Флуидни системи 3Д штампача: Промена аутоматизације микро пумпе

Систем флуида за 3Д штампач је водовод који омогућава машини да настави да штампа без оператера: петље за расхладну течност, водови за довод смоле и кола за прање, од којих сваки покреће микро пумпа. Аутоматизација функционише само када је пумпа димензионисана за течност коју заиста види. Овај водич покрива шта је заиста аутоматизовано, шта пумпа треба да испоручи и где се налазе границе.

1. Од пумпи уређаја до система течности за штампач

Микро пумпе које су сада уграђене у 3Д штампаче нису развијене за 3Д штампање. Развијени су за употребу у апаратима - роботима за чишћење, апаратима за кафу, диспензерима воде, медицинским и козметичким уређајима - а индустрија штампача их је усвојила јер је основни захтев идентичан: померите малу, поновљиву запремину течности кроз уску стазу, тихо, годинама, без контаминације.

Оно што се објављује је образац преноса апликације, а не прича о једном пореклу. Каталог истог произвођача наводи перисталтичке пумпе за роботе за чишћење, системе за воду у машинама за кафу, диспензере за воду и сада дужности течности за 3Д штампаче. Називни параметри путују са пумпом; радни циклус, течност и захтев за тачност не.

Табела 1. Документовани преноси апликације преко исте платформе микро пумпе.

Извори: странице производа произвођача и напомене о примени наведене у референцама.

Три ствари се мењају када пумпа пређе у штампач. Рад постаје понављајући, а не повремени, тако да се животни век циклуса и хабање цеви померају на предњи део спецификације. Течност постаје агресивна или осетљива - фотополимерна смола, изопропил алкохол, расхладна течност - тако да влажни материјали одлучују о дизајну. И запремина постаје задата тачка, а не испорука: допуна која прекорачи је изливање, а доза која се помера је неуспешна изградња.

2. Шта аутоматизација штампача заправо аутоматизује

Три функције су данас заиста аутоматизоване на производним штампачима, а свака претвара ручни задатак у захтев за руковање флуидом. У систему течности за 3Д штампање, сваки од њих је пумпни задатак са различитим флуидом, различитом запремином по догађају и различитом толеранцијом за грешке. Све остало што се зове аутоматизација штампача је контрола кретања или руковање подацима, без течног садржаја.

2.1 Аутоматско храњење и допуњавање

Најјаснији случај је допуна смоле на машинама за фотополимеризацију у бачви. Микро пумпа упарена са фотоелектричним сензором нивоа и малим контролером допуњује бачву за 50-100 мЛ кад год ниво падне, што омогућава да се изградња преко ноћи заврши без оператера. Пошто течност остаје унутар цеви, осушена смола се никада не накупља у телу пумпе, а цев је једини део који треба заменити.

За екструзију материјала, аутоматизовано храњење 3Д штампањем значи довод филамента или пелета, а не течност. Та дужност је ван оквира микро пумпе за течност – за напајање за екструзију је потребна друга породица – тако да их држите одвојено кад год се у спецификацији појави фраза „пумпа за пуњење адитива за производњу“, јер у литератури то скоро увек значи систем за довод екструзије, а не пумпу за дозирање течности.

2.2 Аутоматско чишћење и накнадна обрада

Аутоматизација чишћења је напреднија него што већина инжењера претпоставља. Станица за прање смоле меша делове у 7-15 Л растварача са магнетно спрегнутим радним колом, назначена је на 120 отисака по допуни изопропил алкохола са 10-минутним подразумеваним прањем и подиже делове даље од растварача да се осуше на ваздуху. Уклањање хемијских делова је такође аутоматизовано: хардверско проширење које се може накнадно уградити покреће платформу за изградњу како би се готови делови отпустили у контејнер који блокира УВ и започиње следећи посао без надзора.

Обим је овде битан: мешање које врши чишћење долази из радног кола, а не из пумпе при 20-50 мЛ/мин. Допринос микро пумпе је логистика флуида око резервоара: пребацивање растварача унутра и ван, допуњавање онога што испари и рециркулација кроз филтер како би се продужио животни век растварача. Изопропил алкохол има тачку паљења од 11,7 степени у отвореној шољи, тако да тај рад припада вентилираном, спојеном дизајну без обзира на то колико је пумпа добра.

