Alta pressió i alt cabal de 24 V, trencant els colls d'ampolla del lliurament de material d'alta viscositat en impressió 3D

El SC2301CPW és una bomba d'engranatges d'impressió 3D de 24 V amb una velocitat de 100 ml/min o més contra una banda de pressió de treball de 40-150 kPa, i aquest aparellament és el que trenca el coll d'ampolla d'alta viscositat a la impressió 3D. Quan una bomba de tub perd flux a mesura que augmenta la contrapressió, una bomba d'engranatges continua desplaçant fluid gruixut a través de línies llargues, forats estrets i punts de lliurament elevats.

D'un cop d'ull

Estructura: dos engranatges engranats en una carcassa d'espai lliure; desplaçament positiu, sense vàlvules en el recorregut del fluid.

Elèctric: DC 24 V, 200 mA o menys, menys de 5 W, de manera que una sortida de la placa base o una petita etapa MOSFET pot canviar-la.

Flux - 100 ml/min o més, uns 1,7 ml/s a tota velocitat, proporcional a la velocitat del motor.

Banda de treball de pressió - 40-150 kPa, suficient per a la fricció de la línia, accessoris, filtres i elevació vertical.

Navegació ràpida

El coll d'ampolla d'alta viscositat en el lliurament de fluids d'impressió 3D

Com una bomba d'engranatges manté la pressió

Especificacions SC2301CPW d'un cop d'ull

Selecció adaptada a la viscositat: on guanya una bomba d'engranatges

Lliscament, cisalla, abrasió i cavitació

Dimensió d'una microbomba d'engranatges de 24 V en cinc passos

Conduint una microbomba d'aigua de 24 V des de la placa base d'una impressora

Límits laterals d'aspiració, cebament i pressió negativa

Subministrament automàtic de fluids per a impressores 3D

Llista de verificació d'instal·lació i posada en marxa

Preguntes freqüents

Punts clau per emportar

El coll d'ampolla d'alta viscositat en el lliurament de fluids d'impressió 3D

La viscositat, no el flux, decideix si una bomba d'impressora pot oferir. La pèrdua de pressió al llarg d'una línia augmenta amb la viscositat del fluid i disminueix amb la quarta potència del radi del forat, de manera que un fluid gruixut en una línia estreta pot exigir més pressió que la que pot generar una bomba de baixa pressió, per molt ràpid que giri el seu motor.

Tota família que fracassa aquí fracassa per una raó estructural. Una bomba peristàltica segella aixafant un tub, de manera que el segell es suavitza a mesura que augmenta la pressió de descàrrega. Una bomba centrífuga perd capçal a mesura que el bucle s'estreny, cosa que descarta la mesura. Una bomba de diafragma produeix una pressió útil però pulsa, i les seves vàlvules de retenció primer es fan mal quan el fluid transporta partícules o es cura al seu lloc.

Una bomba d'engranatges canvia la restricció en lloc d'optimitzar-la. Els seus engranatges són rígids, els seus jocs són petits i fixos, i el propi fluid completa el segell, de manera que la pressió prové de la geometria del desplaçament més que de l'elasticitat d'un tub.

Taula 1. Famílies de bombes utilitzades a les impressores 3D i al seu voltant, comparades per servei

La lectura pràctica és limitada: trieu primer la família entre el fluid i la geometria del bucle, després feu coincidir les valoracions. Una bomba seleccionada per la seva xifra de cabal i instal·lada en un bucle d'alta viscositat és l'error més comú en el disseny del fluid de la impressora, perquè cada xifra de flux pertany a una pressió i un fluid indicats.

Com una bomba d'engranatges manté la pressió: dos engranatges, espais lliures ajustats, sense vàlvules

Una bomba d'engranatges desplaça un volum fix per revolució. El fluid queda atrapat entre les dents i la carcassa, es porta al voltant de la carcassa des de l'entrada fins a la sortida, i s'expulsa cap allà on els engranatges engranen, de manera que el flux segueix la velocitat i la resistència aigües avall no atura la bomba per sota de la seva pressió nominal.

