Od parametrów do praktyki: jak precyzyjnie wybrać odpowiednią mikropompę wodną do drukarek 3D

Wybór mikropompy do drukarki 3D sprowadza się do sześciu liczb odczytywanych w ustalonej kolejności: napięcie, prąd, przepływ, ciśnienie i ssanie, hałas i żywotność. Napięcie decyduje o tym, czy pompa w ogóle będzie mogła działać z Twojej maszyny; pozostałych pięć decyduje, jak dobrze spełnia swoją rolę i jak często będziesz go dotykać ponownie.

Dwie pompy użyte tutaj jako skrzynki pokrywają większość terenu. SC2601RPW to pompa perystaltyczna do maszyn o napięciu od 6 V do 12 V, o wydajności 100–300 mL/min, ciśnieniu ponad 120 kPa, ssaniu ponad 60 kPa, poniżej 50 dB w odległości 30 cm, z testem żywotności wynoszącym 1000 godzin. SC2301CPW to pompa zębata 24 V o wydajności 100 mL/min lub większej i 40–150 kPa. Czytając je obok siebie, najszybciej dowiesz się, które parametry faktycznie decydują o zakupie, a które tylko wyglądają.

Sześć parametrów i pytanie, na które każdy z nich odpowiada

Każda specyfikacja w arkuszu danych pompy odpowiada dokładnie na jedno pytanie i każda pozostawia po sobie inny rodzaj niepewności.

Dlatego też tabela liczb, czytana od góry do dołu, często powoduje wyświetlenie niewłaściwej pompy. Sztuka polega na tym, aby każdą liczbę potraktować jako odpowiedź na pytanie, które już masz.

Sześć parametrów, pytanie, na które każdy odpowiada, i luka, jaką pozostawia

Napięcie i prąd: dopasowanie pompy do posiadanej szyny

Dopasuj pompę do szyny, którą drukarka już dostarcza, a następnie sprawdź, czy kanał, na który ją przełączasz, może przenosić prąd.

W drukarce 3D oznacza to jedną z czterech szyn, a każda z nich posiada zaczep, który łatwo przeoczyć.

Szyny do drukarek od 3 V do 24 V i co właściwie każda z nich może napędzać

Dlaczego wersja o wyższym napięciu nie jest automatycznie mocniejsza

Kupując wariant 24 V, nie kupujesz większego ciśnienia ani większego przepływu; kupuje niższy prąd przy tej samej mocy.

To jedno zdanie zapobiega większości błędów związanych z napięciem. Przy tej samej mocy zwiększenie napięcia zasilania powoduje obniżenie prądu pobieranego przez silnik, dlatego też większe wersje modelu 24 V często wykazują mniejszą wartość prądu niż ich rodzeństwo 12 V. Porównanie przeprowadzone przez producenta potwierdza tę tezę: w przypadku jednej z ich pomp membranowych wersja 12 V ma natężenie znamionowe poniżej 800 mA, podczas gdy wersja 24 V ma natężenie znamionowe poniżej 300 mA przy tym samym zadaniu pompowania.

Praktyczne konsekwencje dotyczą raczej okablowania niż hydrauliki. Niższy prąd oznacza cieńszy kabel, mniejszy spadek napięcia na dłuższą metę i mniej ciepła wewnątrz uszczelnionej maszyny. Jeśli maszyna ma już szynę 24 V, prostszą odpowiedzią jest pompa 24 V. Jeśli ma szynę 12 V, pompa 12 V pozwala uniknąć kosztownego przetwornika i emitującego szum przełączania do tej samej obudowy.

Aktywne: arytmetyka, której arkusz danych nie będzie dla Ciebie odpowiedni

Dodaj, co kanał musi przełączać, i utrzymuj sumę znacznie poniżej wartości znamionowych, ponieważ szczotkowany silnik pompy nie jest stałym obciążeniem rezystancyjnym.

Weźmy te dwie sprawy. SC2601RPW pobiera mniej niż 200 mA przy 6 V i mniej niż 320 mA przy 12 V, więc wersja 12 V pobiera mniej więcej 3,8 W. SC2301CPW pobiera mniej niż 200 mA przy 24 V, czyli mniej niż 5 W. Obydwa mieszczą się w zakresie tego, co zwykle obsługuje pojedynczy kanał MOSFET na płycie głównej, ale o tym, czy instalacja będzie się zachowywać, decydują trzy szczegóły.

