Пумпа за водено хлађење 3Д штампача: СЦ2201РПВ и перисталтичке пумпе

Течно хлађење решава проблеме са топлотом до којих вентилатор не може да допре у 3Д штампач, а пумпа одлучује да ли ће та петља остати тиха и поуздана. Зупчаста пумпа СЦ2201РПВ циркулише расхладну течност при 20-50 мЛ/мин испод 60 дБ за једну петљу мале снаге, док перисталтичка СЦ2301ЦПВ од 24 В испоручује 100 мЛ/мин и више када је топлотно оптерећење веће. Одмерите проток од топлоте, а затим изаберите расхладну течност и цев.

Зашто је 3Д штампачу потребан систем воденог хлађења

Систем за хлађење воде за 3Д штампање заузима своје место када је извор топлоте затворен, концентрисан или непрекидан, јер ваздух може само да преноси топлоту у ваздух око себе, док течност преноси ту топлоту до радијатора који можете да поставите било где на машини.

Пузање топлоте је најјаснији случај. Унутар запечаћене коморе на 45-55 Ц вентилатор хладног краја на топлом делу рециркулише топли ваздух уместо хладног ваздуха, филамент омекшава изнад зоне топљења, а млазница се зачепљује усред отиска.

Топлота коморе је други случај и то није само проблем квалитета штампе. Објављено упутство за филаментне штампаче описује коморе које се држе на око 60-70 Ц и наводи да штампач постављен у комору треба да има електронику са активним хлађењем како би се смањио ризик од пожара.

Концентрисани извори су трећи. Модул диодног ласера ​​претвара само део своје улазне снаге у оптички излаз, тако да остатак одлази као топлота која се мора одвести даље од малог пакета, а корачни мотори са својим драјверима додају по неколико вати у оквир и ваздух у комори.

Извештаји произвођача са терена наводе промену у терминима штампача: прелазак хотенда на течно хлађење стабилизовао је његову температуру са колебања од око 5 Ц на око 1 Ц или мање и подигао стопу успешности штампања са отприлике 70 процената на више од 90 процената.

Зашто ваздушно хлађење остаје без простора за главу

Вода носи око четири пута већу специфичну топлоту ваздуха по јединици масе – око 4,2 Ј/(гК) наспрам отприлике 1,0 Ј/(гК) – тако да је за исто топлотно оптерећење потребан далеко мањи проток масе течности него ваздуха. Тај однос, а не вентилатор, је оно што течну петљу чини привлачном када је топлота заробљена унутар кућишта.

Друга предност је рутирање. Вентилатор може само да одбаци топлоту у ваздух у коме се налази, а то је исти ваздух у коме се штампа. Петља са спољним радијатором може да одбаци ту топлоту изван коморе, тако да хлађење и температура коморе престају да се боре једна против друге.

Којим изворима топлоте течно хлађење заправо одговара

Табела 1. Извори топлоте у 3Д штампачу, где сваки иде и да ли је петља расхладне течности прави одговор.

Извори: водич за систем флуида произвођача (45-55 Ц комора, подаци о пољу хлађења хотенда) и цитирана референца за производњу филамента (комора 60-70 Ц, активно хлађена електроника); редови ласера, мотора и електронике су инжењерска пракса за ову класу машина.

Прочитајте следеће:Како одабрати флуидни систем за 3Д штампаче.

Колики је проток расхладне течности потребан петљи?

Проток прати топлотно оптерећење, а не каталог пумпе: потребан проток је једнак топлотном оптерећењу подељеном са густином, специфичном топлотом и порастом температуре који сте спремни да прихватите. При порасту од 5 К, 50 мЛ/мин воде носи око 17 В; при порасту од 10 К исти проток носи око 35 В.

Једначина протока у јединицама штампача

За воду близу собне температуре, једначина се слаже у једну константу: потребан проток у мл/мин је око14,4 пута топлотно оптерећење у ватима подељено са дозвољеним порастом у келвинима. Константа је реципрочна вредност густине пута специфичне топлоте, тако да припада расхладној течности, а не пумпи.

