Fotopolimerizacijski tisk je v zadnjih letih zelo napredoval. Kar je bilo nekoč nišna igrača za hobiste, je dozorelo v glavno proizvodno orodje za ulivanje nakita, modeliranje zob, prototipne figurice in celo industrijske validacijske dele. Platforme SLA, DLP in LCD so si pridobile znaten tržni delež. Ker pa uporabniki te stroje še bolj pritiskajo, ostaja en vztrajen glavobol: kako zanesljivo in dosledno dovajati smolo v kad.
Najzgodnejši pristop je bilo ročno vlivanje. Preden začnete s tiskanjem, ocenite zahtevano količino – preveč odpadne smole, premalo in tisk se na sredini posuši. Nato je prišlo gravitacijsko dovajanje: rezervoar je visel visoko nad strojem in se zanašal na tekočo glavo za dovajanje smole. Načeloma preprosto, vendar se v praksi stopnja pretoka spreminja, ko nivo tekočine pada, zaradi česar se površina kadi dviguje in spušča po celotnem tisku. Prvi in zadnji sloji imajo na koncu popolnoma drugačno kakovost površine.
Nekateri so poskusili membranske črpalke ali peristaltične črpalke za samodejno ponovno polnjenje. Pulsiranje teh črpalk povzroči valovanje na površini kadi in dodaja dodatne črte plasti, ki jih tam ne bi smelo biti.
Torej nazaj k temeljnemu vprašanju: kakšno črpalko res potrebuje dovajanje smole?
Najprej razumejte "temperament" smole
Fotopolimerna smola ni voda. Njegova viskoznost se običajno giblje od 200 do 1200 cps, močno polnjene industrijske smole pa lahko presežejo 2000 cps. Če pogledamo to v perspektivo, je voda pri sobni temperaturi približno 1 cps – smola je sto do tisočkrat debelejša. Običajna centrifugalna črpalka, ki se zanaša na visokohitrostni rotor, da vrže vodo navzven, dramatično izgubi učinkovitost pri rokovanju z nečim tako sirupastim, kot je smola. Tako pretok kot glava se dvigneta.
Bolj težavna je smolatiksotropnost. Številne smole kažejo visoko viskoznost, ko miruje, vendar ko so izpostavljene strižnim silam, kot sta stiskanje in trenje med črpanjem, njihova viskoznost začasno pade in postanejo bolj tekoče. Ta lastnost je lahko koristna, če je tip črpalke pravilno izbran: pretočni upor se med delovanjem črpalke zmanjšuje. Če pa izberete napačno črpalko, recimo črpalko z rotorjem z velikimi razmiki, smola zdrsne nazaj skozi reže, pri čemer se zapravlja energija in proizvaja toplota, ki dejansko pospeši prezgodnje strjevanje v votlini črpalke.
Druga pogosto spregledana težava: fotoiniciatorji in pigmentni delci v smoli imajo različne specifične teže. Če jih pustimo mirovati več kot 4–6 ur, se počasi usedejo. Posledica tega je, da postane smola na dnu kadi po sestavi "težja", medtem ko vrh postane "lažji". Deli, natisnjeni iz iste serije, lahko kažejo različne mehanske lastnosti med spodnjim in zgornjim delom. Če lahko črpalni sistem vzdržuje nežno kroženje med hranjenjem, je ta težava usedanja učinkovito odpravljena.
Zakaj lahko zobniške črpalke "ugriznejo" v smolo
Načelo delovanja zobniške črpalke je varljivo preprosto. Znotraj tesnega ohišja se vrtita dva med seboj povezana zobnika. Na vstopni strani razširljivi prostori med zobmi zobnikov ustvarjajo delni vakuum, ki vleče tekočino noter. Tekočina se nato prenaša okoli sten ohišja v zobnih žepih in se izprazni na izstopni strani, kjer začepanje prisili tekočino ven. To je klasikapozitivni premikmehanizem - vsak obrat dovaja določeno količino tekočine.
Ta lastnost pozitivnega odmika spremeni igro pri dovajanju smole. Hitrost pretoka je strogo sorazmerna s hitrostjo vrtenja, kar pomeni, da lahko z nadzorom števila vrtljajev motorja natančno izmerite količino smole, dostavljene v kad na enoto časa. V kombinaciji s senzorjem nivoja v kadi za krmiljenje z zaprto zanko je mogoče površino tekočine vzdrževati enakomerno znotraj ±0,5 mm – več kot zadostuje za naprave DLP z debelino sloja 50–100 µm.