Zostaw nad głową. Kanał napędzający pompę na połowę jej mocy działa fajnie; jeden pracujący przy dziewięćdziesięciu procentach mocy dzieli radiator ze wszystkim innym na płycie.

Spodziewaj się skoku rozruchowego. Silnik szczotkowy przez pierwszy ułamek sekundy pobiera prąd kilkakrotnie większy niż znamionowy, a zasilanie już obciążone przez grzejniki i wentylatory może spaść na tyle, aby zresetować płytkę.

Zachowaj oddzielną ścieżkę powrotną. Poprowadź uziemienie pompy z powrotem do zasilania, zamiast dzielić masę z termistorami lub wejściami ADC, i zamontuj diodę flyback, gdy MOSFET przełącza pompę.

Natężenie przepływu: od oceny do tego, co faktycznie widzi Twoja pętla

Dobierz pompę do płynu potrzebnego do pracy, a następnie zachowaj wystarczający margines, aby pokryć ciśnienie, które zwiększa Twoja własna instalacja wodno-kanalizacyjna.

Zacznij od strony popytowej. Obieg chłodziwa, zadanie dozowania i armatura podciśnieniowa wyrażają swoje potrzeby w różny sposób, dlatego też ten sam wskaźnik przepływu może wyglądać na duży w jednym wykonaniu i marginalny w innym.

Dopasowywanie zadania do przepływu, a nie przepływu do zadania

Pomiar przepływu w maszynie

Odłącz przewód powrotny, włóż go do cylindra miarowego na dokładnie 60 sekund i odczytaj objętość: zebrane mililitry to mililitry na minutę, które faktycznie dostarcza pętla.

Porównaj tę liczbę z wartością znamionową, zanim zrzucisz winę na pompę. Prawidłowo zalana pętla zwykle mieści się w zakresie od 70 do 90 procent opublikowanej wartości, z różnicą związaną z długością rurki, złączkami, filtrem i zimnym blokiem. Jeśli zmierzony przepływ jest znacznie niższy, zanim zaczniesz szukać większej pompy, poszukaj wycieku powietrza po stronie ssawnej lub częściowo zablokowanej płyty zimnej.

Ciśnienie i ssanie: para decydująca o działaniu pętli

Ciśnienie przemieszcza płyn przez pętlę, a ssanie decyduje, gdzie możesz umieścić zbiornik.

Obie sprawy dotyczą zupełnie różnych punktów. SC2601RPW ma ciśnienie znamionowe powyżej 120 kPa, czyli 1,2 bara lub około 17,4 psi, i ciśnienie ssania powyżej 60 kPa, co teoretycznie wystarcza do podniesienia wody na około 6 metrów. SC2301CPW działa przy ciśnieniu od 40 do 150 kPa. Żadna z tych wartości nie stanowi ograniczenia w normalnej pętli drukarki, w której przewody, złączki, filtr i blok łącznie odpowiadają za od kilku do kilkudziesięciu kPa.

Kiedy zbiornik musi znajdować się pod maszyną

Możliwość rysowania jest parametrem decydującym o układzie małej drukarki i to właśnie ten parametr jest najczęściej odkrywany zbyt późno.

Samozasysająca pompa o ssaniu powyżej 60 kPa będzie pobierać płyn chłodzący z butelki leżącej na podłodze i usuwać powietrze ze świeżego przewodu. Pompa bez tej wartości znamionowej wymaga zalania wlotu: zbiornik znajduje się nad pompą, a przewód jest zalany raz ręcznie. Żadne z rozwiązań nie jest w skrócie lepsze, jednak drugie ogranicza konstrukcję maszyny i przed narysowaniem podwozia warto sprawdzić, który kupujemy.

Gdy płyn jest gęsty

W przypadku lepkiego lub wypełnionego płynu to pułap ciśnienia, a nie znamionowy przepływ, decyduje o tym, czy pompa przetrwa pracę.

Gęste płyny nie tyle płyną, ile odkształcają się, a ciśnienie potrzebne do przepchnięcia ich przez wąską linię szybko rośnie. Pompa o ciśnieniu znamionowym 150 kPa utrzymuje swoją wydajność objętościową w miarę narastania oporu, ponieważ wyporność jest dodatnia; pompa pracująca w pobliżu ciśnienia granicznego po prostu spowalnia silnik i zamienia różnicę w ciepło. Jeśli częścią planu jest pasta lub zawiesina, wybierz model z wyższym ciśnieniem maksymalnym i traktuj przepływ jako wartość docelową do sprawdzenia, a nie obietnicę.

