Przewodnik po żywotności pompy wodnej i redukcji hałasu drukarki 3D

Żywotność pompy wodnej drukarki 3D nic nie znaczy bez jej schematu pracy: 300 000 cykli to około 667 godzin przy schemacie 5 sekund włączenia i 3 sekundy przerwy zastosowanym w opublikowanym teście, ale 2500 godzin przy 10 sekundach włączenia i 20 sekundach przerwy. Hałas zależy w takim samym stopniu od montażu i ustawień napędu, jak i od pompy.

1. Co faktycznie mierzy żywotność pompy

Opublikowane dane dotyczące żywotności mają znaczenie tylko wtedy, gdy są powiązane z trzema kwestiami: schematem pracy, przy którym były testowane, płynem, z jakim były testowane, oraz definicją końca okresu eksploatacji.

Opublikowane testy z tej rodziny wykorzystują różne wzorce. Pięć sekund włączenia i trzy sekundy przerwy to 62,5% obciążenia i 450 cykli na godzinę; dziesięć sekund włączenia i dwadzieścia sekund przerwy to 33,3% obciążenia i 120 cykli na godzinę. Ta sama wartość znamionowa wynosząca 300 000 cykli opisuje zatem około 667 godzin pracy w pierwszym schemacie i około 2500 godzin pracy kalendarzowej w drugim – czyli prawie czterokrotnie, biorąc pod uwagę same warunki testowe.

Tabela 1. Opublikowane dane dotyczące trwałości tej samej rodziny pomp oraz schemat pracy każdej z nich.

Źródła: strona produktu producenta, artykuł dotyczący zastosowania i podsumowanie specyfikacji; opublikowane dane.

Rysunek 1. Lata pracy wynikające z każdego opublikowanego wskaźnika cyklu w odniesieniu do liczby uzupełnień dziennie.

Źródło: obliczenia własne – ocena podzielona przez zdarzenia dzienne razy 365. Nie stosuje się żadnych obniżek wartości znamionowych: nie publikuje się.

Czy żywotność pompy perystaltycznej wynosząca 480 000 cykli jest realistyczna?

Liczby zostały opublikowane, ale nie zgadzają się ze stroną producenta dotyczącą produktu, która podaje ponad 300 000 cykli przy tym samym schemacie 5 sekund włączenia i 3 sekundy przerwy oraz raportuje, że oddzielny test wykazał 600 000 cykli dostaw. Trzy liczby w jednym wzorze oznaczają, że co najmniej dwie mierzą różne rzeczy lub jedna jest błędna. Traktuj ocenę jako opis testu: zapytaj, co zakończyło test i zaplanuj wymianę rurki w godzinach, a nie nagłówku cyklu.

Przeczytaj dalej:Strona produktu SC2201RPW.

2. Części decydujące o trwałości pompy

Żywotność wyznacza jedna część zużywalna na rodzinę: rura w pompie perystaltycznej oraz koła zębate, łożyska i szczotki silnika w pompie zębatej.

W pompie perystaltycznej płyn nigdy nie opuszcza rurki, a rura ulega uszkodzeniu w wyniku trwałego odkształcenia ściskającego, a zachowanie jest objęte standardowymi testami odkształcenia ściskającego. Przepływ spada, zanim pompa się zatrzyma, a nowa rura odnawia ścieżkę płynu. Opublikowane wytyczne dotyczące napełniania drukarki obejmują okres od kilku miesięcy do roku żywotności tuby.

W pompie zębatej płyn jest jednocześnie środkiem smarnym. Opublikowana specyfikacja zabrania pracy na sucho dłużej niż 20 sekund, ponieważ koła zębate ścierają się z obudową bez płynu i trwale pozostają otwarte luzy, zmniejszając przepływ i ciśnienie przez resztę żywotności pompy. Pompy zębate nie są tu samozasysające, a zablokowany wylot nie zatrzymuje pompy: zwiększa wewnętrzne wycieki, nagrzewa się i zużywa.

Tabela 2. Części eksploatacyjne, mechanizm awarii i objaw pojawiający się jako pierwszy.

Źródła: strona produktu producenta, artykuł dotyczący wkładów żywicznych i podsumowanie specyfikacji; zachowanie po ściskaniu zgodnie z ASTM D395.

