Peristaltička pumpa 3D pisača: Vodič za tihu opskrbu mikro tekućinom

Peristaltička pumpa odgovara 3D printeru kada je posao precizno rukovanje malom količinom tekućine, a ne masovno hlađenje. Skoocom SC2201RPW kreće se 20-50 mL/min pri 3, 5 ili 8 V DC, mjeri ispod 60 dB na 30 cm i završio je 600.000 ciklusa isporuke u tvorničkom testiranju. Odgovara dovodu rashladne tekućine s jednom petljom, prijenosu smola-otapalo i doziranju pigmenta - i to je pogrešna pumpa za visokoprotočno rashladno tijelo ili hlađenje komore.

1. Zašto stolni 3D pisači trebaju tihu, preciznu opskrbu tekućinom

Stolni FDM i pisači na smoli sve više rade u spavaćim sobama, zajedničkim uredima i nastavnim laboratorijima, tako da je akustični potpis svakog podsustava važan jednako kao i njegov protok. Tiha pumpa za vodu sada je komponenta sustava, a ne dodatna oprema, a određivanje peristaltičke pumpe 3D pisača samo prema brzini protoka ostavlja akustični zahtjev nedefiniranim. Crpka montirana unutar kućišta čuje se dva puta: izravno kroz zrak, a opet kao vibracije koje se prenose strukturom kroz okvir i panele.

Dva problema s tekućinom pokreću odabir pumpe. U FDM ispisu, pisač koji radi unutar grijane komore na otprilike 45-55 stupnjeva može izgubiti svoju toplinsku granicu na hladnom kraju vrućeg dijela: filament omekša iznad zone taljenja i zaglavi ispis, način kvara koji se obično naziva toplinsko puzanje. Kod ispisa smolom, ekvivalentan kvar je posuda koja se isprazni preko noći, stvarajući vidljivu liniju slojeva ili označeni film na dnu spremnika. Oba se problema rješavaju pouzdanim premještanjem male količine tekućine, a ne brzim premještanjem velike količine.

Drugi zahtjev je preciznost. Rashladna petlja treba stabilan, ponovljiv protok; linija za doziranje treba ponovljivi volumen. Peristaltičke pumpe podnose oboje jer su strojevi s pozitivnim pomakom: protok se određuje provrtom cijevi i brzinom rotora, a ne protutlakom sustava, a tekućina dolazi u kontakt samo s unutrašnjosti cijevi. Zbog toga se pumpa za opskrbu mikro tekućinom može zatvoriti unutar kućišta pisača bez puta za održavanje u tekućinu.

2. SC2201RPW provjerene specifikacije

Određivanje veličine peristaltičke pumpe 3D pisača počinje s petljom, a ne s naslovnim brojem. Svaka slika u nastavku preuzeta je sa stranice proizvoda SC2201RPW i izvješća o tvorničkom ispitivanju koje je objavio proizvođač. Tamo gdje broj ima smisla samo zajedno sa svojim uvjetom ispitivanja, uvjet se navodi u istom retku, jer se brzina protoka ili razina buke navedena bez uvjeta ne može koristiti za inženjerske odluke.

Tablica 1. Sažetak specifikacije SC2201RPW s uvjetima ispitivanja.

Izvor: stranica proizvoda Skoocom SC2201RPW i izvješće o tvorničkom ispitivanju performansi.

3. Što zapravo znači "ispod 60 dB" unutar kućišta pisača

Za rashladni sustav za 3D ispis, objavljeni broj buke je ispod 60 dB mjereno na 30 cm, pri 5 V DC, sa spužvom od 5 cm postavljenom ispod pumpe za apsorbiranje vibracija. Ta tri uvjeta važnija su od samog broja i kupac bi ih trebao pažljivo pročitati prije nego što upiše vrijednost u specifikaciju proizvoda.

Nije navedeno ponderiranje učestalosti.Akustički podaci za strojeve obično se prikazuju kao A-ponderirana razina zvučnog tlaka, dB(A), koja umanjuje naglasak niskofrekventnih tonova koje proizvodi peristaltička pumpa dok svaki valjak zahvaća cijev. Obična brojka u dB nije usporediva s brojkama u dB(A) drugih dobavljača.

