Obie rodziny pomp charakteryzują się wyporem wyporowym, więc obie utrzymują przepływ pomimo oporu pętli; różni je sposób, w jaki każdy z nich uszczelnia szczelinę między wlotem a wylotem. Ta pojedyncza różnica w konstrukcji wyjaśnia prawie wszystko inne, począwszy od lepkości preferowanej przez każdą pompę, po ciśnienie, jakie może utrzymać, aż po część, która ostatecznie się zużywa.

Praktyczna wersja reguły jest krótka. Pompa rurowa poniżej około 1000 mPa·sa jest bezpieczniejszą opcją domyślną, powyżej około 10 000 mPa·sa pompa zębata utrzymuje ciśnienie i liczniki bez pulsacji, a pomiędzy nimi decyduje sam płyn. W tym przewodniku rozróżniono tę zasadę w odniesieniu do czterech materiałów, z którymi faktycznie współpracuje drukarka: PLA i stopiony polimer, pasta spożywcza, żywica fotopolimerowa i płyn chłodzący.

Dwa sposoby uszczelnienia pompy i dlaczego wszystko inne następuje

Pompa zębata uszczelnia samym płynem, a pompa perystaltyczna uszczelnia poprzez ściskanie rurki, dlatego jedna jest wrażliwa na lepkość, a druga na ciśnienie.

Obie rodziny przemieszczają stałą objętość na obrót, więc obie są opisane jako wyporność dodatnia i obie zapewniają przepływ śledzący prędkość silnika. Istotna różnica polega na tym, co dzieje się w szczelinie pomiędzy wylotem wysokiego ciśnienia a wlotem niskiego ciśnienia.

Pompa zębata uszczelnia się wraz z płynem, w którym się porusza

Wewnątrz głowicy trzy dynamiczne uszczelki oddzielają wlot od wylotu, a uszczelkę pomiędzy nimi stanowi warstwa samego płynu osadzona w szczelinach rzędu dziesięciu mikrometrów.

Taki układ ma konsekwencje, które uwidaczniają się w selekcji, a nie w marketingu. Ponieważ uszczelnieniem jest płyn, gęsty płyn uszczelnia lepiej niż cienki: poślizg obok luzów wzrasta wraz ze spadkiem lepkości, w związku z czym rzadkie atramenty i woda tracą dokładność dozowania, chyba że różnica ciśnień będzie utrzymywana na niskim poziomie, a płyn będzie czysty. Te same sztywne przekładnie i małe prześwity pozwalają pompie zębatej utrzymywać wysokie ciśnienie i tłoczyć lepkie lub wypełnione płyny, co mogłoby unieruchomić inną konstrukcję. Twarde cząstki są wrogiem obu cech, ponieważ ścierają ten sam luz, który powoduje uszczelnienie.

Pompa perystaltyczna uszczelnia poprzez zatykanie rurki

Rolki lub ślizgacze ściskają elastyczną rurkę na płasko, a płyn przemieszcza się wewnątrz tej zamkniętej kieszeni, dzięki czemu nigdy nie dociera do uszczelki, koła zębatego ani łożyska.

Uszczelnienie w niewielkim stopniu zależy od lepkości, dlatego pompy rurowe radzą sobie z wodą, żywicą i pastami o gęstości miodu za pomocą tej samej głowicy. Ogranicza je rura: pompy z rurką perystaltyczną zwykle osiągają ciśnienie od około 3 do 7 barów, głowice rolkowe do około 8 barów, a pompy wężowe typu butowego około 15 barów. Poproś pompę rurową o więcej, niż może wytrzymać jej rura, a rura ulegnie awarii, zwykle poprzez spłaszczenie, pęknięcie lub wyciągnięcie spod rolek.

Decyzja o zapieczętowaniu została przeniesiona do maszyny

Linia lepkości: 1000 i 10 000 mPa·s

Pompa perystaltyczna poniżej około 1000 mPa·sa jest bezpieczniejszą domyślną pompą zębatą, powyżej około 10 000 mPa·sa jest to pompa zębata, a o zakresie pomiędzy nimi decyduje ścieranie, ścinanie i wielkość cząstek, a nie sama grubość.

Te dwie liczby pochodzą z miejsca, w którym krzyżują się strategie pieczętowania. W miarę rozrzedzania się płynu uszczelnienie folii pompy zębatej słabnie, a jej dokładność objętościowa spada; gdy płyn gęstnieje, pompa rurowa potrzebuje większego momentu obrotowego, aby go zamknąć, a rurka pracuje ciężej przy każdym przejściu. Umieść liczby na płynach, z którymi faktycznie spotyka się drukarka, a linia stanie się łatwo widoczna.