Zobniške črpalke so same po sebi zelo primerne za tekočine z visoko viskoznostjo. Strig, ki nastane med začepanjem zobnikov, deluje s tiksotropijo smole – smola se začasno stanjša, ko je stisnjena med zobmi zobnikov, kar zmanjša upor pretoka in dejansko naredi črpalko učinkovitejšo kot pri hladni vodi. V industrijskih okoljih so zobniške črpalke najboljša izbira za črpanje čokoladnega sirupa, melase, mazalnih olj in drugih lepljivih materialov – fizika je enaka.
Zobniške črpalke v primerjavi z membranskimi črpalkami nimajo batne membrane, zato je njihov izhodni tok veliko bolj zvezen. Vsak udarec membranske črpalke povzroči kratko prekinitev, ki se prevede v drobne, a stalne površinske tresljaje v kadi. Pri fotopolimerizaciji stabilnost površine tekočine med vsako osvetlitvijo neposredno vpliva na to, kako enakomerno se smola razporedi. V primerjavi s peristaltičnimi črpalkami zobniške črpalke nimajo cevi, ki bi se obrabile. Cevi peristaltične črpalke - običajno silikonske - postopoma nabreknejo in strdijo ob dolgotrajnem stiku s smolnimi topili, kar povzroči opazen upad pretoka v 3–6 mesecih. Življenjska doba zobniških črpalk s kovinskimi ali inženirsko-plastičnimi zobniki je merjena v letih v okolju s smolo.
Kaj je dobra črpalka za dovajanje smole?
Glede na lastnosti smole in prednosti zobniških črpalk so tu ključne specifikacije, na katere morate biti pozorni pri izbiri miniaturne zobniške črpalke za tiskanje na smolo.
Prvič, pritisk.Dovajanje smole običajno zahteva dvigovanje iz rezervoarja v višini tal do kadi tiskalnika – navpična višina 1–2 m, plus 3–5 m cevi, z zavoji in priključki, ki dodajajo lokalni upor. Skupni sistemski protitlak običajno pade v območje 30–80 kPa. Če je najvišji delovni tlak črpalke pod tem, bo stopnja pretoka močno padla, ko protitlak naraste, in lahko celo popolnoma zastane. Razpon delovnega tlaka 40–150 kPa pokriva veliko večino zahtev za namizno in majhno industrijsko dovajanje – tudi če rezervoar stoji na tleh in tiskalnik na klopi, ostaja dobava stabilna.
Drugič, pretok.Poraba smole je odvisna od površine tiska in debeline sloja. Tipičen tiskalnik DLP porabi približno 50–150 ml na uro; večji modeli LCD lahko dosežejo 200–300 ml. Stopnja pretoka črpalke se mora le ujemati s stopnjo porabe ali jo rahlo preseči – prevelik pretok dejansko oteži nadzor nivoja. Ocena večja ali enaka 100 ml/min, z nadzorom spremenljive hitrosti, zlahka pokriva potrebe namizja do srednje industrijske in ohranja stabilen izhod tudi pri nizkih obratih brez "zdrsa".
Tretjič, združljivost materialov.Vsi notranji deli, ki pridejo v stik s smolo, morajo biti odporni na monomere in fotoiniciatorje. Smole na osnovi akrilatov so rahlo jedke za bakrove in aluminijeve zlitine, zato je ohišje črpalke najbolje izdelano iz nerjavečega jekla ali konstruirane plastike, zobniki pa potrebujejo dobro razmerje med odpornostjo proti obrabi in kemično odpornostjo.
Četrtič, hrup.Veliko smolnih tiskalnikov se uporablja v pisarnah, klinikah ali laboratorijih, kjer so omejitve hrupa veliko strožje kot v tovarniških prostorih. Rotacijski zvok zobniške črpalke je sam po sebi manj vsiljiv kot udarno udarjanje membranske črpalke. Dodatek gumijaste blazinice za dušenje med črpalko in njenim nosilcem dodatno zmanjša hrup strukturnih vibracij.
Petič, enostavnost vožnje.Večina matičnih plošč tiskalnika zagotavlja izhodno napetost 24 V DC. Ujemanje pogonske napetosti črpalke vam prihrani dodajanje dodatnega napajalnega modula. Ohranjanje obratovalnega toka pod 200 mA preprečuje preobremenitev plošče in odpravlja potrebo po dodatnem odvodu toplote.
Kako se SC2301CPW obnese pri dovajanju smole
Zdaj pa primerjajmo ta merila z miniaturno zobniško črpalko SC2301CPW – prileganje postane očitno.