2.3 Хлађење при константној температури

Термичка аутоматизација је најзахтевнија дужност и она са најјаснијом физиком. Вода има специфични топлотни капацитет од 4.184 Ј/(кг·К) на 20 степени, отприлике четири пута већи од масе ваздуха, тако да мали проток течности носи далеко више топлоте од исте масе ваздуха. Затворена петља са радијатором изван кућишта стога може задржати врући део на стабилној температури унутар загрејане коморе, где би вентилатори само рециркулисали топли ваздух.

Аритметику димензионисања вреди урадити прво: уклоњена топлота је једнака масеном протоку пута 4.184 пута дозвољеном порасту температуре. При 20-50 мЛ/мин, што је отприлике 14 до 70 В преко пораста од 10 до 20 К, што одговара једној хотенд петљи и искључује хлађење коморе, драјвера или грејног лежаја на истој пумпи. На слици 1 је приказан прорачун у опсегу протока који компактна пумпа може да достигне.

Слика 1. Топлота уклоњена воденом петљом у односу на брзину протока, при дозвољеном порасту температуре од 10 К и 20 К; осенчена трака је опсег од 20-50 мЛ/мин компактне микро пумпе.

Извор: прорачун аутора из специфичног топлотног капацитета воде, 4.184 Ј/(кг·К) на 20 степени; густина узета као 1.000 кг/м³.

3. Пумпа је срце петље: пет варијабли

У пракси, пумпа поставља оно што петља може да уради, а скоро сваки квар система флуида прати мали број мерљивих параметара. Упутства произвођача за решавање проблема смањују поље на пет: померај по обртају, радни притисак, вискозитет на температури, стање усисавања и радни циклус.

Табела 2. Пет варијабли иза већине грешака у систему флуида 3Д штампача.

Извор: водич за решавање проблема са системом флуида произвођача (погледајте референце).

Листа је дијагностичка: када се петља помери, најбржа поправка је да се идентификује који је параметар померен и да се ресетује уместо да се замени пумпа. Допуна која изненада траје дуже је обично делимично блокирана улазна сита или цев која је преузела компресијски сет, а не неисправан мотор.

4. Избор породице пумпи: одлучује вискозитет

Примене микро пумпи за течности за штампаче спадају у две радне породице. Перисталтичка или цевна пумпа компримира флексибилну цев тако да само цев долази у контакт са течношћу; зупчаста пумпа задржава течност између ротирајућих елемената и кућишта. Вискозност је варијабла која одлучује између њих.

Табела 3. Избор фамилије пумпи према вискозитету течности, са режимом квара иза сваке траке.

Извор: упутство за избор произвођача од нисковискозних мастила до керамичких паста високог вискозитета.

Две квалификације су важније од саме табеле. Прво, вискозитет се мора навести на брзини смицања коју пумпа стварно производи и на радној температури, јер већина ових течности није Њутнова; цифра снимљена погрешном брзином смицања може померити течност кроз два реда. Друго, просечан проток и тренутни проток се разликују. Пумпа са зупчаником пажљиво прати своју израчунату запремину и мери без импулса; перисталтичка пумпа испоручује исти просечан проток са импулсом који сваки ваљак ослобађа. За линију за допуњавање пулс је небитан; за дозирање пигмента у главу за мешање одлучује између чисте мешавине и пругасте мешавине.

5. Одређивање величине петље: колико заиста траје допуна

Брзина протока престаје да буде апстрактна када се претвори у машинско време. Табела испод показује колико кошта циклус пуњења или циркулације при 50 и 100 мЛ/мин – практичан јаз између компактне десктоп пумпе и следеће класе више.

Табела 4. Време допуњавања и циркулације у односу на брзину протока за задатке штампача великог формата.

Извор: упутства за испоруку течности произвођача; времена су запремински прорачуни при наведеном протоку.

Удвостручење протока преполови време у сваком реду. У низу великих штампача који се понављају цео дан, а свако допуњавање које траје 10 минута уместо 20 враћа време машине на распоред. То, а не главни број протока, је економски аргумент за већу пумпу - и разлог зашто пумпа десктоп класе не би требало да буде развучена у функцију за коју никада није оцењена.

Слика 2. Време за померање дате запремине у односу на брзину протока; осенчена трака је опсег од 20-50 мЛ/мин компактне микро пумпе.

Извор: запремински прорачун аутора из приказаног протока; вредности од 50 и 100 мЛ/мин репродукују табелу 4.

