Vida útil de la bomba d'aigua de la impressora 3D i guia de reducció de soroll

Una xifra de vida útil de la bomba d'aigua d'una impressora 3D no significa res sense el seu patró de treball: 300.000 cicles són unes 667 hores al patró de 5 segons d'activació i 3 segons d'apagat utilitzat a la prova publicada, però 2.500 hores a 10 segons d'encesa i 20 segons de desactivació. El soroll depèn del muntatge i de la configuració de l'accionament tant com de la bomba.

1. Què mesura realment la valoració de la vida útil de la bomba

Una xifra de vida útil publicada només té sentit amb tres coses adjuntes: el patró de treball en què es va provar, el fluid amb què es va provar i la definició de final de vida.

Les proves publicades en aquesta família utilitzen patrons diferents. Cinc segons encès i tres segons apagat és un servei del 62,5 per cent i 450 cicles per hora; deu segons encès i vint segons apagat és un servei del 33,3 per cent i 120 cicles per hora. Per tant, la mateixa qualificació de 300.000 cicles descriu unes 667 hores de funcionament sota el primer patró i unes 2.500 hores de servei de calendari sota el segon, gairebé un factor de quatre, només a partir de les condicions de prova.

Taula 1. Dades de vida publicades per a la mateixa família de bombes i patró de treball darrere de cadascuna.

Fonts: pàgina del producte del fabricant, article de l'aplicació i resum d'especificacions; xifres publicades.

Figura 1. Anys de servei implicats per cada classificació de cicle publicada, en comparació amb esdeveniments de recàrrega per dia.

Font: aritmètica de l'autor - puntuació dividida per esdeveniments diaris per 365. No s'aplica cap desclassament: no se'n publica cap.

És realista una vida útil de 480.000 cicles per a una bomba peristàltica?

La xifra es publica, però no concilia amb la pàgina del producte del fabricant, que indica més de 300.000 cicles amb el mateix patró de 5 segons d'activació i 3 segons d'apagat i informa d'una prova independent realitzada a 600.000 cicles de lliurament. Tres números per a un patró significa que almenys dos mesuren coses diferents, o un està equivocat. Tracteu la qualificació com una descripció de la prova: pregunteu què va acabar la prova i planifiqueu la substitució del tub en hores, no en un títol de cicle.

Llegeix a continuació:Pàgina del producte SC2201RPW.

2. Les parts que decideixen quant dura una bomba

La vida està determinada per una peça de desgast per família: el tub d'una bomba peristàltica i els engranatges, coixinets i escombretes del motor d'una bomba d'engranatges.

En una bomba peristàltica, el fluid no surt mai del tub, i el tub falla prenent un conjunt de compressió permanent, el comportament cobert per les proves estàndard del conjunt de compressió. El flux cau abans que la bomba s'aturi i un nou tub renova el recorregut del fluid. La guia publicada per a la càrrega de la impressora és d'entre mesos i un any de vida útil del tub.

En una bomba d'engranatges, el fluid també és el lubricant. L'especificació publicada prohibeix el funcionament en sec més enllà dels 20 segons, perquè els engranatges es desgasten contra la carcassa sense fluid i els jocs oberts de manera permanent, reduint el cabal i la pressió durant la resta de la vida de la bomba. Les bombes d'engranatges aquí no són autoaspirants i una sortida bloquejada no atura la bomba: augmenta les fuites internes, la calor i el desgast.

Taula 2. Peces de desgast, mecanisme de fallada i símptoma que apareix primer.

Fonts: pàgina del producte del fabricant, article de recanvi de resina i resum d'especificacions; Comportament de compressió segons ASTM D395.

Llegeix a continuació:Peristàltic vs bomba d'engranatges.

3. Soroll: què fa i què no diu una xifra dB

Una xifra de soroll només és comparable quan hi ha quatre condicions: distància, muntatge, ponderació de freqüència i nivell de fons. Cap de les dades publicades aquí indica les quatre.

La pàgina de la bomba de 3 V és més transparent: per sota de 60 dB a 30 cm, mesurada a 5 V DC amb la bomba sobre una esponja de 5 cm per absorbir el soroll de vibració. Aquesta és una mesura de banc aïllada per vibracions, no el que obteniu amb la bomba cargolada a un marc rígid. La bomba de 24 V es publica a 60 dB mesurats a 50 cm de distància, sense indicar cap condició de muntatge.