Hałas: znormalizuj odległość przed porównaniem

Współczynnik szumu nic nie znaczy bez odległości, więc skonwertuj obie pompy do tego samego punktu odniesienia, a porównanie stanie się proste.

Dźwięk z małego źródła spada o około 6 dB przy każdym podwojeniu odległości, co jest wystarczającą arytmetyką, aby dwie opublikowane liczby były bezpośrednio porównywalne.

Te same dwie cyfry odnoszą się do wspólnej odległości

Źródła: dane producenta dotyczące hałasu; Prawo odwrotności kwadratów dla dźwięku w polu swobodnym.

Odległość między obiema pompami wynosi około 14 dB na metr, co nie jest małą różnicą: jest to różnica między cichą maszyną a maszyną, którą można zauważyć z sąsiedniego pokoju. Dwa zastrzeżenia sprawiają, że to porównanie jest uczciwe. W obliczeniach przyjęto wolne pole, a inaczej będzie się zachowywać pompa przykręcona do obudowy z odblaskowymi ściankami. Zakłada również taki sam montaż, a sztywne mocowanie może dodać więcej do mierzonego poziomu, niż wnosi własna konstrukcja pompy.

Równoważenie przepływu i hałasu

Kiedy konstrukcja wymaga większego przepływu, niż zapewnia cicha pompa przy pełnej prędkości, odpowiedzią jest zwykle powolna praca większej pompy, a nie mała pompa pracująca na pełnych obrotach.

Prędkość jest dominującą zmienną hałasu w mikropompie: producenci opisują hałas rosnący wraz z prędkością pracy, a ich zakres perystaltyczny waha się od około 30 do 50 dB w całej linii modelu. Praca z prędkością od 60 do 80 procent pełnej prędkości również zwykle jest momentem, w którym wydajność jest najwyższa, więc ciche ustawienie jest często również efektywne. Wynikają z tego dwie zmiany w harmonogramie.

Wybierz model z wolnym przepływem, a następnie wybierz go ponownie za pomocą PWM. Zarówno zakres 100-300 ml/min SC2601RPW, jak i dolna granica 100 ml/min SC2301CPW pozostawiają miejsce na wykonanie tego zadania bez konieczności pracy którejkolwiek z pomp na maksymalnych obrotach.

Nie goń za ciszą przy niższym napięciu zasilania. Zmniejszenie napięcia pompy 12 V do 6 V powoduje odejście silnika od jego punktu projektowego, a przepływ staje się trudniejszy do kontrolowania bez rzeczywistego wzrostu poziomu hałasu.

Żywotność: od godzin testowych po plan serwisowy

Wartość żywotności to czas trwania testu, a nie gwarancja, dlatego należy ją przeliczyć na czas kalendarzowy odpowiadający faktycznemu obciążeniu maszyny.

SC2601RPW posiada test żywotności wynoszący 1000 godzin. Znaczenie tego zależy całkowicie od sposobu użytkowania drukarki.

Liczba 1000 godzin przeliczona na czas kalendarzowy

Źródła: dane z testów żywotności producenta; arytmetyka zaokrąglona do najbliższego praktycznego przedziału.

Co nosi się jako pierwsze

W pompie perystaltycznej rura jest materiałem eksploatacyjnym, a silnik nie; w pompie zębatej powierzchnie kół zębatych i łożyska podlegają zużyciu, na jakie pozwala płyn.

Ta różnica decyduje o tym, co będziesz przechowywać w magazynie. Rurka perystaltyczna daje ostrzeżenie: jest miękka, spłaszcza się pod rolkami, a przepływ zaczyna dryfować, zanim ulegnie awarii, a jej wymiana kosztuje bardzo niewiele. Pompa zębata nie ma takiego materiału eksploatacyjnego, co jest zaletą, dopóki płyn nie zawiera wypełniacza ściernego i wtedy w pierwszej kolejności należy zadbać o luz zapewniający wydajność pompy. Tak czy inaczej, silnik znajdujący się za głowicą pompy jest zwykle częścią o długiej żywotności, a miniaturowe silniki pomp zwykle wytrzymują od kilkuset godzin przy wymagającej pracy do kilku tysięcy godzin przy delikatnej, dobrze filtrowanej pracy.