El segellat és un arranjament més que un component. Micropump descriu tres àrees de segellat dinàmiques: les puntes de l'engranatge contra la paret de la cavitat, el punt de la malla on es tanquen els engranatges i les superfícies d'acoblament on els engranatges corren contra el cos i la tapa final. Aquestes peces s'han de moure, de manera que hi ha espais lliures i el fluid torna de la sortida a l'entrada; aquesta fuita posterior és lliscant i estableix l'eficiència volumètrica.

Tres conseqüències importen per a un constructor:

El flux és proper al lineal amb la velocitat, de manera que la bomba es comporta com un eix de moviment: una calibració converteix un valor de comandament en mil·lilitres per segon.

La pressió augmenta per satisfer la resistència, de manera que un filtre parcialment obstruït augmenta la càrrega en lloc d'aturar el lliurament, i cada instal·lació necessita una manera de notar-ho.

La viscositat millora el segellat, que és el contrari d'una bomba de tubs i el motiu pel qual el mateix maquinari es fa precís en una resina o una pasta farcida.

Segueixen dues limitacions. Sense vàlvules per atrapar els residus, les partícules arriben als espais lliures, de manera que un colador d'entrada no és opcional. I com que la pel·lícula de fluid segella i lubrica, s'ha d'evitar el funcionament en sec en lloc de tolerar-se.

SC2301CPW d'un cop d'ull: 24 V, 100 ml/min, 40-150 kPa

La SC2301CPW és una bomba d'engranatges en miniatura de 24 V CC amb un cabal de 100 ml/min o més, una banda de pressió de treball de 40-150 kPa, un corrent màxim de 200 mA i 60 dB o menys de soroll a 50 cm, que és la classe de subministrament de fluids que utilitzen les impressores industrials i de gran format.

Taula 2. Paràmetres classificats SC2301CPW (dades del fabricant, unitats tal com es publica)

Llegeix les valoracions com un sol sistema. El bobinatge de 24 V fa que el treball elèctric sigui un interruptor i un fusible en lloc d'un convertidor, i el sostre de 200 mA manté l'etapa del controlador molt més petita que la sortida d'un escalfador. Flow estableix el pressupost de recàrrega; La pressió defineix quanta resistència de bucle pot suportar la instal·lació, i la banda de la bomba d'aigua de 40-150 kPa és el que separa aquesta classe de microbomba d'alta pressió del maquinari de transferència de baixa pressió. Una xifra de flux citada sense la seva pressió, tensió i fluid de prova no és una especificació.

S'aplica una precaució a cada bomba en miniatura. El principi de bombeig és un camp de full de dades, no una cosa codificada en un número de peça, i les fonts secundàries de vegades descriuen el mateix model de manera diferent. Abans de dissenyar un bucle al voltant de qualsevol bomba, confirmeu tres camps a la fitxa de dades actual: tipus de bomba, materials mullats i les condicions de prova darrere de les classificacions de cabal i pressió.

Selecció coincident amb la viscositat: on guanya una bomba d'engranatges

Per sobre d'aproximadament 1.000 mPa·s, la pel·lícula de fluid en si mateixa segella els espais d'engranatge i els mesuradors de la bomba sense pulsacions; per sota d'aquesta banda les mateixes fuites lliures i la precisió cau. El límit de selecció és una pregunta de viscositat primer i una pregunta de pressió en segon lloc.

Taula 3. Bandes de viscositat en fluids d'impressió 3D i família de bombes que s'adapta a cada banda

La viscositat varia amb la temperatura i la velocitat de cisalla, així que indiqueu-la a la temperatura que veurà el fluid a la línia. Les bombes d'engranatges cobreixen el rang més ampli de la Taula 3 - Viking Pump ofereix models d'espai ajustable d'1 a 440.000 cSt, però el rang d'utilització en una impressora és més estret, perquè el fluid també s'ha d'adaptar als engranatges i a la carcassa.