Przeczytaj dalej:Pompa perystaltyczna vs pompa zębata.

3. Hałas: co dB mówi, a czego nie mówi

Współczynnik szumu jest porównywalny tylko wtedy, gdy towarzyszą mu cztery warunki: odległość, montaż, ważenie częstotliwości i poziom tła. Żadna z opublikowanych tutaj liczb nie podaje wszystkich czterech.

Strona pompy 3 V jest bardziej przezroczysta: poniżej 60 dB w odległości 30 cm, mierzona przy 5 V DC z pompą na 5 cm gąbce pochłaniającej hałas wibracyjny. Jest to pomiar laboratoryjny izolowany od wibracji, a nie wynik uzyskany w przypadku pompy przykręconej do sztywnej ramy. Pompa 24 V jest publikowana przy poziomie 60 dB mierzonym w odległości 50 cm, bez podanych warunków montażu.

W przypadku małego źródła w wolnym polu ciśnienie akustyczne spada o około 6 dB przy każdym podwojeniu odległości, zatem 60 dB w odległości 30 cm odpowiada w przybliżeniu 54 dB w odległości 60 cm i 48 dB w odległości 120 cm (rysunek 2). Liczba podana w odległości 50 cm jest zatem mniej restrykcyjnym punktem pomiarowym niż dla 30 cm i nie da się jej porównać z odczytem innej firmy, chyba że ważenie jest zgodne: konwencją są poziomy ważone A, przyrządy, które je wytwarzają, są określone w normie IEC 61672-1, a formalnie określona wartość mocy akustycznej jest zgodna z normą ISO 3744.

Dla kontekstu, limity zawodowe w USA wynoszą 85 dBA jako poziom działania po 8 godzinach i 90 dBA jako dopuszczalny limit narażenia, więc pompa zmierzona poniżej 60 dB mieści się w obu przypadkach; użytecznym pytaniem nie jest bezpieczeństwo, ale to, czy jest wystarczająco cicho, aby usiąść obok.

Rysunek 2. Dwa opublikowane twierdzenia wykreślono w funkcji odległości, stosując regułę podwojenia 6 dB dla małego źródła w wolnym polu.

Źródło: obliczenia własne na podstawie opublikowanych danych (poniżej 60 dB w odległości 30 cm; 60 dB w odległości 50 cm). Prawdziwa obudowa odzwierciedla dźwięk, dlatego należy czytać krzywe jako trend, a nie prognozę.

Przeczytaj dalej:Rozwiązanie hałasu pompy Micro DC.

4. Napęd pompy perystaltycznej: ustawienia PWM zmieniające hałas i żywotność

Napęd PWM ustawia prędkość w ramach swojego cyklu pracy i ustawia dźwięk napędu w oparciu o jego częstotliwość. Zalecenia producenta mówią o rozpoczęciu od 20 kHz i stosowaniu od 20 do 25 kHz w przypadku cichej pracy; jego szczytowa wydajność wynosząca 60–80 procent jest opublikowana dla pomp membranowych, dlatego należy ją ponownie zmierzyć na pompie perystaltycznej lub zębatej.

PWM włącza i wyłącza napięcie zasilania ze stałą częstotliwością oraz zmienia czas włączenia; silnik uśrednia impulsy, więc efektywne napięcie i moc rosną wraz z obciążeniem. Przy 50% obciążeniu efektywne napięcie wynosi około połowy zasilania, obciążenie i prędkość są w przybliżeniu proporcjonalne, a przepływ podąża za prędkością, ponieważ pompa perystaltyczna ma wyporność. Poniżej progu obciążenia pompa nie uruchomi się – martwa strefa, którą można łatwo pomylić z usterką.

Częstotliwość decyduje o tym, co słyszysz. Za niska, a napęd jęczy, pulsuje i dostarcza nierówny moment obrotowy; zbyt wysokie, a straty przełączania nagrzewają sterownik i rdzeń silnika powyżej około 30 do 40 kHz. Strata miedzi to kwadrat prądu razy rezystancja, a rezystancja wzrasta o około 0,4 procent na stopień C, więc wolniejsza pompa nie jest automatycznie chłodniejsza.

