Од мастила ниског вискозитета до керамичких паста високог вискозитета: Дефинисање границе избора између зупчастих пумпи и перисталтичких пумпи за специјалне течности за 3Д штампање

Граница руковања течношћу између зупчасте пумпе и перисталтичке пумпе налази се тамо где течност престаје да тече под усисом и почиње да јој је потребан притисак да би се померила. Испод отприлике 1.000 мПа·с, перисталтичка цевна пумпа је сигурнија подразумевана. Изнад отприлике 10.000 мПа·с, зупчаста пумпа држи притисак и мерила без пулсирања. Између тога, компатибилност течности - абразија, смицање и величина честица - одлучује која пумпа ће преживети рад.

Кључни за понети

Опсег вискозитета специјалних течности за 3Д штампање обухвата више од пет редова величине: керамичке инкјет мастила се бризгају брзином од 10-40 мПа·с, док објављене пасте за роботско ливење мере од 2 × 10⁵ мПа·с при брзинама смицања штампања до 2,6 × мПа·с до 2,6 × мПа·с.

Зупчаста пумпа заптива саму течност. Клизање расте како вискозитет опада, тако да танка мастила губе прецизност дозирања осим ако се зазори не затегну, диференцијални притисак се одржава ниским и тврде честице се филтрирају.

Перисталтичка пумпа затвара цев тако што затвара цев, тако да заптивање једва зависи од вискозности. Притисак је граница: цевне пумпе достижу око 3–7 бара, главе ваљака до 8 бара, а цревне пумпе око 15 бара.

Погодност материјала најјасније се одваја на абразију и смицање. Керамичке честице троше врхове и плоче зупчаника, док је перисталтички хабајући део јефтина цев; мастила осетљива на смицање преферирају пут цеви са малим смицањем.

Овај водич за избор препоручује перисталтичке пумпе за ниске вискозности, осетљиве на смицање или стерилне течности и зупчасте пумпе за мерење високог вискозитета, високог притиска или без импулса.

Који опсег вискозитета заправо покрива сваки тип пумпе?

Зупчасте пумпе покривају најшири опсег вискозитета - Викинг пумпа даје моделе са подесивим зазором од 1 до 440.000 цСт - док перисталтичке цевне пумпе покривају танке до умерено вискозне течности, а ојачане цревне пумпе се протежу у чврсте, чврсте медије напуњене нижим притиском.

Опсег употребе је ужи него што сугерише било који лист са подацима, јер се истовремено примењују два питања: шта течност ради са пумпом (хабање, корозија, замор цеви) и шта пумпа ради са флуидом (смицање, пулсирање, контаминација). За специјалну течност за 3Д штампање, то мапирање изгледа као у табели 1.

Одакле долази граница руковања течностима

Две породице пумпи користе супротне стратегије заптивања. Пумпа са зупчаником формира три динамичка заптивке унутар главе пумпе и ослања се на филм флуида унутар зазора да одвоји излаз високог притиска од улаза ниског притиска. Перисталтичка пумпа никада не дозвољава да течност дође до заптивке: ваљци или ципеле притискају цев равно и течност путује унутар затвореног џепа.

Та једина разлика објашњава целу границу. Вискозитет доминира понашањем зупчасте пумпе и једва утиче на перисталтичко заптивање; потисни притисак се подешава главом пумпе у првом случају и цеви у другом.

Зашто зупчасте пумпе губе тачност дозирања у мастилима ниске вискозности?

Зупчаста пумпа заптива течни филм унутар сопствених зазора. Када је течност ретка, више од ње цури назад од излаза до улаза - клизи - тако да испоручена запремина пада испод теоретског померања, а грешка се мења са диференцијалним притиском и хабањем зупчаника.

Микропумпа описује три динамичка заптивна подручја у зупчастој пумпи: врхови зупчаника на зиду шупљине, тачка спајања два зупчаника и површине на којима се зупчаници спајају са телом и завршном капом. Зазори су неизбежни јер се делови морају померати, тако да се део течности увек рециклира изнутра.

Слип није фиксни број. Погоршава се како се повећава диференцијални притисак, како се вискозитет смањује и како се зупчаници троше. Због тога две идентичне пумпе могу да испоруче различите запремине на два различита мастила, и зашто се крива протока у односу на притисак зупчасте пумпе савија како притисак расте.