Per a una font petita en camp lliure, la pressió sonora cau uns 6 dB cada vegada que es duplica la distància, de manera que 60 dB a 30 cm corresponen aproximadament a 54 dB a 60 cm i 48 dB a 120 cm (figura 2). Per tant, una xifra citada a 50 cm és un punt de mesura més laxa que un a 30 cm, i tampoc es compara amb una lectura de tercers tret que la ponderació coincideixi: els nivells ponderats A són la convenció, els instruments que els produeixen s'especifiquen a IEC 61672-1 i un valor de potència acústica determinat formalment segueix ISO 3744.

Per context, els límits ocupacionals dels EUA són de 85 dBA com a nivell d'acció de 8 hores i 90 dBA com a límit d'exposició admissible, de manera que una bomba mesurada per sota de 60 dB està molt dins de tots dos; la qüestió útil no és la seguretat sinó si és prou silenciós per seure al costat.

Figura 2. Les dues afirmacions publicades es representen en funció de la distància, utilitzant la regla de 6 dB per duplicació per a una font petita en camp lliure.

Font: càlcul de l'autor a partir de les afirmacions publicades (per sota de 60 dB a 30 cm; 60 dB a 50 cm). Un recinte real reflecteix el so, així que llegiu les corbes com a tendència, no com a predicció.

Llegeix a continuació:Solució de soroll de microbomba DC.

4. Accionament de la bomba peristàltica: configuracions PWM que canvien el soroll i la vida útil

Una unitat PWM estableix la velocitat a través del seu cicle de treball i estableix el so de la unitat a través de la seva freqüència. La guia del fabricant és començar a 20 kHz i utilitzar de 20 a 25 kHz per al servei silenciós; el seu pic d'eficiència del 60 al 80 per cent es publica per a les bombes de diafragma, així que torneu a mesurar-lo en una bomba peristàltica o d'engranatges.

PWM activa i desactiva la tensió d'alimentació a una freqüència fixa i varia el temps d'encesa; el motor fa la mitjana dels polsos, de manera que la tensió i la potència efectives augmenten amb el deure. Amb un servei del 50 per cent, la tensió efectiva és aproximadament la meitat del subministrament, el servei i la velocitat són aproximadament proporcionals, i el flux segueix la velocitat perquè una bomba peristàltica és de desplaçament positiu. Per sota d'un servei llindar, la bomba no s'engegarà: una zona morta que es pot confondre fàcilment amb una falla.

La freqüència decideix el que escoltes. Massa baix, i la unitat gemega, pulsa i ofereix un parell desigual; massa altes i les pèrdues de commutació escalfen el controlador i el nucli del motor més enllà d'aproximadament 30 a 40 kHz. La pèrdua de coure és el quadrat actual per la resistència, i la resistència augmenta aproximadament un 0,4 per cent per grau C, de manera que una bomba més lenta no és automàticament una de més freda.

La part elèctrica importa tant com la part de control en una solució de control de fluids d'impressió 3D. Una MCU d'impressora genera aproximadament 25 a 40 mA per pin, mentre que les bombes petites consumeixen de 100 a 500 mA, de manera que una etapa MOSFET no és opcional. Com que un motor de bomba és un inductor, l'etapa també necessita un díode de retorn, un fusible de branca i un disseny de mida per a l'entrada. PWM controla la potència mitjana, no el corrent màxim, i no limita un motor aturat.

El control de velocitat PWM funciona de la mateixa manera a les bombes peristàltiques i d'engranatges?

El principi és idèntic: ambdues famílies són de desplaçament positiu, de manera que el cabal és proporcional a la velocitat de l'eix i el cicle de treball us proporciona un punt de consigna de flux. La càrrega és diferent. El corrent d'una bomba d'engranatges augmenta bruscament amb la pressió i la viscositat, i la seva fuita interna augmenta a mesura que el fluid s'aprima; la càrrega d'una bomba peristàltica s'estableix per la pressió contra la qual s'oclueix el tub, que augmenta a mesura que el tub pren un conjunt de compressió. Cap dels dos hauria de funcionar a ple rendiment per defecte: el pic d'eficiència se situa per sota de la velocitat màxima.

Taula 3. Símptomes de la unitat PWM, causes i la configuració que les soluciona.

Fonts: guia d'aplicació PWM del fabricant i guia de concordança de tensió i corrent de la placa base de la impressora.

Llegeix a continuació:Com afecta el PWM a les microbombes.