Strona elektryczna ma takie samo znaczenie jak strona sterująca w rozwiązaniu do kontroli płynów do druku 3D. MCU drukarki pobiera około 25 do 40 mA na pin, podczas gdy małe pompy pobierają od 100 do 500 mA, więc stopień MOSFET nie jest opcjonalny. Ponieważ silnik pompy jest cewką indukcyjną, stopień wymaga również diody typu flyback, bezpiecznika odgałęźnego i konstrukcji przystosowanej do rozruchu. PWM kontroluje średnią moc, a nie prąd szczytowy i nie ogranicza utknięcia silnika.

Czy sterowanie prędkością PWM działa w ten sam sposób w pompach perystaltycznych i zębatych?

Zasada jest identyczna: obie rodziny charakteryzują się wyporem dodatnim, więc przepływ jest proporcjonalny do prędkości wału, a cykl pracy daje wartość zadaną przepływu. Obciążenie jest różne. Prąd pompy zębatej gwałtownie wzrasta wraz z ciśnieniem i lepkością, a jej wewnętrzny wyciek wzrasta w miarę rozrzedzania się płynu; obciążenie pompy perystaltycznej jest ustalane przez ciśnienie, przed którym zamyka się rurka, które wzrasta, gdy rura przyjmuje kompresję. Żaden z nich nie powinien domyślnie pracować przy pełnym obciążeniu: szczyt wydajności znajduje się poniżej maksymalnej prędkości.

Tabela 3. Objawy napędu PWM, przyczyny i ustawienia, które rozwiązują każdy z nich.

Źródła: przewodnik po zastosowaniu PWM producenta oraz przewodnik dopasowywania napięcia i prądu na płycie głównej drukarki.

Przeczytaj dalej:Jak PWM wpływa na mikropompy.

5. Redukcja hałasu pompy zębatej

Hałas przekładni jest tonalny i wzrasta wraz z prędkością i ciśnieniem, dlatego redukcję hałasu pompy zębatej rozpoczyna się od spowolnienia pompy i usunięcia warunków hydraulicznych, które ją wzmacniają, a nie od piany. Pompy zębate tłoczą płyn poprzez zazębienie kół zębatych w ciasnej wnęce, a w literaturze zauważono, że jednostki pracujące przy wyższych ciśnieniach i przy wyższych prędkościach są zwykle hałaśliwe i wymagają specjalnych środków ostrożności.

Mocowanie to druga dźwignia: opublikowany poziom hałasu dla pompy 3 V został wzięty z pompą na gąbce o średnicy 5 cm, aby pochłonąć hałas wibracyjny. Jeśli gąbka zmieni liczbę, o tym, co usłyszy operator, decyduje nawias. Sztywne mocowanie metal-metal zamienia pompę w głośnik napędzany przez ramę; Podkładki elastomerowe, pływający wspornik i elastyczna pętla rurki przerywają tę ścieżkę.

Lista usterek producenta jest krótka i praktyczna, a w tabeli 4 zestawiono każdą przyczynę z jej środkiem zaradczym. Trzy z pięciu są raczej problemami konserwacyjnymi niż błędami konstrukcyjnymi, a tolerancja wirnika i wału jest wymieniana jako największe pojedyncze źródło.

Tabela 4. Opublikowane przyczyny hałasu i środki zaradcze dla każdej z nich.

Źródła: uwaga producenta dotycząca rozwiązywania problemów z hałasem i analiza pompy drukarki; zachowanie pompy zębatej zgodnie z ogólnymi parametrami odniesienia pompy zębatej.

Przeczytaj dalej:Zatory, pęcherzyki i wycieki.

6. Konserwacja wydłużająca żywotność pompy wodnej drukarki 3D

Kalendarz jest lepszy od reakcji na awarię. Publikowane wytyczne ukazują się co tydzień, co miesiąc i co kwartał, a wymiana materiałów eksploatacyjnych następuje po około 500 godzinach lub dwóch trzecich obliczonego okresu użytkowania, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej; Tabela 5 przedstawia każdy przedział i awarie, które usuwa.