Гликол мења ту константу. Мешавина гликола и воде 1:1 по маси има специфичну топлоту од око 3140 Ј/(кг.К), отприлике три четвртине воде, тако да јој је потребно око 25 процената већи проток за исто повећање температуре. То је цена заштите од смрзавања, а исплати се платити само када машина мора да преживи испод нуле.

Табела 2. Проток расхладне течности потребан за ношење датог топлотног оптерећења при три пораста температуре, за воду на 25 Ц.

Извор: прорачун аутора из К=П / (рхо кцк дТ) са рхо=997 кг/м3 и ц=4180 Ј/(кг.К), дајући К у мЛ/мин=14.4 к П / дТ. Користите 17,9 к П / дТ за мешавину воде и гликола 1:1. Вредности су заокружене.

Зашто већи проток није аутоматски боље хлађење

При 50 мЛ/мин кроз отвор од 2,5 мм расхладна течност путује брзином од око 0,17 м/с, а Рејнолдсов број је отприлике 420 на 20 Ц и 650 на 40 Ц - добро унутар ламинарне траке, која се завршава близу 2.300. У том режиму коефицијент филма на хладној плочи је постављен геометријом канала и проводљивошћу течности, а не снагом притиска пумпе, тако да удвостручење протока купује мањи пораст температуре у флуиду, али не преполови топлотни отпор блока.

Пад притиска се понаша на исти начин. У Хаген-Поисеуиллеовом односу за кружну цев, отпор протока је обрнуто пропорционалан четвртом степену полупречника, тако да је проврт много важнији од дужине. Проврт од 2,5 мм који ради 600 мм при 50 мЛ/мин кошта само око 0,3 кПа трења праве цеви; преполовљење отвора множи то са шеснаест.

У правој петљи окови ионако доминирају. Микро-канали са хладним плочама, брзи растављачи, колена и филтери дају далеко већи отпор него зид цеви, због чега је објављено 40-150 кПа СЦ2301ЦПВ важно када петља носи неколико фитинга и хладну плочу финог нагиба, док је СЦ2201РПВ више удобан од кратког кола од 30 кПа.

Резервоар је термална маса, а не топлотни пут

Резервоар апсорбује транзијенте, а не стабилно оптерећење. Један литар воде узима око 4,2 кЈ за сваки келвин који се загреје, тако да импулс од 100 В у трајању од једног минута - 6 кЈ - подиже резервоар од једног литра за око 1,4 К, док резервоар од 100 мЛ би се подигао за око 14 К. Измерите резервоар и повећајте резервоар и не користите то место за пуњење и никада не користите тампон.

Прочитајте следеће:Технички компромис иза брзине протока, притиска и буке.

СЦ2201РПВ: тиха пумпа за водено хлађење 3Д штампача

СЦ2201РПВ је ДЦ зупчаста пумпа са 20-50 мЛ/мин, више од 30 кПа и испод 60 дБ на 30 цм на 3, 6 или 12 В, што га чини тихом пумпом за воду за једну петљу расхладне течности мале снаге, а не за круг радијатора високог протока.

Шта каже објављена спецификација

Табела 3. Параметри СЦ2201РПВ и шта сваки од њих мења у петљи расхладне течности 3Д штампача.

Извор: страница са спецификацијама произвођача за СЦ2201РПВ; топлотно ношен стуб је ауторски прорачун из табеле 2.

Зашто је 20-50 мЛ/мин права величина за једну петљу

Једна петља на хладном крају је оптерећење мале снаге. При 50 мЛ/мин и порасту од 10 К, СЦ2201РПВ већ преноси око 35 В топлоте, што је више од једног топлотног прекида који се одбија у нормалном раду - инжењерска процена за ову класу машина, а не објављена цифра - а краткој петљи са референтним отвором произвођача потребно је знатно испод 30 кПа да би могао да ради.

Низак проток је овде карактеристика, а не компромис. Покретање ове тихе пумпе за воду на 20-50 мЛ/мин одржава ниску буку, топлоту мотора и сваку површину хабања, јер се сви они подижу брзином, док се топлота коју једна петља мале снаге мора померити не помера. Спорија петља је исправан инжењеринг за ову дужност, и зато оцена испод 60 дБ и опсег протока од 20-50 мЛ/мин припадају истој пумпи.

