerjava:

Črpalka, ocenjena za več kot 300.000 ciklov pri 5 sekundah vklopa, 3 sekundah izklopa, ki se uporablja za deset ponovnih polnjenj na dan, je ocenjena za približno 30.000 dni tega delovanja - daleč dlje od življenjske dobe stroja, na katerega je nameščena.

Ista črpalka, ki neprekinjeno deluje kot hladilna črpalka, ima veliko krajšo življenjsko dobo, saj neprekinjeno delovanje obrabi cev, ne število zagonov.

Objavljene številke za isti model se lahko razlikujejo; tam, kjer to počnejo, načrtujte nižjo številko in jo potrdite s podatkovnim listom, ki je priložen delu, ki ga prejmete.

Zobniške črpalke zamenjajo ta potrošni material za drugačno tveganje. Ni cevi za menjavo in na čisti, združljivi, ustrezno viskozni tekočini lahko črpalka deluje več let. Abrazivne trdne snovi pa zmanjšajo razdalje in s tem volumetrično učinkovitost, zato je obrabljen zobnik zamenjava črpalke in ne servisni element.

Delovni primer: parametri SC2201RPW in zmogljivost SC2301CPW

Dva objavljena podatkovna niza kažeta, kje odločitev pristane. SC2201RPW je mikro peristaltična črpalka z nizkim pretokom za doziranje smole, hladilne tekočine in čistila; SC2301CPW je 24 V črpalka z večjim pretokom za hlajenje vročih koncev in večje zanke za polnjenje.

Začnite zMikroperistaltična črpalka SC2201RPW, katerega objavljene številke opisujejo kompaktno dozirno črpalko in ne obtočno črpalko.

Podatki o zmogljivosti SC2301CPW spadajo v drug razred in razlika je namerna in ne postopna.

Eno praktično opozorilo velja za oba modela in za vsako številko dela na tem trgu. Načelo črpanja je polje podatkovnega lista in ne nekaj, kar lahko dekodirate iz številke modela.

SC2201RPW je na svoji strani izdelka opisan kot peristaltična črpalka, vendar je isti model opisan kot zobniška črpalka na nekaterih seznamih tretjih oseb. Objavljeno gradivo o SC2301CPW uporablja oba opisa v različnih člankih.

Preden načrtujete tekočinsko zanko okoli številke dela, potrdite tri polja na trenutnem podatkovnem listu: tip ali strukturo črpalke, zmočene materiale in preskusne pogoje za nazivnim pretokom in tlakom. Naveden pretok brez tlaka in napetosti ni specifikacija.

Izbirni postopek v petih korakih

Zaženite teh pet korakov po vrstnem redu in razred črpalke se izbere sam. Napišite delovno točko, opredelite tekočino, odločite se, ali je utripanje pomembno, proračunite električno stran, nato izberite strategijo obrabljivih delov.

Napišite delovno točko. Zabeležite tekočino, premaknjeno prostornino na cikel, dovoljeni čas in potreben tlak na točki dostave. Zahteve, navedene kot zadosten pretok, ni mogoče preizkusiti.

Označite tekočino. Izmerite viskoznost pri delovni temperaturi in pri strižni hitrosti črpalke, zabeležite vsebnost trdnih snovi in ​​trdoto delcev ter preverite kemično združljivost glede na namočene materiale vsakega kandidata.

Odločite se, ali je pulziranje pomembno. Prezrite dolžnost hlajenja in polnjenja; pasta, črnilo in kateri koli odmerek, ki se pojavi v končnem delu, ne.

Proračun za električno stran. Preverite napetost tirnice, razpoložljivi tok, stopnjo gonilnika in ali je potreben nadzor hitrosti PWM, nato dodajte varovalko in povratno diodo.

Izberite strategijo obrabljivih delov. Odločite se, kdo zamenja cev in kako pogosto, ali potrdite, da je tekočina čista in dovolj združljiva, da lahko zobniška črpalka deluje brez nje.

Nato kupite črpalko, katere podatkovni list se ujema, ne tiste z najdaljšim seznamom funkcij. Thevodna črpalka mikro DCpokriva obe družini, ujemanje napetostnega razreda in zahteve glede tlaka glede na delovno točko pa je hitrejše kot primerjava tržne kopije.

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali je za hlajenje 3D tiskalnika boljša peristaltična črpalka ali zobniška črpalka?

Peristaltična črpalka je varnejša privzeta za hladilno zanko. Je samosesalna, ne more puščati mimo tesnila gredi, ker tekočina nikoli ne zapusti cevi, viskoznost hladilne tekočine pa ne vpliva na njen pretok. Zobniška črpalka je enako zmogljiva, ko je hladilna tekočina čista, brez abrazivnih delcev in je protitlak v zanki stabilen ter dodaja dovajanje brez impulzov.

Ali lahko vodno črpalko 3D-tiskalnika poganjam iz vrat za ventilator na matični plošči?

Pogosto da, če ocena pristanišča to dovoljuje. Vrata ventilatorja so MOSFET preklopni izhod na glavni napajalni tirnici, kar je pravilna arhitektura, vendar so vrata morda ocenjena za majhen aksialni ventilator in ne za črpalko, ki porabi več sto miliamperov. Preverite nazivnost vrat, dodajte varovalko in uporabite vrata s krmiljenjem PWM, če želite nadzor hitrosti.

Kolikšen pretok dejansko potrebuje vodno hlajen hotend?

Manj, kot pričakuje večina gradbenikov, vendar s tlačno višino. Ena zanka vročega konca je običajno zadoščena z 20-50 ml/min, tako da črpalka z nazivno močjo 100 ml/min ali več daje rezervo za stroj z dvojnim vročim koncem in za odpornost dolge cevi. Tlak je pomembnejši od največjega pretoka, saj vodni blok in priključki za hitro odklop nastavijo protitlak.

Katero črpalko naj uporabim za ponovno polnjenje smole SLA?

Mikroperistaltična črpalka je primerna za nenadzorovano polnjenje smole, ker smola ostane v cevi, zato ni strjene smole, ki bi jo bilo treba očistiti iz črpalke, menjava cevi pa je kratka naloga brez orodja. Mikro zobniška črpalka zmaga, ko je smola viskozna in brez impulzov, ponovljivi majhni volumni so pomembni – pod pogojem, da se namočeni materiali upirajo fotopolimeru in vstopna odprtina ostane poplavljena.

Zakaj zobniška črpalka izgubi natančnost z redkimi tekočinami?

Ker je tekočina tesnilo. Zobniška črpalka se opira na tanek film tekočine znotraj zračnosti med konicami zobnikov, steno votline in končnimi ploščami. Tekočina z nizko viskoznostjo hitreje uhaja skozi te reže, zato več izpodrinjene prostornine uhaja nazaj v dovod, dovedena prostornina pa je nižja od izračunane prostornine.

Kakšno vzdrževanje potrebuje vsaka črpalka?

Pri peristaltični črpalki je treba cev zamenjati po urniku, določenem glede na hitrost, tlak in tekočino, ter preveriti, ali so valji in gosenica čisti in nepoškodovani. Zobniška črpalka ne potrebuje cevnega potrošnega materiala, potrebuje pa filter na vstopu, poplavljen vstop ali enojno polnjenje ter redne preglede dovedene prostornine kot približek notranje obrabe.

Pošljite svojo delovno točko - tekočino, delovno viskoznost, prostornino na cikel, dovodni tlak in napetost tirnice - skozikontaktirajte nasin razred črpalke in stopnjo gonilnika lahko potrdite pred nakupom.