Przede wszystkim środowisko: opublikowany zakres temperatur otoczenia wynosi od 5 do 45 stopni C, a ciągła praca podnosi temperaturę silnika i może skrócić żywotność szczotek, dlatego należy zaplanować przepływ powietrza wokół silnika. Orientacja: na zaślepce silnika znajdują się szczotki, płytka drukowana i złącza, dlatego należy poprowadzić rurkę z pętlą ociekową i ustawić pompę tak, aby złączka odpływowa nie mogła do niej spływać.

Następnie oprzyrząduj pętlę. Rejestrowanie przepływu, ciśnienia i cyklu pracy na konstrukcję sprawia, że ​​konserwacja staje się trendem: spadający przepływ przy stałym obciążeniu oznacza ucisk rurki lub zatykający się filtr siatkowy, a rosnący prąd przy stałym przepływie jest problemem z łożyskiem lub szczotką.

Tabela 5. Kalendarz konserwacji pomp drukarki i awarie usuwane w każdym interwale.

Źródło: wytyczne producenta dotyczące konserwacji układu płynów, rozszerzone o zakres temperatur otoczenia, uwagi dotyczące końcówek i zalecenia dotyczące rejestrowania.

Przeczytaj dalej:Oferta pomp perystaltycznych.

7. Co sprawdzić zanim określisz

Pięć opublikowanych twierdzeń z tej rodziny nie jest zgodnych. Każdy z nich powinien zostać rozwiązany na piśmie, zanim pompa trafi do zestawienia materiałów.

Rodzina pomp.Te same numery modeli są opisane na niektórych stronach jako pompy zębate, a na innych pompy perystaltyczne. Pompa perystaltyczna nie ma zwilżonych kół zębatych ani uszczelnienia wału, więc jedno i drugie nie może być prawidłowe. Szczegóły techniczne – korpus o średnicy 190 mm, wewnętrzne przekładnie, szczotkowana zaślepka, wyciek przy odcięciu i brak samozasysania – zgadzają się z opisem przekładni.

Liczba cykli.Ten sam schemat włączania i wyłączania na 3 sekundy określa się jako ponad 300 000 cykli, przy testowanej żywotności wynoszącej 480 000 cykli i w teście przeprowadzanym do 600 000 cykli dostaw. Zapytaj, jaka jest ocena, jaki jest pułap testu i co zakończyło każdy test.

Zestaw napięcia.Jedna strona zawiera listę 3 V, 5 V i 8 V; inny podaje 3 V, 6 V i 12 V dla tego samego modelu. Sterownik pracujący tylko na napięciu 5 V nie może obsłużyć pompy 6 V, a różnica zmienia przetwornicę i budżet kolei.

Stan materiałów eksploatacyjnych.Na jednej stronie podano, że nie ma materiału eksploatacyjnego do wymiany; strona produktu opisuje ścieżkę płynu jako rurkę silikonową o określonej długości. Okres wymiany rurek jest kosztem konserwacji, a zatem zmienia koszt posiadania.

Ciśnienie.Ta sama pompa jest podana przy ciśnieniu większym niż 30 kPa i nie mniejszym niż 6 psi, czyli około 41 kPa. Popraw jedną jednostkę i jeden numer w specyfikacji.

Przeczytaj dalej:Dopasowanie napięcia i prądu płyty głównej.

8. Test laboratoryjny, który rozstrzyga sprawę w dziesięć minut

Większość niepewności znika podczas jednej sesji na ławie rezerwowych. Uruchom przy ciśnieniu roboczym, a nie swobodnym przepływie i zapisz trzy liczby definiujące punkt pracy: przepływ, ciśnienie i obciążenie.

Zamiataj obowiązki.Zmierz przepływ przy obciążeniu 40, 60, 80 i 100 procent pod ciśnieniem roboczym i zanotuj obciążenie, poniżej którego pompa nie uruchamia się niezawodnie: Twoja martwa strefa.

Powtórz, gdy jest gorąco.Biegnij 30 minut i powtórz. Przepływ spadający przy stałym obciążeniu to rurka pobierająca kompresję lub rozcieńczony płyn.

Zmierz hałas dwukrotnie.Odczytaj w odległości 30 cm i 1 m od mocowania, które zamierzasz wysłać. Jeśli szczelina nie odpowiada rysunkowi 2, oznacza to, że rama emituje hałas, a nie pompa.