Tam, gdzie zwykłe płyny do drukarek spadają na linię lepkości

Poniżej 1000: rzadkie płyny i problem z poślizgiem

Rzadkie płyny nie są trudne w transporcie, trudno je dozować pompą zębatą, ponieważ film uszczelniający szczeliny jest słaby i pompa traci część każdego obrotu do tyłu.

Do tego zakresu zaliczają się chłodziwa na bazie wody, tusze o niskiej lepkości i płyny czyszczące. Pompa rurowa uszczelnia się przez okluzję, więc nie ma to wpływu na jej dokładność, samozasysa się z butelki, a niskie ścinanie ścieżki rurki jest odpowiednie dla płynów wrażliwych na obróbkę. Najczęstszym powodem wyboru pompy zębatej jest ciśnienie, a nie lepkość, a jeśli jest to wymagane, należy utrzymywać niską różnicę ciśnień i dobrze filtrować.

Powyżej 10 000: gęste pasty, zawiesiny i stop

W przypadku gęstych płynów pompa zębata przestaje być opcją i staje się jedynym rozsądnym wyborem, ponieważ jako jedyna z dwóch może utrzymać ciśnienie wymagane przez pastę i zapewnić je bez pulsowania.

Pasty Robocasting i zawiesiny ceramiczne są o rząd wielkości wyższe od miodu, a ich lepkość nie jest nawet stała: większość z nich rozrzedza się pod wpływem ścinania, więc płyną do dyszy i natychmiast po tym zachowują swój kształt. Pompa zębata jest odpowiednia do tego zachowania, ponieważ jej wydajność na obrót jest stała, a jej ciśnienie jest wysokie, a także zapewnia płynne, ciągłe dostarczanie, jakiego potrzebuje drukowana ścieżka. Wypełniacze ścierne są kompromisem, a filtracja na wlocie chroni luzy.

Pomiędzy nimi decydują: ścieranie, ścinanie i wielkość cząstek

W zakresie od około 1000 do 10 000 mPa·s obie pompy mogą wykonać to zadanie, więc wybór sprowadza się do tego, co płyn robi z pompą i co pompa robi z płynem.

Zwykle pierwszym pytaniem jest ścieranie: cząsteczki ceramiczne zużywają końcówki i płytki przekładni, podczas gdy te same cząstki noszą jedynie rurę, która kosztuje ułamek pompy. Drugim czynnikiem jest ścinanie, ponieważ pasta rozrzedzająca się pod wpływem ścinania, przepracowana na zazębieniu przekładni, zmienia swoją reologię, zanim dotrze do dyszy. Trzecią kwestią jest wielkość cząstek, ponieważ rura może przepuszczać miękkie ciała stałe, które mogłyby zablokować luz pompy zębatej. Zadaj te trzy pytania, zanim zapytasz o cenę.

Cztery płynne zadania w drukarce i wzór wykonywany przez każde z nich

Większość błędów w wyborze wynika z traktowania wszystkich płynów do drukarki jako jednego zadania; drukarka tak naprawdę prosi pompę o wykonanie czterech różnych czynności.

Schemat pracy ma znaczenie tak samo jak płyn. Pętla chłodząca pracuje w sposób ciągły przy niskim przepływie, podczas gdy przewód dozujący pracuje z przerwami przy małych objętościach i wysokim ciśnieniu, a te dwie rzeczy nie będą pasować do tej samej pompy, nawet jeśli korzystają z tego samego płynu.

Cztery zadania związane z płynami i wymagania każdego z nich od pompy

Źródła: wytyczne producenta dotyczące układu płynów dla drukarek 3D.

Według materiału: PLA, pasta spożywcza, żywica i płyn chłodzący

Cztery materiały, z których korzysta drukarka, skłaniają do podjęcia decyzji w dwóch różnych kierunkach, a uzasadnienie każdej odpowiedzi jest warte zachowania.

Przeczytaj cztery przypadki jako zestaw. Dwa z nich kończą się pompą zębatą ze względu na ciśnienie, jeden kończy się rurką ze względów chemicznych, a jeden jest rzeczywiście otwarty, o czym decyduje reakcja drukowanej części na pulsację.

PLA i stop polimeru: pompa zębata, pod ciśnieniem

Pompa zębata jest właściwym rozwiązaniem w przypadku podawania włókien i peletek, a alternatywa perystaltyczna jest wykluczana przez temperaturę na długo przed wykluczeniem jej pod względem wydajności.