Произвођачи одговарају стратегијом чишћења, а не једном спецификацијом. Викинг пумпа нуди подесиве зазоре који покривају 1 до 440.000 цСт, тако да једна породица пумпи може да се направи чврста за ретке течности или лабава за тешке пасте. Мицропумп користи усисну папучицу под притиском која се затвара како расте диференцијални притисак, задржавајући скоро нулту проклизавање кроз животни век зупчаника.

За мастило ниске вискозности следе три правила. Одржавајте диференцијални притисак ниским, јер је клизање вођено притиском. Филтрирајте тврде честице до 5 µм, јер хабање отвара зазоре и трајно повећава клизање. И напајајте пумпу из поплављеног улаза: зупчасте пумпе нису самоусисне и никада не би требало да раде на суво. Тамо где се та правила не могу испунити, перисталтичка пумпа је стабилнији избор за дозирање, јер њену померену запремину подешава цев, а не зазор.

Зашто перисталтичке пумпе престају да раде са високовискозном пастом?

Пошто је цев посуда под притиском. Перисталтичка пумпа ствара притисак стискањем црева или цеви, тако да је притисак пражњења који може да достигне ограничен чврстоћом и веком замора те цеви, а не течношћу.

Две перисталтичке класе имају различите плафоне. Прецизне цевне пумпе су направљене за низак притисак и дозирање: Вердерфлек Дс500 испоручује до 30 Л/х при максималном притиску пражњења од 7 бара, а Мицродос ОЕМ опсег је оцењен на 3 бара. Ојачане цревне пумпе иду даље - Вердерфлек Дура достиже 55.000 Л/х и до 16 бара, са прецизношћу дозирања од ±1% и усисним успоном од 9,5 м. Дизајн главе пумпе поставља остало: главе ваљака подржавају притиске до 8 бара, док главе папуча распоређују оптерећење на већу површину и пожељне су за веће притиске, до око 15 бара, и за вискозније течности.

Пумпање вискозног материјала такође оптерећује фазу усисавања. Перисталтичка пумпа увлачи течност када се компримовано црево враћа назад; паста са напоном течења одолева том опоравку и може да направи кавитацију уместо да напуни цев. Због тога је за рад са високим вискозитетом потребан довод са поплављеним или под притиском уместо усисног подизања, иако се пумпа лако самоусисава у ретким течностима.

Последња граница је сама цев. Перисталтичка црева отказују због замора свог ојачаног слоја, а проток опада како цев стари. АкФлов-ово упутство за избор је да се пумпа повећа и ради спорије, што продужава живот цеви по цену веће главе пумпе. Када је млазници потребан већи притисак него што цев може да издржи, ниједна перисталтичка опција се не примењује: екструзија пасте се помера до екструдера са позитивним померањем који се напаја цилиндром или клипом, где притисак ствара обртни момент, а не снага цеви.

Како компатибилност течности одлучује између две врсте пумпи?

Осетљивост на абразију и смицање вуку у супротним смеровима. Чврсте керамичке честице уништавају зупчасте пумпе са малим зазором, али носе само перисталтичку цев; мастила осетљива на смицање преживљавају перисталтичку пумпу, али се могу оштетити унутар зазора зупчасте пумпе.

Керамички прах је тврд, због чега Мицропумп саветује филтрацију од 5 µм где год су честице тврде: те честице убрзавају хабање унутар зупчасте пумпе. Мастило за роботско ливење је формулисано са више од 40 вол% керамичког праха, са величином честица далеко изнад те оцене филтера, тако да прецизна зупчаста пумпа не може бити заштићена у тој функцији без промене мастила. Тамо где се данас у керамици користе зупчасте пумпе, оне циркулишу фино мастило у облику пигмента до глава штампача дигиталних штампача плочица, а добављачи наводе материјале пумпе отпорне на хабање управо из тог разлога.

Смицање је друга оса. Њихови добављачи описују перисталтичке пумпе као оне са ниским смицањем, јер се течност гура кроз цев уместо да се провлачи кроз уске зазоре – што је услов за полимере, гелове и био-мастила напуњене ћелијама осетљивим на смицање. Пумпа са зупчаницима излаже течност високом смицању на врховима зупчаника и у мрежи, што је прихватљиво за пигментисана мастила и пасте, али ризично за системе осетљиве на смицање.