6. Каква се надоградња аутоматизације мења на машини

Надоградња аутоматизације је место где интерна решења флуида за штампаче постају део спецификације машине, са приложеним сенсингом, евидентирањем и сервисним интервалом.

Додајте сензор, не само пумпу.Петљи за допуњавање потребни су сензор нивоа и контролер пре него што пумпа постане корисна; аутоматизација без повратних информација је пумпа која ради на тајмеру.

Забележите пет вредности по циклусу.Забележите течност, температуру, вредност команде, измерени проток и струју мотора. Дрифт се тада појављује као тренд, а не као неуспела изградња, а евиденција чини разговоре о гаранцији чињеничним.

Проверите шину напајања пре пумпе.5 В пумпа за цртање испод 160 мА и 24 В пумпа за цртање од 200 мА су лаки за управљање, али десктоп штампач дистрибуира 24 В, тако да је уређају од 5 В потребно сопствено напајање или претворник.

Рано одлучите о влажним материјалима.Фотополимерна смола, изопропил алкохол и расхладна течност нападају различите еластомере. Изаберите цеви и унутрашње елементе из табеле компатибилности, а не из доступности.

Дизајн за потрошни материјал.На цевној пумпи цев је хабајући део и замена траје неколико минута; код зупчасте пумпе хабајући део је унутар пумпе. У сваком случају, сервисни интервал припада спецификацији машине.

Поставите календар одржавања, а не одговор на квар.Радни образац: недељне провере цеви, фитинга и сита; месечна провера калибрације и сензора нивоа; квартална замена цедила; и замену потрошног материјала на отприлике 500 сати или две трећине израчунатог века трајања, шта год се прво догоди.

Филтрирајте намерно.Уграђени филтер продужава живот растварача и расхладне течности, али додаје пад притиска. Одмерите га према плафону притиска пумпе, а не према номиналном притиску петље.

7. Где се аутоматизација не исплати

Искрена надоградња система флуида почиње идентификацијом дужности којима она није потребна. Додавање пумпе, резервоара и сензора нивоа машини која никада не ради довољно дуго да би им затребало ствара режиме квара и рад на чишћењу без уклањања.

Посуда од смоле која садржи довољно смоле за израду не треба циркулацију.Допуњавање између слојева и допуна у средини грађења су обавезе које се мере у десетинама до стотинама милилитара, а не у непрекидној петљи. Ако бачва не гладује, пумпа решава проблем који машина нема.

Ваздушно хлађење је и даље исправно за већину десктоп ФДМ.Течно хлађење заузима своје место када машина ради унутар загрејане коморе, или када се врући део гурне довољно снажно да вентилатори само рециркулишу топли ваздух.

Ручно допуњавање је легитимно при ниским радним условима.Машину која штампа неколико сати недељно боље опслужује једноставан резервоар него аутоматизована петља која мирује и таложи пигмент.

Никада не аутоматизујте подмазивање у хотенд.Лубрикант на путу филамента није стандардно одржавање и ризикује да контаминира растоп и дестабилизује екструзију. Ако је машини потребно аутоматизовано подмазивање, уместо тога подмажите линеарне шине и водеће завртње.

Третирајте тврдње о учинку без методе тестирања као маркетинг.Тврдње о температурној стабилности или стопама успеха су употребљиве само ако садрже методу, величину узорка и датум - ако не садрже, држите их ван спецификације.

8. Оутлоок: интелигентни, интегрисани системи флуида

Правац кретања је мање постављен инжењерингом пумпи него стандардним радом који сустиже адитивну производњу као производни процес. ИСО/АСТМ 52900 дефинише речник адитивне производње и 3Д штампања, а ИСО/АСТМ 52920:2023 поставља захтеве за индустријске процесе производње адитива и производна места. НИСТ уско оквира промену: како адитивна производња прелази у производњу, наука о мерењу и стандарди постају критични.

Следе две последице за системе флуида у штампачима.

Интелигентан, а не временски.Једном када се петља инструментира са сензором нивоа, мерењем протока и праћењем струје мотора, контролни систем може да открије сито за зачепљење или цев за компресију пре него што конструкција не успе. Грађевински блокови већ постоје; оно што недостаје већини машина је одлука да се снимају по изради, а не да се третирају као сервисна дијагностика.

Интегрисана, а не са једном пумпом.У специјалном систему штампања ове две породице се често комбинују уместо да се бирају између: перисталтичка пумпа покреће течност из резервоара јер се бави усисом, чврстим материјама и контаминацијом, док зупчаста пумпа мери вискозни материјал у главу под притиском. Систем флуида постаје архитектура, а не компонента.

