Pompă peristaltică pentru imprimantă 3D: Ghid silențios de alimentare cu micro lichid

O pompă peristaltică se potrivește unei imprimante 3D atunci când lucrarea este o manipulare precisă, cu volum redus de lichid, mai degrabă decât o răcire în vrac. Skoocom SC2201RPW se mișcă cu 20-50 ml/min la 3, 5 sau 8 V DC, măsoară sub 60 dB la 30 cm și a finalizat 600.000 de cicluri de livrare în testele din fabrică. Se potrivește cu alimentarea cu lichid de răcire cu o singură buclă, transferul rășină-solvent și dozarea pigmentului - și este pompa greșită pentru hotend cu debit mare sau pentru răcirea camerei.

1. De ce imprimantele 3D desktop au nevoie de o aprovizionare cu lichide silențioasă și precisă

Imprimantele desktop FDM și rășină funcționează din ce în ce mai mult în dormitoare, birouri comune și laboratoare de predare, astfel încât semnătura acustică a fiecărui subsistem contează la fel de mult ca și debitul său. O pompă de apă silențioasă este acum o componentă a sistemului, mai degrabă decât un accesoriu, iar specificarea unei pompe peristaltice de imprimantă 3D numai în funcție de debit, lasă cerința acustică nedefinită. O pompă montată în interiorul unei carcase se aude de două ori: direct prin aer și din nou ca vibrație suportată de structură prin cadru și panouri.

Două probleme cu fluidul conduc la alegerea pompei. În imprimarea FDM, o imprimantă care rulează în interiorul unei camere încălzite la aproximativ 45-55 de grade își poate pierde marginea termică la capătul rece al hotend-ului: filamentul se înmoaie deasupra zonei de topire și se blochează la mijlocul imprimării, modul de defecțiune numit în mod obișnuit fluaj de căldură. În imprimarea cu rășină, defecțiunea echivalentă este o cuvă care funcționează jos peste noapte, producând o linie de strat vizibilă sau o peliculă marcată în partea de jos a rezervorului. Ambele probleme sunt rezolvate prin mutarea unei cantități mici de lichid în mod fiabil, nu prin deplasarea rapidă a unei cantități mari.

A doua cerință este precizia. O buclă de răcire are nevoie de un flux constant și repetabil; o linie de dozare are nevoie de un volum repetabil. Pompele peristaltice se ocupă de ambele deoarece sunt mașini cu deplasare pozitivă: debitul este stabilit de alezajul tubului și de viteza rotorului, mai degrabă decât de contrapresiunea sistemului, iar lichidul contactează doar interiorul tubului. Acesta este motivul pentru care o micropompă de alimentare cu lichid poate fi etanșată în interiorul unei carcase de imprimantă fără cale de întreținere în fluid.

2. Specificații verificate SC2201RPW

Dimensionarea unei pompe peristaltice de imprimantă 3D începe cu bucla, nu cu un număr de titlu. Fiecare figură de mai jos este preluată de pe pagina produsului SC2201RPW și din raportul de testare din fabrică publicat de producător. În cazul în care un număr are semnificație doar împreună cu starea sa de testare, condiția este menționată pe același rând, deoarece un debit sau un nivel de zgomot cotat fără condiția sa nu poate fi utilizat pentru deciziile inginerești.

Tabelul 1. Rezumatul specificațiilor SC2201RPW cu condițiile de testare.

Sursa: pagina produsului Skoocom SC2201RPW și raportul de testare a performanței din fabrică.

3. Ce înseamnă de fapt „sub 60 dB” în interiorul unei carcase imprimante

Pentru un sistem de răcire prin imprimare 3D, cifra de zgomot publicată este sub 60 dB măsurată la 30 cm, la 5 V DC, cu un burete de 5 cm plasat sub pompă pentru a absorbi vibrațiile. Aceste trei condiții contează mai mult decât numărul în sine, iar un cumpărător ar trebui să le citească cu atenție înainte de a scrie valoarea într-o specificație a produsului.

Nu este specificată nicio ponderare în frecvență.Datele acustice pentru mașini sunt raportate în mod normal ca nivel de presiune acustică ponderat A, dB(A), care subliniază tonurile de joasă frecvență pe care le produce o pompă peristaltică pe măsură ce fiecare rolă cuplează tubul. O cifră simplă dB nu este comparabilă cu cifrele dB(A) de la alți furnizori.