Per a treballs de baixa viscositat i contaminació crítica, una bomba de tub segueix sent la millor resposta; nostreGuia de la bomba peristàltica SC2201RPW per al control de fluids de precisiódocumenta aquest camí, i elLímit de selecció de la bomba d'engranatges versus la bomba peristàlticacobreix la comparació més àmplia. A prop de la línia de 1.000 mPa·s, la qüestió decisiva sol ser si el procés tolera la pulsació.

Lliscament, cisalla, abrasió i cavitació: quatre maneres de perdre la precisió

Una bomba d'engranatges perd precisió de quatre maneres, cadascuna amb el seu propi símptoma. El lliscament redueix el volum lliurat a mesura que augmenta la pressió diferencial, la cisalla canvia el fluid, l'abrasió obre els espais lliures durant mesos i la cavitació interromp el lliurament amb soroll i pressió erràtica.

Taula 4. Modes de fallada en servei de bomba d'engranatges d'alta viscositat i com gestionar-los

El lliscament i l'abrasió són més importants en la producció, i estiren en direccions oposades: un filtre gruixut fa passar les partícules que obren els espais lliures, mentre que un filtre massa fi augmenta la pressió diferencial i augmenta el lliscament. El compromís és un colador d'entrada de 100 µm en un programa de servei més un control periòdic del volum lliurat que detecta el desgast abans que costa una peça.

Com dimensionar una bomba d'engranatges micro de 24 V en cinc passos

Mida la bomba a partir de cinc números: volum per cicle, temps permès, viscositat a la temperatura de treball, pressió necessària al punt de lliurament i rail disponible. Tota la resta se segueix d'aquests cinc, i l'aritmètica encaixa en un full de càlcul.

Pas 1: escriviu el punt de treball com a números

Anoteu el fluid, el volum per cicle, el temps de cicle, l'alçada de lliurament, el forat i la longitud de la línia i la tensió del carril. No es pot provar un requisit escrit com a flux suficient, per això els sistemes de fluids es tornen a especificar dues vegades.

Pas 2: Converteix l'alçada en pressió

L'elevació estàtica deriva de la densitat del fluid: la pressió és igual a la densitat per l'acceleració gravitatòria, 9,81 m/s², per l'alçada.

Taula 5. Alçada equivalent a la part superior de 150 kPa de la banda de treball SC2301CPW

L'alçada estàtica rarament consumeix tota la banda: aixecar la resina de 0,5 m a una cuba muntada en pòrtic costa uns 5 kPa i la resta del marge es gasta en fricció.

Pas 3: calculeu la fricció de la línia abans de triar el forat

A velocitats de flux d'impressora amb fluids viscosos, el flux a la línia és laminar, de manera que s'aplica Hagen-Poiseuille: la caiguda de pressió és igual a vuit vegades la viscositat per la longitud per el cabal, dividida per pi per la quarta potència del radi del forat. El quart poder és la part a recordar, perquè l'avorriment domina tota la resta.

Taula 6. Caiguda de pressió sobre 1 m de tub recte a 100 ml/min (flux laminar, 20 graus)

Llegeix la taula com a decisió. La resina a 1.000 mPa·s a través d'1 m de tub de 6 mm a 100 ml/min costa uns 52 kPa; afegiu ascensor i accessoris i el deure encara passa amb aproximadament 90 kPa de sobra. El mateix fluid d'un tub de 4 mm costa 265 kPa i falla abans que es consideri l'elevació, i a 10.000 mPa·s fins i tot un tub de 8 mm a 166 kPa supera el valor nominal. Les respostes són aleshores escalfar el fluid, escurçar el recorregut, augmentar el forat o acceptar un cabal més baix, mai per adaptar-se a un motor més gran.