W maszynie FDM powtarzające się zacięcia są raczej problemem związanym z ciśnieniem zasilania niż problemem z dyszą. Kiedy wytłaczarka traci przyczepność pod ciśnieniem wstecznym, strefa topienia głoduje, przegrzewa się i gromadzi zwęglony materiał. Dysza o średnicy 0,4 mm przy normalnej prędkości drukowania generuje około 50 do 100 kPa przeciwciśnienia, a drukowanie z dużą prędkością lub drukowanie z wypełnieniem szklanym zwiększa to ciśnienie do 120 kPa. Mikropompa zębata o ciśnieniu od 40 do 150 kPa pokrywa ten zakres z marginesem, a ponieważ wytłaczarka musi jedynie wpychać materiał do wlotu pompy, podczas gdy pompa obsługuje dyszę, niestabilność z jednej strony przestaje docierać do drugiej.

Liczby też warto przeliczyć, bo wyjaśniają, dlaczego przy tym obciążeniu pompa pracuje chłodno i cicho. Przy średnicy 1,75 mm 100 ml/min to nieco ponad 40 metrów włókna na minutę, podczas gdy typowa drukarka FDM zużywa od pół metra do dwóch metrów na minutę. Pompa pracuje zatem z niewielkim ułamkiem swojej wydajności, co jest najlepszym miejscem zarówno ze względu na hałas, jak i zużycie. Ta sama logika wyjaśnia, dlaczego pompy zębate pojawiają się w druku pelletów: lej zasypowy pełny i lej prawie pusty mogą różnić się dostarczanym przepływem o ponad 30 procent, a pompa spłaszcza go, tworząc stały strumień.

Pasta spożywcza: pompa perystaltyczna, dla czystości

Pasty spożywcze domyślnie wyposażone są w pompę perystaltyczną, ponieważ tylko rurka dotyka żywności, co sprawia, że ​​czyszczenie polega na wymianie kawałka silikonu przeznaczonego do kontaktu z żywnością.

Czekolada, lukier, ciasto, sosy i pasty orzechowe są dozowane w ten sposób, a niskie ścinanie ścieżki tuby ma takie samo znaczenie jak higiena: pasta, której tekstura zależy od jej struktury, nie zyskuje na korzyści, jeśli jest przerabiana przez ciasne oczka. Wybierz materiał rurki z taką samą starannością jak pompę, ponieważ silikon, PTFE i inne formuły różnią się kompatybilnością chemiczną i szybkością zmęczenia.

Pompa zębata sprawdza się, gdy pasta jest wystarczająco sztywna, aby wymagać prawdziwego nacisku lub gdy dawka musi być idealnie gładka, a nie pulsacyjna. Ceną jest łatwość czyszczenia: pompa zębata ma szczeliny wokół kół zębatych i płytek, w których gromadzą się pozostałości, a składniki ścierne, takie jak zmielone orzechy lub nasiona, powodują trwałe zużycie tych części. W branży spożywczej rzadko pojawia się pytanie, która pompa może przepompować pastę, a prawie zawsze, którą pompę można wyczyścić pomiędzy produktami.

Żywica fotopolimerowa: pompa perystaltyczna, do izolacji

Żywica trafia do pompy perystaltycznej z jednego przeważającego powodu: płyn nigdy nie dociera do mechanizmu, więc nic nie może utwardzić się wewnątrz pompy.

Fotopolimery są agresywne w stosunku do metali i tworzyw sztucznych i utwardzają się pod wpływem światła, co sprawia, że ​​pompa zębata stanowi ryzyko, a nie kandydata: żywica pozostawiona w szczelinach podczas przerwy twardnieje w nich i pompa jest gotowa. Pompa rurkowa całkowicie izoluje płyn, napełnia kadź porcjami od 50 do 100 ml i nie wymaga zalewania, ponieważ żywicę można pobrać bezpośrednio z butelki. Połącz go z fotoelektrycznym czujnikiem poziomu i małym sterownikiem, a napełnianie stanie się bezobsługowe, co ma znaczenie, ponieważ wstrzymanie wydruku w celu uzupełnienia kadzi pozostawia widoczną linię po ponownym uruchomieniu. Przepływ od 100 do 300 ml/min wypełnia kadź w ciągu kilku sekund, a rurka jest jedyną częścią, która wymaga miejsca na półce.

Chłodziwo: rzeczywiście otwarte, o czym decyduje pulsacja

Chłodziwo to jedyny przypadek, w którym obie pompy można obronić, a decydującym czynnikiem nie jest przepływ szczytowy, ale to, jak stabilny jest przepływ po dotarciu do zimnej płyty.