Co skraca liczbę

Cztery warunki skracają wynik testu trwałości w terenie, a wszystkie cztery są raczej decyzjami projektowymi niż pechem. Praca na sucho usuwa warstwę smarującą i chłodzącą głowicę pompy. Ciepło powoduje starzenie się uzwojeń silnika i zmiękcza rurki. Cząsteczki ścierają luzy. Powtarzające się cykle stop-start obciążają silnik bardziej niż te same godziny ciągłej pracy, dlatego też przerywane dozowanie może spowodować szybsze zużycie pompy niż ciągły obieg.

Dwie wersje, dwie odpowiedzi

Obie obudowy wyraźnie oddzielają się od siebie pod względem napięcia, ssania i ciśnienia, a nie przepływu.

Obie pompy tłoczą podobną ilość wody. Istotne różnice polegają na tym, czy maszyna ma już szynę, czy zbiornik może znajdować się nad pompą i jak mocno płyn stawia opór wypychaniu.

Obydwa przypadki obok siebie, według parametrów, które je oddzielają

Źródła: dane produktowe producenta obu modeli.

Przypadek pierwszy: maszyna 12 V ze zbiornikiem pod ramą

W tej wersji zastosowano wersję SC2601RPW 12 V, ponieważ szyna istnieje, zbiornik jest umieszczony nisko, a drukarka znajduje się w sypialni.

Zbiornikiem jest butelka na półce pod ramą, więc pompa musi sama unieść płyn chłodzący przy pierwszym napełnieniu i oczyścić powietrze z nowego przewodu: dokładnie po to jest ssanie 60 kPa. Maszyna jest konfiguracją z jedną głowicą i wymaga przepływu od 20 do 50 ml/min, znacznie mieszczącego się w zakresie pompy, zatem pompa pracuje przy niskim obciążeniu, a nie przy pełnej prędkości, co jest również ustawieniem zapewniającym jej cichą pracę. Wartość szumu potwierdza umiejscowienie: poniżej 50 dB w odległości 30 cm daje się około 40 dB na metr, poniżej silników krokowych, z którymi dzieli pomieszczenie. Przy trzech godzinach dziennie 1000-godzinny test odpowiada mniej więcej jedenastu miesiącom drukowania, więc plan to zapasowa tuba na półce i sprawdzenie, kiedy przepływ zacznie dryfować.

Przypadek drugi: maszyna 24 V z zagęszczonym płynem chłodzącym

Ta wersja wykorzystuje SC2301CPW, ponieważ maszyna jest już zasilana z szyny 24 V, a pętla wymaga zapasu ciśnienia, a nie ssania.

W maszynie obok hotendu znajduje się laserowa płyta chłodząca, a chłodziwem jest mieszanina glikolu, która podnosi ciśnienie potrzebne do jej poruszenia. Zakres ciśnienia pompy 40–150 kPa spokojnie pokrywa ten zakres, a jako jednostka 24 V można ją zawiesić na istniejącej szynie bez konwertera i dodatkowego hałasu przełączania wewnątrz obudowy. Nie jest samozasysający, więc zbiornik znajduje się nad pompą, a przewód jest zalany już przy pierwszym napełnieniu, a ponieważ silnik jest chłodzony powietrzem, korpus pompy pozostaje poza ogrzewaną komorą. Niższy pobór prądu przy napięciu 24 V jest raczej zaletą niż powodem, aby go wybrać: sprawia, że ​​okablowanie jest cienkie, a kanał płytki chłodny.

Trzy pytania, na które arkusz danych nie może odpowiedzieć

Niektóre z najkosztowniejszych błędów w doborze zdarzają się po sprawdzeniu parametrów, ponieważ trzy rzeczy są właściwościami maszyny, a nie pompy.

Jak duży opór doda Twoja pętla? Długość rurki, złączki, filtr i blok chłodzący razem określają ciśnienie, przy którym pracuje pompa. Oszacuj je, a następnie potwierdź odczytem ciśnienia w pierwszej wersji.

Jakie będzie otoczenie pompy? SC2601RPW jest przystosowany do pracy w temperaturach od 0 do 50 stopni i przy wilgotności względnej 75 procent, co jest komfortowe dla większości drukarek i niewygodne w ogrzewanej komorze. Miejsce umieszczenia pompy jest często ustalane później przez tego, kto rozmieszcza obudowę.