Контрола контаминације је трећа. У перисталтичкој пумпи течност долази у контакт само са цевчицом, тако да је унакрсна контаминација елиминисана и пут течности за једнократну употребу постаје могућ - разлог зашто перисталтичке пумпе доминирају у руковању стерилном течношћу. Пумпа са зупчаником излаже течност зупчаницима, плочама и заптивкама, тако да валидација чишћења, мртва запремина и компатибилност материјала постају део дизајна.

Температура поставља практичан прозор. Вердерфлек оцењује Вердерпрене цев од +10 степена до +85 степена и платинасто очврснутог силикона од −20 степени до +80 степена уз одобрење УСП класе ВИ и саветује да се не пумпају течности изнад 85 степени. Зупчасте пумпе, са влажним деловима доступним од нерђајућег челика, ПТФЕ, Ритон или ПЕЕК, нису ограничене границом еластичности цеви.

Зупчаста пумпа наспрам перисталтичке пумпе: директно поређење типа пумпе

На дужности, сплит је чист. Перисталтичке пумпе побеђују на путевима са самоусисним, сувим радом, малим смицањем и путевима за једнократну употребу. Зупчасте пумпе побеђују на притиску, протоку без импулса и стабилности дозирања у густим медијима са високим садржајем чврстих материја.

У специјалном систему за 3Д штампање два типа пумпи се често комбинују, а не бирају између њих. Перисталтичка пумпа дозира или рециркулише течност из резервоара, јер се лако носи са усисом, чврстим материјама и контаминацијом, док зупчаста пумпа обезбеђује притисак и проток без импулса који су потребни млазници или глави штампача. Гранично питање тада постаје која пумпа поседује функцију мерења.

Тамо где је течност ретка и толеранција мерења је умерена, перисталтичка пумпа би требало да је поседује. Тамо где је течност густа, абразивна или се мора испоручити под притиском у мали отвор, зупчаста пумпа би требало да је поседује - а свака перисталтичка пумпа у колу треба да се третира као пумпа за напајање.

Које особине течности осим вискозности померају границу?

Напон течења, оптерећење чврстим материјама, величина и облик честица, температура, тиксотропија и радни циклус померају корисну границу - понекад за ред величине у оба смера.

Како да подесим путању течности за сваки тип пумпе?

Окарактеришите течност на температури штампања и брзини смицања коју ће пумпа видети, фиксирајте радну тачку, а затим изаберите пумпу која задовољава обоје. Десет корака покрива већину специјалних течности за 3Д штампање.

Измерите привидни вискозитет при више од једне брзине смицања, на температури коју ће течност достићи у пумпи. Користите метод ротације за нењутновске материјале (ИСО 3219-2, АСТМ Д2196) и метод високог смицања конуса и плоче где течност пролази кроз мали отвор (АСТМ Д4287). Чаша за проток (ИСО 2431) је адекватна само за брзе провере мастила скоро Њутновског у радњи.

Конвертујте јединице пре него што упоредите каталоге. Кинематички и динамички вискозитет су повезани специфичном тежином: цСт × специфична тежина=цП, и цП ÷ специфична тежина=цСт.

Поправите радну тачку: потребан проток, потребан притисак на млазници или глави штампача и услове око резервоара.

Примените гранична правила по редоследу: прво трака вискозитета, затим абразија, смицање и стерилност. Табела 1 је полазна тачка.

За перисталтичку пумпу, величине изнад радне тачке и ради спорије; живот цеви се повећава како брзина ротора пада.

Тамо где перисталтичка пумпа напаја млазницу, поставите пригушивач пулсирања; равномеран, константан проток штити низводне компоненте.

За пумпу са зупчаником, дизајнирајте поплављени улаз и никада га не пуштајте на сухо. Додајте пут растерећења, јер се клизање и притисак у систему мењају са било којим ограничењем низводно.

Одредите филтрацију према тврдоћи честица - 5 µм за тврде честице, грубље само тамо где су честице меке – и потврдите да су чврсте материје мастила испод границе.

Изаберите једињење цеви или црева за хемију, температуру и регулаторне захтеве и запамтите практичан плафон од 85 степени.

Калибришите на глави штампача, а не на излазу пумпе, и поново проверите како епрувета стари, јер перисталтички проток опада са замором цеви.

Коју пумпу треба да изаберете за своју течност за 3Д штампање?

Изаберите перисталтику за танке, течности осетљиве на смицање или стерилне течности при умереном притиску и опрему за густе, абразивне или под високим притиском. Пет правила решавају већину случајева.