Distanța de măsurare este de 30 cm, nu de 1 m.Nivelul presiunii acustice scade odată cu distanța, astfel încât o cifră luată la distanță de braț va arăta întotdeauna mai bine decât aceeași pompă măsurată la distanța de referință de 1 m pe care o folosesc metodele de inginerie precum ISO 3744 și ISO 11202.

Testul a folosit izolarea vibrațiilor.Buretele de 5 cm face parte din configurația de măsurare, ceea ce confirmă că montarea este o variabilă de zgomot de ordinul întâi pentru această pompă, nu un detaliu.

Pentru context, OSHA tratează 85 dBA ca fiind nivelul la care un lucrător trebuie să ridice vocea pentru a fi auzit de la aproximativ 3 metri distanță. O citire sub 60 dB, prin urmare, sta bine în afara oricărei probleme legate de zgomotul la locul de muncă. Concluzia utilă nu este că pompa este silențioasă în termeni absoluti, ci că afirmația trebuie re-testată în instalația reală: montați pompa pe amortizoare din elastomer, țineți-o departe de panourile plate mari care radiază sunet și măsurați dB(A) la 1 m în mașina asamblată.

Dacă funcționarea silențioasă este o cerință de proiectare și o pompă de apă silențioasă trebuie comparată între furnizori, solicitați un număr: Nivelul de presiune acustică ponderat A la 1 m, măsurat pe pompa goală și din nou pe suportul amortizat. Două cifre comparabile valorează mai mult decât patru incomparabile.

4. Trei aplicații se potrivește SC2201RPW - și trei nu

Aplicația potrivită pentru o pompă peristaltică de imprimantă 3D este decisă de debit, presiune și chimie. Secțiunile de mai jos separă sarcinile în care SC2201RPW este o alegere corectă de cele care necesită o pompă diferită.

4.1 Alimentare cu lichid de răcire cu o singură buclă

Într-un sistem de răcire de imprimare 3D, bucla elimină căldura la o rată stabilită de fluxul de masă și creșterea temperaturii. Pentru apă, capacitatea termică specifică este de 4.184 J/(kg·K) la 20 de grade, deci aritmetica este directă: Q=debit de masă × 4.184 × creșterea temperaturii.

Tabel 2. Capacitatea de transport de căldură a intervalului de debit SC2201RPW pentru apă.

Calculat din Q=debit de masă × cp × ΔT folosind cp=4, 184 J/(kg·K) (NIST).

Prin urmare, SC2201RPW transportă aproximativ 14 până la 70 W, în funcție de cât de multă creștere a temperaturii poate tolera bucla. Acesta este utilizabil pentru capătul rece al unui singur hotend, unde trebuie eliminată doar căldura condusă până la pauza de căldură, iar ghidul de aplicare al Skoocom plasează o singură buclă de hotend la 20-50 ml/min - exact banda pe care o acoperă această pompă.

Nu este utilizabil pentru nimic cu o sarcină termică mai mare. O mașină dual-hotend, o cameră încălzită, drivere pas cu pas sau un pat încălzit au nevoie de un debit mai mare, iar un plafon de presiune de 6 psi (41 kPa) oferă puțin spațiu pentru un tub lung, un fiting restrictiv cu deconectare rapidă sau un bloc de apă cu plăci și aripioare. Pentru aceste sarcini, SC2301CPW cu debit mai mare este partea corectă.

4.2 Manipulare rășină-solvent pentru fluxurile de lucru SLA și DLP

Aceasta este aplicația care este cel mai adesea descrisă incorect. O stație de spălare a rășinii nu curăță piesele prin circularea unui firicel de solvent; agita piese intr-un volum mare. Formlabs Form Wash, de exemplu, folosește un rotor cuplat magnetic, reține 7-15 L de solvent și este specificat la 120 de imprimări per reumplere cu alcool izopropilic cu o spălare implicită de 10 minute. O pompă care se mișcă cu 20-50 ml/min nu poate produce acea agitație și nicio pretenție contrară nu ar trebui să apară în tipărire.