24 V DCse ujema z običajnimi napetostmi matične plošče tiskalnika, zato ni potreben nižji ali ojačevalni pretvornik.
Večji ali enak 100 ml/minpretok daje veliko prostora za prilagajanje. V praksi jo lahko krmiljenje hitrosti PWM zniža na 30–80 ml/min, kar natančno ustreza stopnji porabe različnih tiskalnikov.
40–150 kPadelovni tlak zlahka prenese navpični dvig 2–3 m in zapleteno odpornost cevi, tudi pri smolah za ulivanje z višjo viskoznostjo ali kompozitih, polnjenih s keramiko.
Manjši ali enak 200 mAporaba toka pomeni neposredno napajanje matične plošče - brez ločenega visokotokovnega ožičenja, kar zmanjšuje notranjo zmešnjavo in točke okvar.
Manjši ali enak 60 dBhrup pri 50 cm je približno na ravni običajnega pogovora – popolnoma sprejemljiv za pisarniška ali klinična okolja.
Črpalka uporablja gred iz nerjavečega jekla in zobniški par, odporen proti obrabi, dokazano za dolgotrajno delovanje v smolnih medijih. Redno vzdrževanje je omejeno na preverjanje O-obročev in čiščenje vstopnega filtra – ni pogoste menjave obrabljivih delov.
Še pomembneje je, da se neprekinjen, gladek izhod zobniške črpalke popolnoma ujema s procesnimi zahtevami tiskanja s smolo. Površina kadi ostane brez valov, ki jih povzročajo pulzacije, smola se enakomerno razporedi med vsako izpostavljenostjo in konsistenca debeline med plastmi je ohranjena. Smola v dovodni liniji ostane v počasnem gibanju, tako da fotoiniciatorji in pigmenti ostanejo enakomerno obešeni - veliko bolje kot statično shranjevanje. Sistem hranjenja se razvije iz "pasivnega čakanja, da nivo pade" v "aktivno vzdrževanje konstantnega nivoja" - temeljna nadgradnja procesa.
Praktični nasveti za namestitev
Tudi s pravo črpalko so podrobnosti namestitve pomembne.
Dovodna cev naj bo čim krajša in ravna, da zmanjšate nepotrebne upogibe.
Namestite filter iz nerjavečega jekla s 60- do 100-mrežami na dovod, da ujamete neraztopljene delce ali zunanje ostanke, preden vstopijo v votlino črpalke.
Odvodno cev usmerite tako, da vstopi v kad pod površino tekočine, pri čemer se izognite brizganju in nastajanju mehurčkov.
Črpalko namestite bližje kadi kot rezervoarju – skrajšanje izstopnega toka zmanjša izgubo tlaka. Če je notranji prostor tesen, namestite črpalko zunaj na stran ohišja s hitro spojnimi priključki za enostavno vzdrževanje.
Čiščenje po tisku je enako pomembno. Ostanki, ki ostanejo v črpalki dlje časa, se lahko fotostrdijo ali želirajo. Po vsakem tiskanju skozi črpalko zaženite kratek cikel čiščenja z izopropilnim alkoholom ali namensko čistilno raztopino. Če vaš tiskalnik podpira samodejne rutine čiščenja, je z vključitvijo izpiranja črpalke v dnevni načrt vzdrževanja delovanje skoraj brezskrbno.
Ponovno razmišljanje o hranjenju s smolo
Mnogi ljudje pri izdelavi ali naknadnem opremljanju tiskalnika s smolo svojo pozornost usmerijo v svetlobni vir, zaslon, natančnost osi Z – »vidno« strojno opremo. Sistem hranjenja se pogosto obravnava kot naknadna misel, pritrjena s kosom cevi. Toda tiskanje je proces na sistemski ravni; vsak šibki člen pusti pečat na končnem delu.
Valovi na nestabilni površini, barvna odstopanja zaradi usedanja pigmentov, prekinitve tiskanja zaradi ročnega polnjenja – te "manjše" motnje pogosto izvirajo iz nastavitve podajanja. Vložite malo truda v pravilen sistem podajanja in pridobili boste znatno izboljšano doslednost tiskanja in veliko prijetnejšo uporabniško izkušnjo.
Zobniška črpalka ni edina rešitev, toda za dovajanje smole dosega odlično kontinuiteto pretoka, prilagodljivost tlaka, združljivost materialov in dolgoročno zanesljivost. SC2301CPW je reprezentativen primer, ki potrjuje uporabnost miniaturnih zobniških črpalk pri fotopolimerizacijskem tiskanju.
Če imate težave z dovajanjem smole, je vredno ponovno pregledati celotno pot tekočine z vidika zobniške črpalke. Včasih ključ do boljšega tiska ni doseganje parametrov osvetlitve do skrajnih meja – temveč pravilna določitev osnov podajanja.