Udaljenost mjerenja je 30 cm, a ne 1 m.Razina zvučnog tlaka pada s udaljenošću, tako da će brojka uzeta na udaljenosti ispružene ruke uvijek izgledati bolje od iste pumpe izmjerene na referentnoj udaljenosti od 1 m koju koriste inženjerske metode kao što su ISO 3744 i ISO 11202.

Test je koristio izolaciju od vibracija.Spužva od 5 cm dio je postavki mjerenja, što potvrđuje da je montaža varijabla buke prvog reda za ovu pumpu, a ne detalj.

Za kontekst, OSHA tretira 85 dBA kao razinu na koju radnik mora povisiti glas da bi ga se čulo s udaljenosti od oko 3 stope. Očitanje ispod 60 dB stoga je izvan svake brige o buci na radnom mjestu. Koristan zaključak nije da je crpka tiha u apsolutnom smislu, već da se tvrdnja mora ponovno ispitati u stvarnoj instalaciji: montirajte crpku na elastomerne prigušnice, držite je podalje od velikih ravnih ploča koje zrače zvuk i izmjerite dB(A) na 1 m u sklopljenom stroju.

Ako je tihi rad zahtjev dizajna i tiha pumpa za vodu mora se usporediti među dobavljačima, zatražite jedan broj: A-ponderirana razina zvučnog tlaka na 1 m, izmjerena na goloj pumpi i ponovno na prigušenom nosaču. Dvije usporedive brojke vrijede više od četiri neusporedive.

4. Tri aplikacije za koje SC2201RPW odgovara - a tri ne

O primjeni peristaltičke pumpe 3D pisača odlučuje brzina protoka, tlak i kemija. Odjeljci ispod odvajaju dužnosti za koje je SC2201RPW dobar izbor od onih za koje je potrebna druga pumpa.

4.1 Jednostruki dovod rashladne tekućine vrućeg kraja

U rashladnom sustavu za 3D ispis, petlja uklanja toplinu brzinom određenom masenim protokom i porastom temperature. Za vodu, specifični toplinski kapacitet je 4,184 J/(kg·K) na 20 stupnjeva, tako da je aritmetika izravna: Q=maseni protok × 4,184 × porast temperature.

Tablica 2. Kapacitet prijenosa topline raspona protoka SC2201RPW za vodu.

Izračunato iz Q=masenog protoka × cp × ΔT pomoću cp=4,184 J/(kg·K) (NIST).

SC2201RPW stoga nosi otprilike 14 do 70 W ovisno o tome koliko porasta temperature petlja može tolerirati. To je upotrebljivo za hladni kraj jednog hotenda, gdje se mora ukloniti samo toplina koja se provodi do toplinskog prekida, a Skoocomove smjernice za primjenu postavljaju jednu petlju hotenda na 20-50 mL/min - točno opseg koji ova pumpa pokriva.

Nije upotrebljiv za ništa s većim toplinskim opterećenjem. Stroj s dvostrukim vrućim poklopcem, grijana komora, koračni pokretači ili grijani ležaj trebaju red veličine više protoka, a strop tlaka od 6 psi (41 kPa) daje malo prostora za dugotrajnu cijev, restriktivni priključak za brzo odvajanje ili vodeni blok s pločom i perom. Za te dužnosti SC2301CPW s većim protokom ispravan je dio.

4.2 Rukovanje smolom i otapalom za SLA i DLP tijekove rada

Ovo je aplikacija koja se najčešće netočno opisuje. Stanica za pranje smole ne čisti dijelove kruženjem kapljice otapala; miješa dijelove u velikom volumenu. Formlabs Form Wash, na primjer, koristi magnetski spregnuti impeler, drži 7-15 L otapala i specificiran je na 120 otisaka po ponovnom punjenju izopropilnim alkoholom sa zadanim pranjem od 10 minuta. Crpka koja se kreće brzinom od 20-50 ml/min ne može proizvesti takvo miješanje i nikakva tvrdnja o suprotnom ne bi se trebala pojaviti u tisku.

Ono što peristaltička pumpa niskog protoka uistinu dobro radi u tijeku rada sa smolom je logistika tekućine oko spremnika:

Prijenos.Dekantiranje korištenog otapala iz kante za pranje i svježe otapalo unutra, sa samousisnom pumpom i bez brtve na putu tekućine za curenje.