Ceea ce o pompă peristaltică cu debit scăzut face cu adevărat bine într-un flux de lucru cu rășină este logistica fluidului din jurul rezervorului:

Transfer.Decantarea solventului uzat din găleata de spălare și a solventului proaspăt înăuntru, cu pompa auto-amorsă și fără etanșare în calea fluidului de scurgere.

Completare.Înlocuirea volumului pierdut prin evaporare între spălări - 50 ml durează aproximativ 60 de secunde la 50 ml/min și aproximativ 150 de secunde la 20 ml/min.

Filtrare și recirculare.Trecerea solventului printr-un filtru în linie pentru a prelungi durata de viață a acestuia, care este o sarcină cu debit scăzut prin natură.

Alcoolul izopropilic are un punct de aprindere de 11,7 grade într-o cană deschisă (13 grade cană închisă) și un interval exploziv de 2-12,7% în volum în aer, deci este inflamabil la temperatura camerei. O pompă peristaltică ajută deoarece singura parte umedă este tubul, dar ventilația, lipirea și adecvarea ansamblului rămân responsabilitatea integratorului. Siliconul este foarte inert, dar considerabil mai permeabil la gaze decât alte cauciucuri, ceea ce contează acolo unde pierderea de solvenți este o problemă.

4.3 Dozarea pigmentului și a aditivilor pentru imprimante multicolore

Dozarea este cea mai potrivită pentru această pompă. La 20-50 ml/min, SC2201RPW furnizează 0,33 până la 0,83 ml pe secundă, ceea ce reprezintă o rată practică pentru adăugarea de pigment, rășină sau aditiv la un cap de amestecare în trepte măsurate, mai degrabă decât prin alimentare gravitațională. Deoarece fluidul rămâne în interiorul tubului, schimbarea tubului elimină, de asemenea, orice risc de contaminare încrucișată între culori și nicio rășină întărită nu se poate acumula în interiorul corpului pompei.

Două limite se aplică unei micropompe de alimentare cu lichid utilizată astfel. Alezajul tubului de 2,5 mm limitează dispersiile de pigment foarte vâscoase, iar eficiența pompei peristaltice scade pe măsură ce vâscozitatea crește, astfel încât o pastă puternic încărcată necesită un orificiu mai mare sau un alt tip de pompă. Fluidele pigmentate care se depun, de asemenea, au nevoie fie de un timp scurt de rezidență în linie, fie de o cale de recirculare, deoarece tubul nu va menține solidele în suspensie.

4.4 În cazul în care SC2201RPW nu aparține

„Micro ungere a capului extruderului”.Introducerea lubrifiantului în traseul filamentului nu este întreținerea standard FDM și riscă contaminarea topiturii și destabilizarea extrudarii. Dacă o imprimantă are nevoie cu adevărat de lubrifiere automată, punctele de uzură sunt șinele liniare și șuruburile de plumb, iar fluidul nu ar trebui să intre niciodată în hotend.

Răcire pat încălzit, șofer sau cameră.Debitul este un ordin de mărime prea mic.

Orice buclă care necesită mai mult de aproximativ 41 kPa.Presiunea de refulare de șase psi este plafonul; verificați căderea reală de presiune a buclei asamblate înainte de a începe.

5. De la evaluări de ciclu la ore de serviciu

Numărările de cicluri nu sunt utile în sine, deoarece un ciclu nu are o lungime fixă. Cifrele de anduranță SC2201RPW au fost măsurate pe o rulare de 5 secunde și un model de oprire de 3 secunde, deci un ciclu este de 8 secunde. Convertirea numerelor publicate în ore de pompare le face comparabile cu evaluările bazate pe oră utilizate pentru majoritatea pompelor industriale și expune o cifră care nu ar trebui repetată.

Tabelul 3. Evaluările ciclului publicate convertite în ore de pompare.

Calculat din numărul de cicluri și ciclul de funcționare de 5 s pornit / 3 s oprit menționat în raportul de testare din fabrică.

Cifra de 480.000 de cicluri apare în mai multe articole ale producătorului, dar nu și pe pagina produsului și este mai mică decât cele 600.000 de cicluri realizate de testul din fabrică. Subestimează rezistența documentată și nu poate fi urmărită la un raport de testare. Publicați evaluarea verificată de 300.000 de cicluri cu ciclul său de funcționare, citați testul de 600.000 de cicluri ca maxim înregistrat și nu repetați 480.000 de cicluri fără raportul de bază.