Pas 4: comproveu el líquid contra les parts mullades

Confirmeu la compatibilitat amb els engranatges i la carcassa, la mida i la duresa de les partícules i qualsevol sensibilitat de cisalla. La temperatura també pertany aquí, perquè estableix la viscositat utilitzada en el càlcul: l'aigua cau d'uns 1,00 mPa·s a 20 graus a uns 0,55 mPa·s a 50 graus, reduint la fricció de la línia de tall aproximadament un 45% al ​​mateix cabal.

Pas 5: pressuposteu el costat elèctric i l'estratègia de desgast

Comproveu que el rail subministra el corrent de funcionament i d'arrencada amb marge per a l'entrada i un rotor aturat, i decidiu com es verificarà el volum lliurat al llarg del temps. En una bomba d'engranatges, la peça de desgast és la cambra de bombeig, de manera que el pla de manteniment és un estàndard de filtració i una comprovació periòdica del flux en lloc d'un intercanvi de peces programat.

Conduint una microbomba d'aigua de 24 V des d'una placa base d'impressora

A 24 V i 200 mA o menys, la bomba és una càrrega de sortida commutada en lloc d'un problema d'alimentació. Un MOSFET de canal N de nivell lògic a la part baixa, un fusible de branca i un díode de retorn al motor cobreixen el costat elèctric, i el treball real és el control, la calibració i la protecció.

Les sortides de ventilador i escalfador commutades d'una placa de 32 bits solen tenir una classificació d'entre 1 A i 3 A cadascuna, i el rail que hi ha darrere porta els escalfadors, ventiladors i controladors pas a pas, de manera que una bomba de menys de 200 mA s'ubica molt dins del pressupost, però encara hauria de tenir el seu propi fusible i mai no compartir un carril lògic. Una bomba de baixa tensió consumeix proporcionalment més corrent per al mateix treball, per això una unitat de 24 V s'integra més fàcilment que una equivalent a 6 V:concordança de voltatge i corrent per a les plaques principals de la impressoraestableix aquesta aritmètica.

Com que el cabal és proporcional a la velocitat, la bomba es comporta com un eix: definiu una comanda mínima per sobre de la qual s'iniciï la rotació de manera fiable, manteniu el temps de cicle PWM en el rang de mil·lisegons i torneu a calibrar després de qualsevol canvi de fluid, forat, longitud de línia o alçada de lliurament. Klipper exposa el temps de cicle, el temps d'inici i el deure mínim per a sortides commutades i PWM, i Marlin impulsa sortides de tipus ventilador a través de M106, de manera que una seqüència de recàrrega es converteix en una macro breu. Un díode de retorn i un control de corrent o de flux cobreixen les dues fallades que un controlador no pot veure: un filtre obstruït i un dipòsit sec.

Límits laterals d'aspiració, cebament i pressió negativa

Una bomba d'engranatges no és autoamorçant i no tolera l'aire a la línia d'aspiració. Genera pressió negativa al costat d'entrada, però només la diferència entre la pressió atmosfèrica i la pressió de vapor del fluid està disponible abans que comenci la cavitació.

Al nivell del mar, una pressió atmosfèrica d'uns 101 kPa equival a aproximadament 10,3 m d'aigua en un sistema perfecte. La fricció, l'aire dissolt i la pressió de vapor ho redueixen a uns quants metres a la pràctica, i la temperatura aguditza el límit: la pressió de vapor de l'aigua augmenta d'uns 2,3 kPa a 20 graus a uns 12,4 kPa a 50 graus, de manera que un bucle de refrigeració càlid cavita on un de fred era segur.

Segueixen quatre regles. Munteu la bomba a la sortida del dipòsit o per sota de manera que l'entrada es mantingui inundada per la gravetat. Mantingueu la línia d'aspiració curta, recta i una mida més gran que la de descàrrega. Colar l'entrada, mida per a una baixa caiguda de pressió. I troba tots els punts on l'aire pot entrar: un ajust solt, un tub d'immersió parcialment submergit, un dipòsit que es buida a la meitat de la construcció, perquè el líquid airejat redueix el lliurament i accelera el desgast.