Dopunjavanje.Zamjena volumena izgubljenog isparavanjem između pranja - 50 mL traje oko 60 sekundi pri 50 mL/min i oko 150 sekundi pri 20 mL/min.

Filtriranje i recirkulacija.Prolazak otapala kroz linijski filtar kako bi se produžio njegov radni vijek, što je po prirodi zadatak s malim protokom.

Izopropilni alkohol ima plamište od 11,7 stupnjeva u otvorenoj posudi (13 stupnjeva u zatvorenoj posudi) i raspon eksplozivnosti od 2-12,7 % volumena u zraku, tako da je zapaljiv na sobnoj temperaturi. Peristaltička pumpa pomaže jer je jedini mokri dio cijev, ali ventilacija, lijepljenje i prikladnost sklopa ostaju odgovornost integratora. Silikon je visoko inertan, ali znatno propusniji za plinove od ostalih guma, što je važno kada je gubitak otapala problem.

4.3 Doziranje pigmenata i aditiva za višebojne pisače

Doziranje najjače odgovara ovoj pumpi. Pri 20-50 mL/min SC2201RPW isporučuje 0,33 do 0,83 mL po sekundi, što je praktična brzina za dodavanje pigmenta, smole ili aditiva u glavu za miješanje u izmjerenim inkrementima, a ne gravitacijskim punjenjem. Budući da tekućina ostaje unutar cijevi, zamjenom cijevi također se uklanja rizik od unakrsne kontaminacije između boja, a stvrdnuta smola se ne može nakupiti unutar tijela pumpe.

Dva ograničenja vrijede za pumpu za opskrbu mikro tekućinom koja se koristi na ovaj način. Provrt cijevi od 2,5 mm ograničava visoko viskozne disperzije pigmenata, a učinkovitost peristaltičke pumpe opada kako viskoznost raste, tako da pasta s velikim opterećenjem treba veći provrt ili drugu vrstu pumpe. Pigmentirane tekućine koje se talože također trebaju ili kratko vrijeme zadržavanja u liniji ili recirkulacijski put, budući da cijev neće zadržati krutine u suspenziji.

4.4 Gdje SC2201RPW ne pripada

"Mikro podmazivanje glave ekstrudera."Uvođenje maziva u stazu filamenta nije standardno održavanje FDM-a i rizikuje kontaminaciju taline i destabiliziranje ekstruzije. Ako je pisaču doista potrebno automatizirano podmazivanje, točke trošenja su linearne tračnice i vodeći vijci, a tekućina nikada ne bi smjela ući u hotend.

Grijani krevet, vozač ili hlađenje komore.Protok je za red veličine premali.

Bilo koja petlja kojoj treba više od oko 41 kPa.Šest psi tlaka ispuštanja je strop; provjerite stvarni pad tlaka sklopljene petlje prije nego što započnete.

5. Od ocjena ciklusa do sati rada

Brojanje ciklusa nije od pomoći samo po sebi, jer ciklus nema fiksnu duljinu. Brojke izdržljivosti SC2201RPW izmjerene su na obrascu trčanja od 5 sekundi i zaustavljanja od 3 sekunde, tako da jedan ciklus iznosi 8 sekundi. Pretvaranje objavljenih brojeva u sate uključenosti pumpe čini ih usporedivim s ocjenama temeljenim na satu koje se koriste za većinu industrijskih crpki, i otkriva brojku koja se ne bi trebala ponavljati.

Tablica 3. Objavljene ocjene ciklusa pretvorene u sate pumpanja.

Izračunato iz broja ciklusa i radnog ciklusa od 5 s uključeno/3 s isključeno navedeno u tvorničkom izvješću o ispitivanju.

Brojka od 480.000 ciklusa pojavljuje se u nekoliko članaka proizvođača, ali ne i na stranici proizvoda, i niža je od 600.000 ciklusa koliko je postignuto tvorničkim testom. Podcjenjuje dokumentiranu izdržljivost i ne može se pratiti u izvješću o ispitivanju. Objavite potvrđenu ocjenu od 300.000 ciklusa s njegovim radnim ciklusom, navedite test od 600.000 ciklusa kao zabilježeni maksimum i nemojte ponavljati 480.000 ciklusa bez temeljnog izvješća.