5. Reducció del soroll de la bomba d'engranatges

El soroll de l'engranatge és tonal i augmenta amb la velocitat i la pressió, de manera que la reducció del soroll de la bomba d'engranatges comença amb la desacceleració de la bomba i l'eliminació de les condicions hidràuliques que l'amplifiquen, no amb l'escuma. Les bombes d'engranatges desplacen el fluid engranant engranatges dins d'una cavitat tancada, i la literatura assenyala que les unitats empès a pressions i velocitats més altes solen ser sorolloses i necessiten precaucions especials.

El muntatge és la segona palanca: la xifra de soroll publicada per a la bomba de 3 V es va prendre amb la bomba sobre una esponja de 5 cm per absorbir el soroll de vibració. Si una esponja canvia el número, el suport decideix què escolta l'operador. El muntatge rígid metall a metall converteix la bomba en un altaveu impulsat pel marc; coixinets d'elastòmer, un suport flotant i un bucle flexible de tubs trenquen aquest camí.

La llista d'errors del fabricant és curta i pràctica, i la taula 4 combina cada causa amb la seva contramesura. Tres dels cinc són problemes de manteniment més que errors de disseny, i la tolerància del rotor i de l'eix s'anomena com la font única més gran.

Taula 4. Causes de soroll publicades i la contramesura per a cadascuna.

Fonts: nota de resolució de problemes de soroll del fabricant i anàlisi de la bomba de la impressora; comportament de la bomba d'engranatges segons la referència general de la bomba d'engranatges.

Llegeix a continuació:Esclops, bombolles i fuites.

6. Manteniment que allarga la vida útil de la bomba d'aigua de la impressora 3D

Un calendari supera una resposta d'error. La guia publicada s'executa setmanalment, mensualment i trimestralment, amb el consumible canviat a aproximadament 500 hores o dos terços de la vida calculada, el que passi primer; La taula 5 mostra cada interval i la fallada que elimina.

Primer el medi ambient: el rang ambiental publicat és de 5 a 45 graus C, i el servei continu augmenta la temperatura del motor i pot escurçar la vida útil del raspall, així que planifiqueu el flux d'aire al voltant del motor. Orientació: la tapa de l'extrem del motor conté els raspalls, la placa de circuit i les connexions, de manera que encamineu el tub amb un bucle de degoteig i col·loqueu la bomba de manera que no hi puguin buidar-hi un accessori de plorar.

A continuació, instrumenteu el bucle. El registre de flux, pressió i cicle de treball per construcció converteix el manteniment en una tendència: la caiguda del flux en servei constant és un conjunt de compressió del tub o un colador d'obstrucció, i l'augment del corrent a flux constant és un problema de coixinets o raspalls.

Taula 5. Un calendari de manteniment per a les bombes de la impressora i la fallada que elimina cada interval.

Font: Guia de manteniment del sistema de fluids del fabricant, ampliada amb el rang ambiental, notes finals i recomanació de registre.

Llegeix a continuació:Gamma de bombes peristàltiques.

7. Què verificar abans d'especificar-ho

Cinc reclamacions publicades en aquesta família no es concilien. Cadascun s'ha de resoldre per escrit abans que una bomba passi a una llista de materials.

Família de bombes.Els mateixos números de model es descriuen com a bombes d'engranatges en algunes pàgines i bombes peristàltiques en altres. Una bomba peristàltica no té engranatges humits ni segell d'eix, de manera que tots dos no poden ser correctes. El detall tècnic: un cos de 190 mm, engranatges interns, una tapa d'extrem raspallat, fuites al tancament i sense autoamorçament, s'ajusta a la descripció de l'engranatge.

Recompte de cicles.El mateix patró d'activació de 5 segons i 3 segons es cita com a més de 300.000 cicles, com a vida útil provada de 480.000 cicles i com a prova realitzada fins a 600.000 cicles de lliurament. Pregunteu quina és la qualificació, quin és el sostre de la prova i què va acabar cada prova.

Conjunt de voltatge.Una pàgina enumera 3 V, 5 V i 8 V; un altre enumera 3 V, 6 V i 12 V per al mateix model. Un controlador de només 5 V no pot servir una bomba de 6 V, i la diferència canvia el convertidor i el pressupost del carril.

Estat del consumible.Una pàgina indica que no hi ha cap consumible de tub per substituir; la pàgina del producte descriu el recorregut del fluid com a tub de silicona amb una longitud indicada. L'interval de substitució del tub és un cost de manteniment, de manera que això canvia el cost de propietat.

Pressió.La mateixa bomba es cotitza a més de 30 kPa i a no menys de 6 psi, que és uns 41 kPa. Fixeu una unitat i un número a l'especificació.

Llegeix a continuació:Coincidència de voltatge i corrent de la placa base.