Quan el requisit és el buit en lloc de la transferència de líquids, el component correcte és una microbomba de pressió negativa dedicada construïda per al servei d'aire i gas. Una bomba d'engranatge líquid genera només una petita pressió negativa i no pot substituir un dispositiu de buit en les tasques de recollida i col·locació, desgasificació o retenció.

Subministrament automàtic de fluids per a impressores 3D: control de nivell i lògica de recàrrega

El subministrament automàtic de fluids per a impressores 3D necessita un sensor de nivell, una banda d'histèresi prou ampla per aturar la caça de la bomba i una comanda de recàrrega que mou un volum conegut. Amb 100 ml/min o més disponibles, una recàrrega de 50 a 100 ml triga de 30 a 60 segons, prou curt per córrer entre capes.

L'elecció del sensor estableix la lògica: un sensor de punt fotoelèctric o un interruptor de flotador proporciona un senzill senyal alt-baix per a la recàrrega del lot, un sensor d'ultrasons o de pressió fa un seguiment del volum contínuament, però necessita filtració, i una cèl·lula de càrrega sota el dipòsit mesura directament la massa i s'adapta als fluids viscosos, on només el nivell indueix a error.

La lògica de control és la mateixa en tots els casos: un llindar de recàrrega, un llindar d'aturada més alt i un nivell de bloqueig per sota del qual la bomba no ha d'arrencar. Mideu cada lot perquè el nivell no superi, ompliu-lo durant els moviments inactius o entre capes en lloc de durant l'exposició i registreu cada volum de lot perquè la calibració a la deriva aparegui com a tendència en lloc d'una construcció fallida.

Taula 7. Temps d'ompliment i circulació en funció del cabal per a les tasques típiques de la impressora

La classe de flux més alta compra més que velocitat. Una recàrrega que triga 30 segons en lloc d'un minut retorna el temps de la màquina a cada cicle i escurça la finestra en què el nivell de la tina està per sota de l'objectiu. Verificar aquests volums pertany a una rutina en lloc d'una prova puntual, i el mateixrutina d'inspecció i verificació de fluxutilitzat per a la inspecció dimensional pot portar la comprovació de la bomba.

Llista de verificació d'instal·lació i posada en marxa

Posa en marxa el bucle en sis passos i la bomba es comporta com un dispositiu de mesura en lloc d'un component que passa a moure el fluid. L'ordre és important, perquè l'amortiment i el calibratge depenen de que la instal·lació mecànica sigui correcta.

Munteu la bomba a la sortida del dipòsit o per sota i mantingueu la línia d'aspiració curta, recta i una mida més gran que la descàrrega.

Col·loqueu un colador d'entrada extraïble de 100 µm i col·loqueu-lo al programa de servei.

Doneu suport a la línia de descàrrega perquè el seu pes no pengi a la bomba i eviteu corbes tancades que atrapen l'aire.

Primer abans de la primera execució i, a continuació, confirmeu que la línia està plena i sense bombolles al punt de lliurament.

Establiu l'ordre mínim que iniciï la rotació de manera fiable i calibreu el volum lliurat amb un lot prou gran perquè l'error de lectura es mantingui petit.

Fusioneu la branca de la bomba, col·loqueu un díode de retorn, verifiqueu la tensió del carril sota càrrega i registreu el punt de treball: fluid, temperatura, forat, valor de comandament i cabal.

Per a màquines on el bucle de fluid és un subsistema d'una construcció més gran, especifiqueu la bomba al costat del maquinari de deposició en lloc d'afegir-la al final. Les construccions d'extrusió de material i les proves de procés que qualifiquen conjuntament la línia de fluid i el sistema de moviment estan disponibles a través del nostreServei d'impressió 3D, on el mateix equip revisa el punt de treball, el forat i l'etapa del pilot abans que s'ordena res.