Przesuń częstotliwość.Uruchom od 8 do 30 kHz przy stałym obciążeniu, słuchaj i sprawdź temperaturę przetwornika przy wybranym ustawieniu.

Przeczytaj dalej:Specyfikacja pompy 24 V.

Kluczowe wnioski

Liczba cykli nic nie znaczy bez schematu pracy: 300 000 cykli to 667 godzin przy 5 s włączenia / 3 s wyłączenia, ale 2500 godzin przy 10 s włączenia / 20 s wyłączenia.

O życiu każdej rodziny decyduje jedna część zużywalna – rura w pompie perystaltycznej, koła zębate, łożyska i szczotki w pompie zębatej.

Wartość dB wymaga odległości, montażu, ważenia i poziomu tła.

Obowiązek PWM ustawia prędkość i przepływ; Częstotliwość PWM decyduje o tym, co słyszysz. Zacznij od 20 kHz, użyj 20–25 kHz do cichej pracy i spodziewaj się rzeczywistych strat przełączania powyżej 30–40 kHz.

Szczyty wydajności poniżej maksymalnej prędkości; Pełne cło kupuje przepływ, którego pętla może nie używać i płaci za ciepło, hałas i zużycie.

Konserwacja to kalendarz, a nie reakcja: cotygodniowe kontrole, miesięczna weryfikacja, kwartalna wymiana filtra siatkowego i wymiana materiałów eksploatacyjnych po około 500 godzinach.

Przeczytaj dalej:Pompa SC2301CPW 24 V.

Często zadawane pytania

Jak długo wytrzymuje pompa wodna drukarki 3D?

Zależy to od schematu pracy i części zużywalnej, a nie od pojedynczej oceny. Pompa perystaltyczna podczas ponownego napełniania jest ograniczona przez rurkę, opublikowaną co kilka miesięcy do roku; pompa zębata jest ograniczona przez koła zębate, łożyska i szczotki. Przed porównaniem pomp należy przeliczyć dowolną wartość cyklu na godziny, korzystając z własnego schematu pracy.

Dlaczego moja pompa drukarki 3D jest tak głośna?

Najpierw sprawdź tanie przyczyny: lista producenta przed awarią mechaniczną wymienia pracę bez płynu, kamienia, ograniczony wlot i niedopasowaną elektronikę, a jako największe źródło wymienia tolerancję wirnika. Następnie sprawdź montaż: opublikowana figura została wzięta na gąbkę, więc sztywny wspornik może sprawić, że cicha pompa będzie głośno brzmieć.

Czy można uruchomić pompę perystaltyczną na sucho?

Lepsze niż pompa zębata, ponieważ na ścieżce płynu nie ma żadnych metalowych elementów, a rura jest częścią zużywalną. Pompy zębate tej klasy uniemożliwiają pracę na sucho dłużej niż 20 sekund, ponieważ koła zębate zużywają się na obudowie i trwale otwierają się luzy. Tak czy inaczej, zalej przed startem.

Czy niższy cykl pracy PWM wydłuża żywotność pompy?

Zwykle tak, do pewnego momentu. Wydajność osiąga szczyt poniżej maksymalnej prędkości, a pełne obciążenie zwiększa ciepło, hałas i zużycie bez użytecznego przepływu, więc niższe obciążenie przy tym samym dostarczanym przepływie jest łagodniejszym ustawieniem, z wyjątkiem bardzo niskiego obciążenia, gdzie silnik znajduje się w martwej strefie i słabo się chłodzi.

Czy wymieniać rurkę czy całą pompę?

W pompie perystaltycznej wymień rurkę: jest to część zużywalna, wymiana zajmuje kilka minut i odnawia ścieżkę płynu. Pompa zębata nie ma takiego materiału eksploatacyjnego, dlatego też filtracja na wlocie i zalewanie mają większe znaczenie w tej konstrukcji.

Jaka jest najlepsza częstotliwość PWM dla pompy drukarki 3D?

Zacznij od 20 do 25 kHz, tuż powyżej zakresu słyszalnego, co eliminuje większość pisków przy przełączaniu. Sprawdzaj zamiast zakładać: przemiataj od 8 do 30 kHz przy stałym obciążeniu, słuchaj i obserwuj temperaturę przetwornika przy ciśnieniu roboczym