8. Una prova de banc que la resol en deu minuts

La major part de la incertesa desapareix en una sessió de banqueta. Executeu a pressió de treball, no a flux lliure, i anoteu els tres números que defineixen el punt de funcionament: cabal, pressió i servei.

Escombra el deure.Mesureu el cabal al 40, 60, 80 i 100 per cent de servei a pressió de treball i tingueu en compte el deure per sota del qual la bomba ja no s'engega de manera fiable: la vostra zona morta.

Repetiu quan estigui calent.Corre 30 minuts i repeteix. El flux que cau amb un servei constant és un tub que pren un conjunt de compressió o un fluid diluït.

Mesureu el soroll dues vegades.Llegiu a 30 cm i a 1 m del muntatge que voleu enviar. Si l'espai no coincideix amb la figura 2, el marc està irradiant soroll, no la bomba.

Escombra la freqüència.Executeu de 8 a 30 kHz en servei fix, escolteu i comproveu la temperatura del controlador a la configuració que trieu.

Llegeix a continuació:Especificació de la bomba de 24 V.

Punts clau per emportar

Una qualificació de cicle no significa res sense el seu patró de treball: 300.000 cicles són 667 hores a 5 s encès / 3 s apagat, però 2.500 hores a 10 s encès / 20 s apagat.

Una peça de desgast decideix la vida a cada família: el tub d'una bomba peristàltica, els engranatges, els coixinets i els raspalls d'una bomba d'engranatges.

Una xifra dB necessita distància, muntatge, ponderació i nivell de fons.

El deure PWM estableix la velocitat i el flux; La freqüència PWM decideix el que escolteu. Comenceu a 20 kHz, utilitzeu 20-25 kHz per a un servei silenciós i espereu pèrdues de commutació reals per sobre de 30-40 kHz.

L'eficiència arriba per sota de la velocitat màxima; El servei complet compra el flux que el bucle no pot utilitzar i paga la calor, el soroll i el desgast.

El manteniment és un calendari, no una reacció: controls setmanals, verificació mensual, substitució trimestral del filtre i canvi de consumibles a unes 500 hores.

Llegeix a continuació:Bomba SC2301CPW 24 V.

Preguntes freqüents

Quant de temps dura una bomba d'aigua d'una impressora 3D?

Depèn del patró de servei i de la peça de desgast, no una sola qualificació. Una bomba peristàltica en servei de recàrrega està limitada pel seu tub, publicat entre uns mesos i un any; una bomba d'engranatges està limitada per engranatges, coixinets i raspalls. Converteix qualsevol valoració de cicle en hores utilitzant el seu propi patró de treball abans de comparar les bombes.

Per què fa tant soroll la bomba de la meva impressora 3D?

Comproveu primer les causes barates: la llista del fabricant posa en funcionament sense líquid, escala, una entrada restringida i electrònica no coincident per davant de la fallada mecànica i anomena la tolerància del rotor com la font més gran. A continuació, comproveu el muntatge: la figura publicada es va agafar sobre una esponja, de manera que un suport rígid pot fer que una bomba silenciosa soni fort.

Es pot fer funcionar una bomba peristàltica en sec?

Millor que una bomba d'engranatges, perquè no hi ha res metàl·lic al recorregut del fluid i el tub és la peça de desgast. Les bombes d'engranatges d'aquesta classe prohibeixen el funcionament en sec més enllà de 20 segons, perquè els engranatges es desgasten contra la carcassa i obren espais lliures permanentment. De qualsevol manera, primer abans de començar.

Un cicle de treball PWM més baix fa que una bomba duri més?

Normalment sí, fins a cert punt. L'eficiència arriba per sota de la velocitat màxima i el servei complet afegeix calor, soroll i desgast sense flux útil, de manera que un servei més baix amb el mateix cabal lliurat és la configuració més suau, excepte en un servei molt baix, on el motor es troba a la seva zona morta i es refreda malament.

He de substituir el tub o tota la bomba?

En una bomba peristàltica, substituïu el tub: és la peça de desgast, la substitució triga uns minuts i renova el recorregut del fluid. Una bomba d'engranatges no té aquests consumibles, per la qual cosa la filtració d'entrada i l'amortiment són més importants en aquest disseny.

Quina és la millor freqüència PWM per a una bomba d'impressora 3D?

Comenceu entre 20 i 25 kHz, just per sobre del rang audible, la qual cosa elimina la majoria de gemecs de canvi. Verifiqueu en lloc d'assumir: escombra de 8 a 30 kHz en servei fix, escolta i observa la temperatura del conductor a la pressió de treball