Preguntes freqüents

El SC2301CPW pot gestionar el lliurament de material d'alta viscositat, com ara resines i pastes farcides?

Sí, dins de la banda de 40-150 kPa i de la banda de viscositat, les seves separacions s'adapten. La viscositat millora el segellat en una bomba d'engranatges, perquè la pel·lícula de fluid resisteix les fuites posteriors. El límit real és la fricció de la línia, així que comproveu la caiguda de pressió sobre el forat i la longitud previstos i manteniu l'entrada inundada.

Quin cabal i pressió ofereix el SC2301CPW?

El fabricant l'avalua a 100 ml/min o més, una banda de pressió de treball de 40-150 kPa, 200 mA màxim a 24 V i 60 dB o menys a 50 cm. El cabal és proporcional a la velocitat, de manera que la velocitat lliurada segueix el valor de comandament després del calibratge.

És millor una bomba d'engranatges que una bomba peristàltica per a la impressió 3D?

Tampoc és millor en general; el fluid decideix. Una bomba d'engranatges guanya en fluids viscosos, pressió i mesura sense pols; una bomba peristàltica guanya en fluids prims, sensibles a la cisalla o crítics a la contaminació, perquè només el tub toca el fluid.

El SC2301CPW s'autoencenca i pot funcionar en sec?

No als dos. Una bomba d'engranatges necessita una entrada inundada i només genera una pressió negativa limitada, de manera que el dipòsit s'ha de situar a la bomba o per sobre. La pel·lícula fluida també lubrica el conjunt d'engranatges, de manera que s'impedeix el funcionament en sec mitjançant un enclavament de nivell.

Com puc configurar el cabal en una microbomba d'aigua de 24 V?

Establiu una comanda mínima que engegui la bomba de manera fiable i, a continuació, ajusteu la velocitat fins que el volum mesurat coincideixi amb l'objectiu. Enregistreu l'ordre amb la configuració del fluid i de la línia, i torneu a calibrar després de qualsevol canvi de fluid, mandrinatge o longitud de la línia.

Què passa si la línia es bloqueja o el filtre s'obstrueix?

La pressió augmenta per satisfer la resistència i el lliurament continua fins que s'excedeix la banda, de manera que apareix un bloqueig parcial com una càrrega més alta del motor, no una parada immediata. Llegiu una tendència actual creixent en una comanda fixa com a advertència.

Per què el volum lliurat disminueix amb el temps?

La causa habitual és el desgast de les puntes dels engranatges i les plaques de cavitats per partícules dures, que obre espais i augmenta el lliscament; fluid gelificat o curat dins de la cambra és un segon. Filtreu l'entrada i torneu a verificar el volum lliurat perquè la tendència es mostri aviat.

Aportacions clau

Una bomba d'engranatges de 24 V trenca el coll d'ampolla d'alta viscositat perquè la seva pressió prové de la geometria rígida de desplaçament, no de l'elasticitat d'un tub o la velocitat d'un impulsor.

SC2301CPW ofereix 100 ml/min o més contra una banda de 40-150 kPa a 200 mA o menys, la classe de subministrament de fluids que utilitzen les impressores de gran format.

La viscositat per sobre d'aproximadament 1.000 mPa·s afavoreix una bomba d'engranatges; per sota d'això, les bombes de tubs i el seu camí de baixa cisalla i lliure de contaminació són el valor predeterminat més segur.

El forat domina les pèrdues de línia a través de la quarta potència del radi, de manera que el dimensionament del tub elimina més càrrega de pressió que qualsevol canvi de motor.

Una entrada inundada, un colador d'entrada, una branca fusionada amb un díode de retorn i una comprovació periòdica del volum lliurat cobreixen gairebé tots els modes de fallada de la taula 4.

Envieu el vostre punt de treball (fluid, viscositat de treball, volum per cicle, pressió de lliurament i tensió del carril) amb unsol·licitud de pressupost instantanii confirmarem la configuració de la bomba, el forat i l'etapa del conductor abans de demanar res.