Chłodzenie cieczą działa zgodnie z fizyką: woda przenosi mniej więcej cztery razy więcej ciepła właściwego powietrza na kilogram, więc mały, stały przepływ usuwa znacznie więcej ciepła niż duży przepływ powietrza. Tę zaletę łatwo stracić w przypadku drukarki, w której pętla chłodząca wykorzystuje rurki o średnicy 4–6 mm, kilka zagięć i płytę chłodzącą z wąskimi kanałami wewnętrznymi, co zwiększa opór. Wartość znamionowa zmierzona przy zerowym przeciwciśnieniu nie przetrwa tej geometrii, dlatego stabilność przepływu ma większe znaczenie niż maksymalna wartość na pudełku.

Pulsacja jest subtelniejszym problemem. Przerywane przepięcia docierają do zimnej płyty i zakłócają termiczną warstwę graniczną pomiędzy płytą a źródłem ciepła, więc wydajność chłodzenia zmienia się w zależności od impulsu, a nie pozostaje stała, a efekt jest widoczny w jakości druku na dużych, jednolitych obszarach. Pompa zębata zapewnia płynny, ciągły przepływ, który idealnie pasuje do pętli chłodzącej, ponieważ pętla jest ciągła. Pompa perystaltyczna zapewnia izolację cieczy, samozasysanie oraz cichą i niskociśnieniową konstrukcję, która sprawdza się w przypadku modernizacji, w których zbiornik znajduje się wszędzie tam, gdzie jest miejsce. Wybierz pompę zębatą, gdy pętla jest długa, płyn chłodzący jest zagęszczony glikolem lub przepływ musi być idealnie gładki; wybierz pompkę rurową, gdy ciśnienie jest niskie, płyn musi znajdować się poza mechanizmem, a najważniejsze jest zalewanie z butelki znajdującej się pod maszyną.

Koszt posiadania: to, co się zużywa, stanowi prawdziwą różnicę

Pompa perystaltyczna ma rurkę, która kosztuje niewiele i zmienia się w ciągu kilku minut; pompa zębata zużywa części znajdujące się wewnątrz głowicy pompy, więc jej konserwacja zależy od tego, jak czysty jest płyn.

Dla właściciela drukarki jest to najważniejsza różnica między obiema rodzinami i najmniej widoczna w arkuszu danych.

Ile kosztuje każda rodzina utrzymanie się

Różnica jest na tyle duża, że ​​można ją wyraźnie modelować. W jednym z opublikowanych modeli kosztów zaopatrzenia w płyn do drukarek roczne koszty utrzymania wynoszą około 76 USD na maszynę, gdy rura jest jedyną częścią zwilżaną, w porównaniu z około 380 USD w przypadku rutynowej konserwacji oznaczającej otwarcie pompy. Arytmetyka opiera się na założeniach, które nie pasują do każdego warsztatu, ale mechanizm, który za tym stoi: materiał eksploatacyjny, który zmienia się w ciągu kilku sekund, bez demontażu, to inny rodzaj kosztów utrzymania niż naprawa.

Te same dwie pompy na stole warsztatowym i na linii produkcyjnej

Porównanie techniczne wypada różnie w zależności od tego, czy budujesz jedną maszynę, czy wysyłasz sto, dlatego warto dwukrotnie przeczytać tę samą tabelę.

Nic w fizyce nie zmienia się pomiędzy dwiema kolumnami. Zmienia się to, jak dużą część zmienności można wchłonąć ręcznie, a dla producenta ta zdolność zanika.

Ta sama decyzja widziana z dwóch różnych ławek

Trzy mity dotyczące selekcji, o których warto zapomnieć

Trzy przekonania przetrwały na forach długo po tym, jak inżynieria je rozstrzygnęła, a każde z nich prowadzi do konkretnego złego zakupu.

1. Pompa zębata zawsze ma dłuższą żywotność niż pompa perystaltyczna.Prawidłowe w przypadku czystego płynu i nieprawdziwe w przypadku brudnego płynu. Wypełniacze ścierne szlifują luz, który powoduje pracę pompy zębatej, a żywica utwardzająca twardnieje w jej wnętrzu, podczas gdy przy tym samym działaniu zużywa się tylko rurka, która kosztuje ułamek pompy. Trwałość jest właściwością cieczy w równym stopniu jak i pompy.

2. Pompa perystaltyczna nie jest w stanie utrzymać ciśnienia.Pompy rurowe zazwyczaj osiągają ciśnienie od około 3 do 7 barów, głowice rolkowe do około 8 barów, a pompy wężowe typu butowego około 15 barów. Pętla chłodząca drukarki wymaga niewielkiej części tego, więc ciśnienie rzadko jest powodem pozostawienia rurki.