Контрола је једноставна јер проток прати брзину мотора. Резервни ПВМ излаз даје поновљив проток, а објављено упутство је да се преклопни опсег помери на 20-25 кХз и задржи минималну команду изнад мртве зоне, где би пумпа иначе брујала и загревала свој намотај без покретања течности.

Слика 1. Топлота коју преноси водена петља при три пораста температуре, са означеним објављеним опсегом протока две пумпе.

Извор: прорачун аутора из К=П / (рхо кцк дТ) за воду на 25 Ц, у односу на објављене опсеге протока од стране произвођача за СЦ2201РПВ (20-50 мЛ/мин) и СЦ2301ЦПВ (100 мЛ/мин и више). Рачуница, а не мерење.

Прочитајте следеће:СЦ2201РПВ микро зупчаста пумпа за пуњење смоле.

Хлађење перисталтичке пумпе: изолација флуида и велики проток

СЦ2301ЦПВ је перисталтичка пумпа од 24 В са 100 мЛ/мин и више, 40-150 кПа, 60 дБ или мање на 50 цм и 200 мА или мање. Пумпа треба да одреди када петља мора да носи више топлоте, да толерише мехуриће ваздуха или да држи електронику у потпуности ван пута течности.

Шта каже објављена спецификација

Табела 4. Параметри СЦ2301ЦПВ и шта сваки од њих мења у петљи расхладне течности 3Д штампача.

Извор: резиме спецификација произвођача за СЦ2301ЦПВ; топлотно ношен стуб је ауторски прорачун из табеле 2.

Једно упозорење на цифре буке. Две пумпе нису објављене на истој удаљености: испод 60 дБ на 30 цм за СЦ2201РПВ, наспрам 60 дБ или мање на 50 цм за СЦ2301ЦПВ. Звучни притисак пада за око 6 дБ сваки пут када се растојање удвостручи, тако да је 60 дБ на 50 цм отприлике 64 дБ на 30 цм у слободном пољу. На основу сличног, две бројке су блиске, тако да је тиши број мерна удаљеност, а не разлика у дизајну.

Слика 2. Опсег протока расхладне течности за две пумпе у односу на проток који је потребан уобичајеним петљама штампача.

Извори: произвођач је објавио опсеге протока за СЦ2201РПВ (20-50 мЛ/мин) и СЦ2301ЦПВ (100 мЛ/мин и више); траке петље су изведене из табеле 2 при порасту температуре од 10 К. Рачуница, а не мерење.

СЦ2201РПВ или СЦ2301ЦПВ: која пумпа за коју петљу

Табела 5. СЦ2201РПВ и СЦ2301ЦПВ један поред другог, са топлотом који сваки може да пренесе у воденој петљи.

Извори: странице са спецификацијама произвођача за оба модела; ред са топлотним преносом је ауторов прорачун из К=14.4 к П / дТ.

„Хлађење зупчасте пумпе високог протока“: шта заправо значи термин за претрагу

Купци који траже хлађење високог протока зупчасте пумпе обично описују посао, а не хардвер. У овој породици зупчаста пумпа је уређај за дозирање: СЦ2201РПВ се креће 20-50 мЛ/мин, што је пумпа ниског протока по било ком стандарду хлађења. Дужност хлађења високог протока се обавља помоћу перисталтичког СЦ2301ЦПВ при 100 мЛ/мин и више, или помоћу центрифугалне пумпе када су петљи потребни литри у минути при ниском притиску.

Разлика је битна јер се проток и притисак међусобно размењују, а не додају. Обе пумпе су позитивног померања, тако да задржавају проток како отпор система расте, али њихов апсолутни проток је одређен померањем и брзином, а не снагом мотора. Ако петља мора да се креће више од око 70 В при порасту од 10 К, почетна тачка је перисталтичка пумпа од 100 мЛ/мин; испод око 35 В, тиха зупчаста пумпа покрива рад.