Обратите пажњу на оно што ова перспектива намерно изоставља: ​​прогнозу величине тржишта. Проценте раста је тешко проверити, ретко дефинишу њихов обим и ништа не говоре инжењеру о томе коју пумпу треба да наведе. Тренд који се може мерити је ужи и кориснији – штампачи се праве да раде без надзора, а штампање без надзора захтева течност да би била инструментирана, мерена и сервисирана.

Кључни за понети

Примене микро пумпи у штампачима произашле су из рада уређаја - роботи за чишћење, машине за кафу, диспензери за воду - и параметри су пренети чисто, док захтеви за радни циклус, течност и тачност нису.

Три функције штампача су данас заиста течно аутоматизоване: пуњење и пуњење, чишћење и руковање растварачем и хлађење при константној температури.

Пет варијабли објашњава већину грешака у систему флуида: померај по обртају, радни притисак, вискозитет на температури, стање усисавања и радни циклус.

Вискозитет бира породицу пумпи. Испод отприлике 1000 мПа·са цевна пумпа је сигурнији избор; изнад њега, зупчаста пумпа боље заптива и мери. Наведите вискозитет при стварној брзини смицања и температури.

Допуна од 1 Л траје 20 минута при 50 мЛ/мин и 10 минута при 100 мЛ/мин. Та разлика, а не главна цифра протока, је економски аргумент за већу пумпу.

Мешање за чишћење долази из радног кола у резервоару од 7-15 Л, а не из пумпе од 20-50 мЛ/мин. Микро пумпе управљају логистиком растварача око резервоара.

Често постављана питања

Шта је систем флуида за 3Д штампач?

То је скуп пумпи, цеви, резервоара, сензора и филтера који померају течност унутар штампача: расхладну течност око петље са врућим делом, смолу у бачву и растварач у и из резервоара за прање. Пумпа поставља оно што остатак система може да уради, јер фиксира максимални проток и притисак који је на располагању за превазилажење отпора петље.

Да ли је систем флуида за 3Д штампање исти као и течно 3Д штампање?

Не, и то двоје се стално збуњује у резултатима претраге. Течно 3Д штампање користи течни материјал као материјал за изградњу или као потпорну купку, а 3Д штампана флуидика значи штампање микрофлуидних уређаја. Систем течности за штампач је унутрашњи водовод машине - значење које је битно када наведете пумпу.

Колики је проток потребан за аутоматско допуњавање смоле?

Зависи од количине по догађају, а не од брзине штампања. Допуна бачве од 0,25 Л траје око 5 минута при 50 мЛ/мин и 2,5 минута при 100 мЛ/мин; допуна од 1 Л средњег састава траје 20 и 10 минута. Пумпа од 20-50 мЛ/мин одговара допунама на стоним рачунарима у десетинама милилитара, док машине великог формата оправдавају класу од 100 мЛ/мин.

Да ли једна пумпа може да поднесе и хлађење и довод смоле?

Не би требало. Хлађење је континуирана, затворена петља са расхладном течношћу која мора да остане чиста, док је довод смоле периодично дозирање течности која очвршћава. Дељење једне пумпе ризикује унакрсну контаминацију и угрожава проток и материјале, тако да држите одвојене пумпе и одвојене путеве течности чак и унутар једне породице.

Да ли ми је потребан систем циркулације смоле за 3Д штампање у десктоп штампачу на смоли?

Обично не. Десктоп бачве садрже довољно смоле за израду, тако да је практична аутоматизација сензор нивоа са аутоматским допуном. Циркулација је важна у системима великог формата или на бази каше где се таложе чврсте материје, и то је прави захтев у керамичким процесима и процесима са пуњеним пигментима, а не у обичном фотополимерском штампању.

Како да бирам између перисталтичке и зупчасте микро пумпе?

Почните са вискозитетом на радној температури. Испод отприлике 1000 мПа·с, ретке течности клизе поред зазора зупчаника, тако да је цевна пумпа сигурнији избор; изнад тога, сама течност затвара зазоре и зупчаста пумпа прецизније и без пулсирања. Затим проверите абразивне чврсте материје: перисталтичка пумпа их толерише при ниском притиску јер је цев јефтин део који се троши, док је каљена зупчаста пумпа избор за рад под високим притиском.