Cijev je potrošni materijal, a ne motor. Silikonska guma ima malu vlačnu čvrstoću i slabu otpornost na trošenje, a svaki ciklus istiskuje isti kratki dio cijevi. Proizvođač očekuje tisuće sati od silikonskih cijevi u radu rashladne tekućine, ali samo mjesece do godinu dana u radu sa smolom, stoga zamijenite cijev kada bude mekana ili ravna i projektirajte pumpu u stroj tako da je cijev dostupna.

6. SC2201RPW u usporedbi sa SC2301CPW

Dvije peristaltičke pumpe u Skoocom asortimanu rutinski se razmatraju za isti 3D printer i nisu međusobno zamjenjive. O izboru odlučuje treba li stroju mali izmjereni volumen ili kontinuirani protok.

Tablica 4. Usporedba dviju Skoocom peristaltičkih pumpi orijentirana na primjenu.

Izvori: stranica proizvoda Skoocom SC2201RPW; Članak o proizvodu Skoocom SC2301CPW.

Pravilo odlučivanja je jednostavno. Ako pumpa mora održavati temperaturu, premjestiti litru ili napajati drugi vrući priključak, odaberite 24 V SC2301CPW. Ako mora staviti mali, ponovljivi volumen tekućine na određeno mjesto, odaberite SC2201RPW i prihvatite da svojih 0,8 W crpi iz tračnice od 5 V, a ne iz glavnog napajanja pisača od 24 V.

7. Kontrolni popis integracije za sastavljače pisača

Provjerite napon prema podatkovnoj tablici, a ne prema naslovu stranice.Na ovom modelu vlastita stranica dobavljača navodi drugačiji raspon napona od specifikacijskog lista. Potvrdite 3/5/8 V ili 3/6/12 V u pisanom obliku prije projektiranja napajanja.

Planirajte tračnicu za napajanje.Crtanje pumpe od 5 V ispod 160 mA je jednostavno pokrenuti, ali većina pisača za stolna računala distribuira 24 V. Predložite namjensko napajanje od 5 V ili mali pretvarač dolara i držite pumpu dalje od bilo koje šine koja se dijeli s grijačem.

Montirajte na amortizere.Tvornički test buke korišten je spužvom od 5 cm, što je izravan signal da izolacija mijenja rezultat. Koristite nosače od elastomera i izbjegavajte velike nepodržane ploče.

Neka petlja bude kratka.S dostupnim 6 psi, bitna je duljina cijevi, broj ugradnji i ograničenje vodenog bloka. Izmjerite pad tlaka sklopljene petlje ili ga testirajte na stolu.

Promišljeno odaberite tekućinu.Destilirana voda s biocidom ili namjenska rashladna tekućina. Izbjegavajte abrazivne i agresivne tekućine i provjerite sva otapala u odnosu na spoj cijevi, a ne u odnosu na tijelo pumpe.

Iskoristite samousisavanje.Pumpa se sama puni i tolerira male mjehuriće, što pojednostavljuje punjenje i odzračivanje nove petlje. Nemojte ga sušiti dulje vrijeme.

Zaliha rezervne cijevi.To je jedini potrošni materijal, mijenja se nekoliko minuta, a printer koji nije u funkciji za tubu je printer kojeg se kupac sjeća.

Ključni podaci za van

SC2201RPW je peristaltička pumpa za 3D pisač s kapacitetom od 20-50 ml/min, 3/5/8 V DC, ispod 160 mA, s tlakom pražnjenja od najmanje 6 psi (oko 41 kPa) i tijelom duljine 55,9 mm.

Njegova vrijednost buke, ispod 60 dB, izmjerena je na 30 cm na spužvi od 5 cm bez navedenog ponderiranja frekvencije. Ponovno ga testirajte kao dB(A) na 1 m u gotovom stroju prije upotrebe broja u specifikaciji.

Kapacitet protoka od 20-50 mL/min odgovara oko 14-70 W prijenosa topline za vodu, što odgovara jednoj petlji hotenda i ničemu većem.