Jaki jest prawdziwy cykl pracy? Maszyna dozująca przez dziesięć sekund co kilka minut i maszyna pracująca nieprzerwanie przez osiem godzin to nie to samo zastosowanie, nawet jeśli łączna liczba godzin wygląda podobnie. Obowiązek decyduje zarówno o częstotliwości konserwacji, jak i budżecie hałasu.

Często zadawane pytania

Jak rzetelnie porównać arkusze danych dwóch pomp?

Najpierw ustal kolejność: napięcie, potem prąd, następnie przepływ, następnie ciśnienie i ssanie, potem hałas, a na końcu żywotność. Napięcie eliminuje pompy, których maszyna nie jest w stanie zasilić, ssanie eliminuje pompy, które nie mogą czerpać ze zbiornika, a pozostałe parametry oceniają to, co zostało. Porównując najpierw dane dotyczące głównego przepływu, można zobaczyć, w jaki sposób dwie niezgodne pompy trafiają na tę samą krótką listę.

Czy pompa o wyższym napięciu wytwarza większy przepływ lub ciśnienie?

Nie samodzielnie. Napięcie określa prędkość i prąd silnika dla danej konstrukcji mechanicznej, ale nie zwiększa ciśnienia ani nie czyni pompy z natury silniejszą. Przy tej samej mocy wersja o wyższym napięciu pobiera mniej prądu, dlatego też jednostki 24 V są preferowane w maszynach, które mają już szynę 24 V, długie przewody lub zasilanie akumulatorowe.

Czy większy przepływ jest zawsze lepszy?

Nie. Pompa o wartości znamionowej znacznie przekraczającej wymagania pętli będzie pracować przy niskim obciążeniu lub przy dławieniu, a dodatkowy zapas mocy pomoże tylko wtedy, gdy zamierzasz ustawić ją ponownie za pomocą PWM. Ważniejsze jest to, że zmierzony przepływ po rurach, złączkach, filtrze i bloku chłodzącym nadal pokrywa ciepło lub dawkę wymaganą w danym zadaniu.

Jak porównać wartości hałasu zmierzone w różnych odległościach?

Skieruj je na tę samą odległość. Dźwięk z małego źródła spada o około 6 dB przy każdym podwojeniu odległości, zatem 60 dB w odległości 50 cm staje się w przybliżeniu 64 dB w odległości 30 cm, a 50 dB w odległości 30 cm wynosi około 40 dB w odległości metr. Gdy obie cyfry znajdą się w tej samej odległości, różnica między obydwoma przypadkami wynosi tutaj około 14 dB, co stanowi zauważalny i użyteczny margines.

Jak długo faktycznie wytrzyma mikropompa drukarki 3D?

Potraktuj opublikowaną wartość życia jako czas trwania testu i przelicz ją na dyżur, który będziesz wykonywać. Test trwający 1000 godzin trwa około jedenastu miesięcy przy trzech godzinach dziennie i około sześciu tygodni całodobowego obiegu, więc ta sama pompa może być elementem wyposażenia lub materiałem eksploatacyjnym, w zależności od maszyny. W pompie perystaltycznej rura jest częścią, którą należy wymienić; w pompie zębatej czystość płynu chroni luzy.

Gdzie to cię pozostawia

Wybieraj w kolejności pojawiania się parametrów, a nie w kolejności ich drukowania. Najpierw napięcie, bo to od niego zależy czy pompa w ogóle będzie mogła pracować. Bieżąca sekunda, ponieważ decyduje o sposobie podłączenia pompy. Przepływ i ciśnienie trzecia i czwarta, ponieważ są to dwie liczby, które pętla musi spełnić. Hałas i żywotność są trwałe, ponieważ są to parametry, które porównuje się ze wszystkim innym, a dwa przedstawione tutaj przypadki pokazują, jak różnie może wyglądać ta wymiana: cichsza pompa wygrywa w małych maszynach 6–12 V z niskim zbiornikiem, a pompa zębata 24 V wygrywa tam, gdzie szyna już istnieje, a płyn opiera się wypychaniu.

Powiedz nam, na czym działa Twoja maszyna.Podaj napięcie szyny, długość pętli i płyn, a my potwierdzimy, która z dwóch obudów pasuje do Twojej konstrukcji, łącznie z rurkami i punktem pracy.Poproś o przegląd parametrów i próbkę