Прочитајте следеће:Перисталтичка пумпа против зупчасте пумпе за 3Д штампаче.

Избор расхладне течности за систем воденог хлађења 3Д штампача

Дестилована вода са инхибитором корозије и биоцидом је подразумевана расхладна течност за петљу штампача. Гликол се додаје само када машина мора да преживи испод нуле, јер отпушта отприлике четвртину топлотног капацитета петље и не купује ништа на собној температури.

Вода, гликол или претходно мешана расхладна течност

Табела 6. Опције расхладне течности за петљу штампача, са својством које мења прорачун протока.

Извори: специфична топлота и топлотна проводљивост воде из цитиране воде; 1:1 по маси гликола на око 3140 Ј/(кг.К), и чистог гликола на око половине специфичне топлоте воде, из цитиране референце гликола; цифра -37 Ц за мешавину пропилен гликола од 50% запремине са системом под притиском из цитиране референце антифриза.

Мешани метали: замка корозије у свакој петљи штампача

Петља за штампач обично меша метале, а да се нико не одлучи на то: алуминијумски хладни блок, бакарни или месингани радијатор, месингани спојеви и стезаљке од нерђајућег челика. Тамо где два различита метала деле проводљиву течност, пар формира галванску ћелију и мање племенити метал кородира. Ово је исти проблем због којег расхладна течност аутомобила носи инхибиторе корозије, јер систем за хлађење возила садржи алуминијум, ливено гвожђе, бакар, месинг и лем у исто време.

Следе два правила. Држите петљу до једне породице метала тамо где можете и увек пуштајте инхибирано расхладно средство уместо чисте воде. Инхибитори који се користе у системима воде укључују натријум нитрит и натријум молибдат. Додајте и биоцид: светлост и топлота расту алге у нетретираној петљи, а биофилм затим блокира хладну плочу и уноси честице у пумпу.

Кондензација: замка хладне плоче у загрејаној комори

Што је расхладна течност хладнија, то више топлоте може да апсорбује, тако да је хлађење резервоара примамљиво. У загрејаној комори је грешка. Ваздух у комори у овој класи штампача је близу 60-70 Ц, а на хладној плочи која се држи знатно испод тачке росе коморе, вода кондензује из ваздуха директно на блок, спојеве и све испод њих.

Држите расхладну течност изнад тачке росе у комори, изолујте хладни блок и његове водове или поделите петљу на затворени примарни круг и секундарни круг расхладног уређаја. Никада не постављајте петљу изнад извора напајања или контролера.

Прочитајте следеће:Решавање зачепљења, мехурића и цурења из параметара микро пумпе.

Избор цеви за хлађење: цеви, проврт и фитинзи

Изаберите цеви овим редоследом: материјал који преживљава механизам пумпе, хемију која преживљава расхладну течност, затим отвор и дужину коју је тражио ваш прорачун протока. Све остало су детаљи.

Материјал: шта ће ваљци и расхладна течност толерисати

Табела 7. Материјали цеви за петљу расхладне течности штампача, оцењени на основу критеријума који заправо одлучују о избору.

Извори: опсег тврдоће силикона и његова ниска затезна чврстоћа и слаба отпорност на хабање из цитиране референце силикона; ЕПДМ тврдоћа, опсег рада и битумен упозорење из цитиране ЕПДМ референце; ПТФЕ коефицијент трења и термичка стабилност из цитиране ПТФЕ референце; услови испитивања 45 Схоре А и отвора 2,5 мм из резимеа спецификације произвођача. Редови без цитиране фигуре су инжењерска пракса за ову класу машина.

Проврт, дужина и радијус савијања

Проврт долази из вашег прорачуна протока, а не из бодљика коју случајно поседујете. Произвођач тестира ову фамилију пумпи са отвором од 2,5 мм, што је разумна референтна тачка: одржава петљу у ламинарном појасу на 20-50 мЛ/мин и одржава пад притиска довољно низак за пумпу која је оцењена на више од 30 кПа.

