Guida alla durata della pompa dell'acqua della stampante 3D e alla riduzione del rumore

Il valore della durata della pompa dell'acqua di una stampante 3D non significa nulla senza il suo modello di funzionamento: 300.000 cicli equivalgono a circa 667 ore con il modello di 5 secondi acceso e 3 secondi spento utilizzato nel test pubblicato, ma 2.500 ore con 10 secondi accesa e 20 secondi spenta. Il rumore dipende tanto dal montaggio e dalle impostazioni dell'azionamento quanto dalla pompa.

1. Cosa misura effettivamente la valutazione della durata della pompa

Una cifra pubblicata sulla durata della vita è significativa solo con tre cose allegate: il modello di servizio con cui è stato testato, il fluido con cui è stato testato e la definizione di fine vita.

I test pubblicati in questa famiglia utilizzano modelli diversi. Cinque secondi accesi e tre secondi spenti corrispondono al 62,5% di lavoro e 450 cicli all'ora; dieci secondi accesi e venti secondi spenti corrispondono al 33,3% di lavoro e 120 cicli all'ora. La stessa valutazione di 300.000 cicli descrive quindi circa 667 ore di funzionamento con il primo modello e circa 2.500 ore di servizio di calendario con il secondo - quasi un fattore quattro, solo in base alle condizioni di test.

Tabella 1. Dati sulla durata pubblicati per la stessa famiglia di pompe e modello di funzionamento di ciascuna di esse.

Fonti: pagina del prodotto del produttore, articolo applicativo e riepilogo delle specifiche; dati pubblicati.

Figura 1. Anni di servizio impliciti in ciascuna valutazione del ciclo pubblicata, rispetto agli eventi di ricarica giornalieri.

Fonte: aritmetica dell'autore - valutazione divisa per eventi giornalieri moltiplicati per 365. Non viene applicato alcun declassamento: non ne viene pubblicato nessuno.

È realistica una durata di 480.000 cicli per una pompa peristaltica?

La cifra è pubblicata, ma non si riconcilia con la pagina del prodotto del produttore, che afferma più di 300.000 cicli con lo stesso schema di 5 secondi acceso e 3 secondi spento e riporta un test separato effettuato su 600.000 cicli di consegna. Tre numeri per un modello significano che almeno due misurano cose diverse, oppure uno è sbagliato. Tratta la valutazione come una descrizione del test: chiedi cosa ha terminato il test e pianifica la sostituzione del tubo in base alle ore, non al titolo del ciclo.

Leggi dopo:Pagina del prodotto SC2201RPW.

2. Le parti che determinano la durata di una pompa

La vita è determinata da una parte soggetta ad usura per famiglia: il tubo su una pompa peristaltica e gli ingranaggi, i cuscinetti e le spazzole del motore su una pompa a ingranaggi.

Su una pompa peristaltica il fluido non lascia mai il tubo e il tubo si rompe subendo un compression set permanente, comportamento coperto dal test standard del compression set. Il flusso diminuisce prima che la pompa si fermi e un nuovo tubo rinnova il percorso del fluido. Le linee guida pubblicate per la ricarica della stampante vanno da diversi mesi a un anno di durata del tubo.

In una pompa a ingranaggi il fluido funge anche da lubrificante. La specifica pubblicata vieta il funzionamento a secco oltre i 20 secondi, poiché gli ingranaggi si usurano contro l'alloggiamento senza fluido e creano giochi aperti in modo permanente, riducendo il flusso e la pressione per il resto della vita della pompa. Le pompe a ingranaggi in questo caso non sono autoadescanti e un'uscita bloccata non arresta la pompa: aumenta le perdite interne, il calore e l'usura.

Tabella 2. Parti soggette ad usura, meccanismo di guasto e sintomo che appare per primo.

Fonti: pagina del prodotto del produttore, articolo sulla ricarica della resina e riepilogo delle specifiche; comportamento al compression set secondo ASTM D395.

Leggi dopo:Pompa peristaltica vs pompa a ingranaggi.

3. Rumore: cosa ti dice e cosa non dice una cifra in dB

Una cifra di rumore è comparabile solo quando sono presenti quattro condizioni: distanza, montaggio, ponderazione in frequenza e livello di fondo. Nessuna delle figure pubblicate qui li riporta tutti e quattro.