3. Napięcie jest ustawieniem wydajności.W wersjach tej samej pompy o napięciu 12 V i 24 V wyższe napięcie obniża prąd przy tej samej mocy, zamiast zwiększać przepływ lub ciśnienie. Dopasuj szynę, którą maszyna już posiada, a wybór napięcia traktuj jako decyzję dotyczącą okablowania.

Często zadawane pytania

Która pompa jest lepsza do drukarki 3D?

Żadne z nich nie jest lepsze w ujęciu abstrakcyjnym; każdy wygrywa inną pracę. Pompa perystaltyczna jest domyślnym rozwiązaniem w przypadku uzupełniania żywicy, pasty spożywczej i chłodziwa pod niskim ciśnieniem, ponieważ płyn pozostaje wewnątrz rurki, samozasysa się, a rurka jest jedyną częścią, którą należy wymienić. Pompa zębata jest rozwiązaniem domyślnym w przypadku podawania włókien i peletek, gęstych past i wszelkich zastosowań, w których ciśnienie lub dostarczanie bez impulsów ma większe znaczenie niż izolacja.

Czy pompa perystaltyczna może przemieszczać gęstą pastę?

Tak, do pewnego momentu. Na okluzję nie ma wpływu lepkość, więc pompa rurowa radzi sobie z pastami o gęstej miodowej konsystencji bez zatykania, a pasty spożywcze są rutynowo dozowane w ten sposób. Limitem jest ciśnienie, a nie grubość: pompy rurowe osiągają około 3 do 7 barów, a głowice rolek około 8 barów, a powyżej tego rura jest częścią, która ulega awarii. Powyżej około 10 000 mPa·s bardziej niezawodną odpowiedzią staje się pompa zębata.

Czy do żywicy fotopolimerowej można stosować pompę zębatą?

Można go zbudować, ale nie należy go do tego wybierać. Żywica dociera do kół zębatych, płytek i uszczelek, a płyn pozostały w szczelinach podczas przerwy utwardza ​​się tam i blokuje pompę. Pompa rurowa całkowicie izoluje żywicę, a wymiana rurki odnawia zwilżoną ścieżkę kosztem długości rurki.

Czy wybrać pompę 12 V czy 24 V?

Dopasuj szynę, którą maszyna już dostarczyła. Pomiędzy dwiema wersjami tej samej pompy wyższe napięcie pobiera mniej prądu przy tej samej mocy, co ma znaczenie w przypadku długich kabli i zasilania akumulatorowego, podczas gdy 12 V jest łatwiejsze do zasilania z zapasowego wyjścia płyty głównej. Napięcie samo w sobie nie zwiększa przepływu ani ciśnienia.

Jakiej konserwacji wymaga każda pompa?

Pompa perystaltyczna wymaga wymiany rurki, gdy wydaje się miękka lub płaska, zwykle trwa to kilka miesięcy do roku przy normalnej pracy, a praca zajmuje kilka minut bez demontażu. Pompa zębata nie ma takich materiałów eksploatacyjnych, więc jej konserwacja polega na utrzymaniu płynu w czystości: filtracja na wlocie, brak pracy na sucho i zwracanie uwagi na wszystko, co jest ścierne lub może utwardzać.

Gdzie to cię pozostawia

Wybierz na podstawie plomby, a następnie potwierdź płynem. Pompa zębata uszczelnia cienką warstwą płynu w małych odstępach, dzięki czemu dobrze radzi sobie z lepkością, ciśnieniem i dozowaniem bez pulsacji, natomiast nie radzi sobie z rzadkimi płynami, twardymi cząstkami i wszystkim, co może utwardzić się. Pompa perystaltyczna uszczelnia poprzez ściskanie rurki, dzięki czemu jest obojętna na lepkość, samozasysająca i higieniczna z założenia, a ograniczona przez ściskaną przez nią rurkę. W drukarce 3D, która jasno przypisuje cztery zadania: przekładnia do topienia i pasty, rurka do żywicy i żywności oraz jedno do chłodziwa, w zależności od tego, czy ciśnienie czy pulsacja stanowią większe ryzyko w pętli.

Powiedz nam, co ma przenieść Twoja pętla.Podziel się rodzajem płynu, jego lepkością w temperaturze roboczej, charakterystyką pracy i ciśnieniem obserwowanym przez Twój system, a my w pierwszej kolejności zarekomendujemy rodzinę pomp, a następnie model lub poinformujemy Cię wyraźnie, jeśli żaden z przypadków nie będzie pasował.Poproś o ocenę wyboru pompy