Испод 1000 мПа·с без абразивних чврстих материја и умереног притиска: перисталтичка цевна пумпа. Мери запремину цеви, добро подноси ретке течности и задржава течност унутар цеви.

Испод 1000 мПа·с, али течност се мора убризгати у главу штампача под притиском: зупчаста пумпа са чврстим зазором са филтрацијом од 5 µм, ниским диференцијалним притиском и гравиметријском калибрацијом.

Између 1.000 и 10.000 мПа·с са меким или раствореним чврстим материјама: зупчаста пумпа, јер вискозитет сада затвара зазоре и проток без импулса побољшава таложење.

Изнад 10.000 мПа·с са тврдим керамичким честицама: зупчаста пумпа само ако дизајн толерише хабање и преплављено напајање; иначе екструдер позитивног померања са рам напајањем, пошто су цевне пумпе изван свог опсега притиска.

Стерилна, за једнократну употребу или критична за унакрсну контаминацију: перисталтичка пумпа са цевчицом УСП класе ВИ, при било ком вискозитету унутар оцене притиска цеви.

Ако специфицирате путању течности за екструзију пасте или млазирање материјала, наши инжењери могу да прегледају избор пумпе, распоред увлачења и интерфејс главе штампача у односу на ваше податке о течности. Поделите реолошку криву и радну тачку кроз нашуУслуга 3Д штампањастраница илизатражите понуду, а ми ћемо потврдити који тип пумпе треба да поседује функцију мерења.

Често постављана питања

Може ли перисталтичка пумпа да поднесе керамичку пасту?

У границама. Пумпе за црева покрећу чврсте, чврсте материје, али само под притиском који црево може да издржи - Вердерфлек Дура модели средњег опсега достижу 12 бара и пропуштају честице до 2,5 мм. Прецизна цевна пумпа је другачији случај: пасти за роботско ливење са високим садржајем чврстих материја захтева већи притисак него што цев може да испоручи, тако да екструзија пасте обично користи рам или клип.

Да ли зупчаста пумпа може да поднесе мастило ниске вискозности?

Да, али тачност зависи од дизајна. Клизање се повећава како вискозитет опада, тако да одредите мале зазоре, одржавајте диференцијални притисак ниским и филтрирајте тврде честице до 5 µм. Очекујте да ћете калибрисати главу штампача уместо да верујете теоретској цифри померања.

Који је вискозитет превисок за перисталтичку пумпу?

Не постоји јединствен број, јер је права граница притисак, а не вискозност. Цеваста пумпа оцењена на 3–7 бара престаје да буде практична када течности треба више притиска да би се померила него што цев може да издржи. Чврста керамичка паста класе 10⁵ мПа·с је изван цевних пумпи, а цревне пумпе се са њом носе само при смањеном протоку.

Која је пумпа боља за абразивне керамичке суспензије?

Перисталтичко црево или цевна пумпа, јер је једини хабајући део црево или цев и они се редовно мењају - не мора да се држи зазор. Зупчасте пумпе могу да покрећу абразивне течности, али хабање отвара зазоре и трајно повећава клизање, због чега се препоручује филтрација од 5 µм за тврде честице.

Како да измерим вискозитет за избор пумпе?

Користите ротациони реометар или вискозиметар за нењутновске течности (ИСО 3219-2, АСТМ Д2196), метод високог смицања конуса и плоче где течност пролази кроз мали отвор (АСТМ Д4287) и чашу за проток (ИСО 2431) само за нова брза поређења у скоро кс. Увек наведите температуру и брзину смицања уз вредност.

Да ли зупчасте пумпе оштећују течности осетљиве на смицање?

Они могу. Течност која пролази кроз зазоре и мрежу зупчаника види велики смицање, због чега се перисталтичке пумпе препоручују за производе осетљиве на смицање као што су гелови, полимери и ћелијске културе. За пигментирана мастила и керамичке пасте то смицање није проблем.

Закључак

Граница између зупчастих пумпи и перисталтичких пумпи је граница притиска изражена у терминима вискозности: перисталтичке пумпе заптиве механички, али не могу да развију висок притисак, док зупчасте пумпе развијају притисак, али заптују само онолико колико течност дозвољава. Ускладите вискозитет, абразију и смицање са тим ограничењима, а затим проверите калибрацијом на глави штампача.