Stanice za pranje smole miješaju 7-15 L otapala; ova pumpa upravlja prijenosom otapala, dopunjavanjem i filtriranjem, a ne miješanjem.

Doziranje pigmenta i aditiva je najjača primjena, pri 0,33-0,83 mL po sekundi, bez unakrsne kontaminacije jer se samo cijev smoči.

Objavite 300 000 potvrđenih ciklusa s radnim ciklusom od 5 s uključeno / 3 s isključeno ili rezultat testa od 600 000 ciklusa. Brojka od 480 000 ciklusa koja kruži u nekim materijalima iza sebe nema izvješća o ispitivanju.

Kao tiha pumpa za vodu i pumpa za opskrbu mikro tekućinom, radi znatno ispod pragova buke na radnom mjestu, ali akustičnu vrijednost treba ponovno izmjeriti u sastavljenom rashladnom sustavu za 3D ispis prije nego što se ponudi kupcu.

Često postavljana pitanja

Što je vodeno hlađenje za 3D printere?

To je zatvorena petlja koja odvodi toplinu od komponente - najčešće hladnog kraja hotenda - kroz tekućinu, a zatim odbija tu toplinu na radijatoru ili spremniku izvan kućišta. Voda nosi otprilike četiri puta veću specifičnu toplinu od zraka po masi, tako da mali protok tekućine prenosi daleko više topline od iste mase zraka, zbog čega hlađenje tekućinom može održavati temperaturu mlaznice stabilnijom od ventilatora u zatvorenoj komori.

Je li 3D pisačima potrebna rashladna tekućina?

Ne. Većina stolnih pisača hladi se zrakom i uopće ne treba tekućinu. Rashladna tekućina postaje neophodna kada stroj radi unutar grijane komore, kada se vrući dio gura na visoke stope protoka ili kada je kućište dovoljno čvrsto zatvoreno da hlađenje ventilatorom cirkulira samo topli zrak. U tim slučajevima petlja je izbor dizajna za toplinsku stabilnost, a ne potrošni materijal.

Koliko je stvarno tiha peristaltička pumpa SC2201RPW?

Proizvođač je izmjerio ispod 60 dB na 30 cm pri 5 V DC s pumpom na spužvi od 5 cm. To je tiše od normalnog razgovora i znatno ispod razine od 85 dBA na kojoj počinju programi buke na radnom mjestu. Budući da brojka nije ponderirana i uzeta je na 30 cm, a ne na 1 m, zatražite od dobavljača A-ponderirano očitanje na 1 m, sa i bez izolacije vibracija, prije usporedbe s drugom pumpom.

Može li pumpa od 20-50 ml/min sama hladiti hotend?

Za jedan hotend može, jer vodeni blok mora samo ukloniti toplinu koja se provodi do toplinskog prekida. Pri 50 mL/min i porastu temperature od 10 K to je oko 35 W transportnog kapaciteta, a Skoocomove smjernice za primjenu stavljaju jednu petlju vrućeg kraja na 20-50 mL/min. Ne može hladiti dva hotenda, komoru, vozače ili krevet; one trebaju SC2301CPW većeg protoka.

Koliko SC2201RPW traje prije nego što zatreba servis?

Crpka je izvršila više od 300 000 ciklusa u standardnom testu životnog vijeka i do 600 000 ciklusa u produženom testu, i na 5 sekundi rada i 3 sekunde zaustavljanja. To je oko 667 sati odnosno 1333 sata pumpanja. Cijev, a ne motor, određuje kada je potreban servis, a proizvođač očekuje tisuće sati od silikonske cijevi u rashladnoj tekućini, ali samo mjesece do godinu dana u smoli.

Koja je razlika između SC2201RPW i SC2301CPW?

SC2201RPW je kompaktna pumpa od 3/5/8 V za doziranje od 20-50 ml/min. SC2301CPW je pumpa od 24 V s kapacitetom od 100 mL/min ili više s 40-150 kPa tlaka, namijenjena za hlađenje hotenda, automatsko punjenje smolom i petlje za čišćenje. Odaberite SC2201RPW kada se mali, ponovljivi volumen mora precizno postaviti; odaberite SC2301CPW kada petlja mora održavati temperaturu ili služiti više od jednog hotenda.