Усисни ток нека буде кратак, раван и онолико широк колико дозвољава улаз пумпе, јер трење и заробљени ваздух највише боли пре пумпе. Нека укупна запремина петље буде мала, јер она одређује колико дуго траје одзрачивање и колико расхладне течности кошта сервис. И поштујте радијус савијања: савијена цев је затворени вентил без упозорења, па га водите са издашним кривинама и подржавајте дуге стазе тако да се цев не може срушити под усисом.

Фитинги, стезаљке и брзо растављачи

Сваки прикључак додаје пад притиска и путању цурења, па их пребројите пре него што изаберете пумпу. Бодљикави фитинзи са стезаљкама одело од меке силиконске цеви; фитинги са притиском на спој одговарају крутим цевима и бржи су за сервисирање, по цену заптивке коју на крају треба заменити.

Поставите груби улазни филтер испред пумпе. Разлог је пумпа са зупчаником: честице троше зупчасту мрежу, а истрошена мрежа отвара зазоре који одређују проток пумпе. На перисталтичкој пумпи филтер уместо тога штити цев од абразије.

Прочитајте следеће:Перисталтичка пумпа 3Д штампача: тихи водич за довод микро течности.

Монтажа и пуштање у рад

Инсталирајте пумпу испод резервоара, одржавајте кратко усисавање, поставите резервоар на највишу тачку са одзрачивањем на хладном блоку и држите сваки електрични део изнад течности. Та четири правила спречавају већину грешака у одељку 8.

Слика 3. Петља расхладне течности штампача по редоследу којим течност путује, са четири најважнија правила за инсталацију.

Извор: ауторов дијаграм. Редослед компоненти прати стандардну праксу хлађења течном затвореном петљом; правило усисавања одражава објављену напомену да СЦ2201РПВ није самоусисни.

Баселине.Забележите температуру околине, температуру расхладне течности у резервоару, температуру хладне плоче у стационарном стању, брзину протока из временске дозе у мерни цилиндар и струју пумпе.

Моунт и поплава.Ставите резервоар на или изнад улаза пумпе тако да се зупчаста пумпа пуни гравитацијом, изолујте пумпу од оквира и поставите улазни филтер. Перисталтичка пумпа се самоусисава, али свеједно одржавајте њен улаз поплављеним за стабилан проток.

Рут и крварење.Напуните петљу, а затим покрените пумпу у ниском режиму рада са отвореним највишим прикључком док повратни ток не остане без мехурића. Нагните машину да бисте померили заробљени ваздух према месту одзрачивања.

Заштитите електрику.Причврстите драјвер ИП степеном који одговара локацији, користећи ИЕЦ 60529 класификацију кућишта, држите кабловске улазе испод петље и поставите посуду за капање испод спојева. Никада не постављајте цеви изнад извора напајања.

Подесите диск.Померите ПВМ опсег на 20-25 кХз, поставите минималну команду изнад мртве зоне и потврдите МОСФЕТ оцену, гранање осигурача и повратне диоде ако пумпа дели прикључак за вентилатор.

Потврдите и пријавите.Поновите основну линију након 24 сата од штампања, а затим у интервалу одржавања. Промена која не преживи дан врућине није устаљена конфигурација.

Табела 8. Запис о пуштању у рад и одржавању за петљу расхладне течности штампача.

Извори: 40-часовне дозе и тренутне провере са њиховим критеријумима од 5 процената и 20 процената, и ставке за недељну инспекцију епрувета, прате објављене смернице за одржавање система флуида; ред хладних плоча је инжењерска пракса за ову класу машина.

Прочитајте следеће:3,0 В или 24 В? Може ли матична плоча вашег 3Д штампача заиста покретати ову пумпу?.

Решавање проблема са петљом расхладне течности

Већина кварова у петљи расхладне течности појављује се као температура која се неће смирити, а узрок је обично проток, ваздух или хемија, а не сама пумпа. Упоредите са записом о пуштању у рад пре него што промените било који хардвер.

Табела 9. Матрица за решавање проблема за петљу расхладне течности штампача.

Извори: доза и тренутни критеријуми прате објављене смернице за одржавање; ваздушна брава, редови радијатора и кондензације су инжењерска пракса за ову класу машина.