Tubul este consumabilul, nu motorul. Cauciucul siliconic are o rezistență scăzută la tracțiune și o rezistență slabă la uzură, iar fiecare ciclu stoarce aceeași secțiune scurtă a tubului. Producătorul se așteaptă la mii de ore de la tuburile de silicon în funcționarea lichidului de răcire, dar doar la luni până la un an în funcționarea cu rășină, așa că înlocuiți tubul atunci când se simte moale sau plat și proiectați pompa în mașină astfel încât tubul să fie accesibil.

6. SC2201RPW comparativ cu SC2301CPW

Două pompe peristaltice din gama Skoocom sunt luate în considerare de obicei pentru aceeași imprimantă 3D și nu sunt interschimbabile. Alegerea este decisă dacă mașina are nevoie de un volum mic măsurat sau de un debit continuu.

Tabelul 4. Comparația orientată către aplicație a celor două pompe peristaltice Skoocom.

Surse: pagina produsului Skoocom SC2201RPW; articol produs Skoocom SC2301CPW.

Regula deciziei este simplă. Dacă pompa trebuie să mențină o temperatură, să miște un litru sau să alimenteze un al doilea hotend, alegeți SC2301CPW de 24 V. Dacă trebuie să plaseze un volum mic și repetabil de lichid într-un anumit loc, alegeți SC2201RPW și acceptați că își extrage 0,8 W de pe o șină de 5 V, mai degrabă decât de la sursa principală de 24 V a imprimantei.

7. Lista de verificare a integrării pentru constructorii de imprimante

Verificați tensiunea pe foaia de date, nu cu titlul paginii.Pe acest model pagina proprie a furnizorului a indicat un interval de tensiune diferit de cel din fișa de specificații. Confirmați 3/5/8 V sau 3/6/12 V în scris înainte de a proiecta sursa.

Planificați șina de alimentare.O pompă de 5 V sub 160 mA este ușor de condus, dar majoritatea imprimantelor de birou distribuie 24 V. Alocați fie o sursă dedicată de 5 V, fie un convertor mic și țineți pompa de orice șină comună cu încălzitorul.

Montați pe amortizoare.Testul de zgomot din fabrică a folosit un burete de 5 cm, care este un semnal direct că izolarea schimbă rezultatul. Utilizați suporturi din elastomer și evitați panourile mari nesuportate.

Păstrați bucla scurtă.Cu 6 psi disponibile, lungimea tubului, numărul de racorduri și restricția de blocare a apei contează. Măsurați căderea de presiune a buclei asamblate sau testați-o pe banc.

Alegeți lichidul în mod deliberat.Apă distilată cu un biocid sau un lichid de răcire special. Evitați fluidele abrazive și agresive și verificați orice solvent împotriva compusului tubului, mai degrabă decât împotriva corpului pompei.

Exploatați autoamorsarea.Pompa se amorsează singură și tolerează bule mici, ceea ce simplifică umplerea și sângerarea unei noi bucle. Nu se usucă pentru perioade lungi de timp.

Stoc tub de rezervă.Este singurul consumabil, este nevoie de câteva minute pentru a se schimba, iar o imprimantă care este scoasă din funcțiune pentru un tub este o imprimantă de care clientul își amintește.

Recomandări cheie

SC2201RPW este o pompă peristaltică de imprimantă 3D cu o viteză de 20-50 ml/min, 3/5/8 V DC, sub 160 mA, cu o presiune de refulare de cel puțin 6 psi (aproximativ 41 kPa) și un corp de 55,9 mm lungime.

Figura sa de zgomot, sub 60 dB, a fost măsurată la 30 cm pe un burete de 5 cm fără o ponderare de frecvență declarată. Retestați-l ca dB(A) la 1 m în mașina finită înainte de a utiliza numărul într-o specificație.

Capacitatea de debit de 20-50 ml/min corespunde cu aproximativ 14-70 W de transport de căldură pentru apă, ceea ce se potrivește cu o singură buclă hotend și nimic mai mare.

Stațiile de spălare cu rășină agită 7-15 L de solvent; această pompă se ocupă de transferul solvenților, completarea și filtrarea, nu agitarea.

Dozarea pigmentului și a aditivilor este cea mai puternică aplicație, la 0,33-0,83 ml pe secundă, fără contaminare încrucișată deoarece doar tubul este umezit.

Publicați 300.000 de cicluri verificate cu ciclul de funcționare de 5 s pornit / 3 s oprit sau rezultatul testului de 600.000 de cicluri. Cifra de 480.000 de cicluri care circulă în unele materiale nu are un raport de testare în spate.

Ca pompă de apă silențioasă și micro pompă de alimentare cu lichid, funcționează cu mult sub pragurile de zgomot la locul de muncă, dar cifra acustică ar trebui remăsurată în sistemul de răcire de imprimare 3D asamblat înainte de a fi oferită unui client.

Întrebări frecvente

Ce este răcirea cu apă pentru imprimantele 3D?

Este o buclă închisă care transportă căldura departe de o componentă - cel mai adesea capătul rece al unui hotend - printr-un lichid, apoi respinge acea căldură la un radiator sau un rezervor din afara carcasei. Apa transportă în masă căldura specifică de aproximativ patru ori mai mare a aerului, așa că un flux mic de lichid transportă mult mai multă căldură decât aceeași masă de aer, motiv pentru care răcirea cu lichid poate menține temperatura duzei mai stabilă decât un ventilator într-o cameră etanșă.

Imprimantele 3D necesită lichid de răcire?

Nu. Majoritatea imprimantelor desktop sunt răcite cu aer și nu au nevoie de lichid. Lichidul de răcire devine necesar atunci când o mașină funcționează în interiorul unei camere încălzite, atunci când un hotend este împins la debite mari sau când carcasa este etanș suficient de etanș încât răcirea ventilatorului să recirculeze doar aerul cald. În aceste cazuri, bucla este o alegere de design pentru stabilitate termică, nu un consumabil.

Cât de silențioasă este cu adevărat pompa peristaltică SC2201RPW?

Producătorul a măsurat sub 60 dB la 30 cm la 5 V DC cu pompa sprijinită pe un burete de 5 cm. Aceasta este mai silențioasă decât o conversație normală și mult sub nivelul de 85 dBA unde încep programele de zgomot la locul de muncă. Deoarece cifra este neponderată și luată la 30 cm în loc de 1 m, solicitați furnizorului o citire ponderată A la 1 m, cu și fără izolație de vibrații, înainte de a o compara cu o altă pompă.

Poate o pompă de 20-50 ml/min să răcească un hotend singură?

Pentru un singur hotend se poate, deoarece blocul de apă trebuie doar să elimine căldura condusă până la pauza de căldură. La 50 ml/min și o creștere a temperaturii cu 10 K, ceea ce înseamnă o capacitate de transport de aproximativ 35 W, iar ghidul de aplicare al Skoocom pune o singură buclă hotend la 20-50 ml/min. Nu poate răci două hotend-uri, o cameră, drivere sau un pat; acestea au nevoie de SC2301CPW cu debit mai mare.

Cât timp durează SC2201RPW înainte de a avea nevoie de service?

Pompa a finalizat mai mult de 300.000 de cicluri în testul de viață standard și până la 600.000 de cicluri într-un test extins, atât pe o funcționare de 5 secunde, cât și pe un model de oprire de 3 secunde. Adică aproximativ 667 de ore și, respectiv, 1.333 de ore de pompare. Tubul, nu motorul, determină momentul în care este nevoie de service, iar producătorul se așteaptă la mii de ore de la tubul de silicon în funcționarea lichidului de răcire, dar doar la luni până la un an în funcționare cu rășină.

Care este diferența dintre SC2201RPW și SC2301CPW?

SC2201RPW este o pompă compactă de 3/5/8 V pentru dozare de 20-50 ml/min. SC2301CPW este o pompă de 24 V evaluată la 100 ml/min sau mai mult cu 40-150 kPa de presiune, destinată răcirii hotend-ului, reumplerii automate cu rășină și buclelor de curățare. Alegeți SC2201RPW atunci când un volum mic și repetabil trebuie plasat cu precizie; alegeți SC2301CPW atunci când bucla trebuie să mențină o temperatură sau să servească mai mult de un hotend.