La pagina della pompa da 3 V è più trasparente: sotto i 60 dB a 30 cm, misurati a 5 V DC con la pompa su una spugna da 5 cm per assorbire il rumore delle vibrazioni. Si tratta di una misurazione al banco con isolamento dalle vibrazioni, non di quella che si ottiene con la pompa imbullonata a un telaio rigido. La pompa da 24 V è pubblicata a 60 dB misurata a 50 cm di distanza, senza indicazioni sulle condizioni di montaggio.

Per una piccola sorgente in campo libero, la pressione sonora diminuisce di circa 6 dB ogni volta che la distanza raddoppia, quindi 60 dB a 30 cm corrispondono a circa 54 dB a 60 cm e 48 dB a 120 cm (Figura 2). Un valore indicato a 50 cm è quindi un punto di misurazione più lasso di uno a 30 cm, e nessuno dei due è paragonabile a una lettura di terzi a meno che la ponderazione non corrisponda: i livelli ponderati A sono la convenzione, gli strumenti che li producono sono specificati nella norma IEC 61672-1 e un valore di potenza sonora determinato formalmente segue invece la ISO 3744.

Per contestualizzare, i limiti professionali negli Stati Uniti sono 85 dBA come livello di azione su 8 ore e 90 dBA come limite di esposizione consentito, quindi una pompa misurata al di sotto di 60 dB rientra ampiamente in entrambi i limiti; la domanda utile non è la sicurezza ma se è abbastanza silenzioso per sedersi accanto.

Figura 2. Le due affermazioni pubblicate sono state tracciate rispetto alla distanza, utilizzando la regola dei 6 dB per raddoppio per una piccola sorgente in campo libero.

Fonte: calcolo dell'autore in base alle affermazioni pubblicate (sotto 60 dB a 30 cm; 60 dB a 50 cm). Una custodia reale riflette il suono, quindi leggi le curve come una tendenza, non come una previsione.

Leggi dopo:Soluzione antirumore per micropompe DC.

4. Azionamento della pompa peristaltica: impostazioni PWM che modificano rumore e durata

Un azionamento PWM imposta la velocità attraverso il suo ciclo di lavoro e imposta il suono dell'azionamento attraverso la sua frequenza. Le indicazioni del produttore sono di iniziare a 20 kHz e utilizzare da 20 a 25 kHz per il servizio silenzioso; il suo picco di efficienza compreso tra il 60 e l'80% è pubblicato per le pompe a membrana, quindi misuralo nuovamente su una pompa peristaltica o a ingranaggi.

PWM accende e spegne la tensione di alimentazione a una frequenza fissa e varia il tempo di attivazione; il motore calcola la media degli impulsi, quindi la tensione effettiva e la potenza aumentano con il lavoro. Al 50% del servizio la tensione effettiva è circa la metà dell'alimentazione, il servizio e la velocità sono approssimativamente proporzionali e il flusso segue la velocità perché una pompa peristaltica è volumetrica. Al di sotto di una soglia di servizio la pompa non si avvia: una zona morta facilmente confondibile con un guasto.

La frequenza decide cosa senti. Troppo basso e l'unità geme, pulsa e fornisce una coppia irregolare; troppo elevato e le perdite di commutazione riscaldano il driver e il nucleo del motore oltre circa 30-40 kHz. La perdita di rame è pari all'attuale resistenza al quadrato e la resistenza aumenta di circa lo 0,4% per grado C, quindi una pompa più lenta non è automaticamente più fredda.

Il lato elettrico è importante tanto quanto il lato di controllo in una soluzione di controllo dei fluidi per la stampa 3D. L'MCU di una stampante genera circa 25-40 mA per pin, mentre le piccole pompe assorbono da 100 a 500 mA, quindi uno stadio MOSFET non è opzionale. Poiché il motore di una pompa è un induttore, lo stadio necessita anche di un diodo flyback, di un fusibile derivato e di un progetto dimensionato per lo spunto. Il PWM controlla la potenza media, non la corrente di picco, e non limita un motore in stallo.

Il controllo della velocità PWM funziona allo stesso modo sulle pompe peristaltiche e a ingranaggi?

Il principio è identico: entrambe le famiglie sono volumetriche, quindi il flusso è proporzionale alla velocità dell'albero e il ciclo di lavoro fornisce un setpoint di flusso. Il carico è diverso. La corrente di una pompa a ingranaggi aumenta notevolmente con la pressione e la viscosità e le sue perdite interne aumentano man mano che il fluido si assottiglia; il carico di una pompa peristaltica è impostato dalla pressione contro la quale il tubo si occlude, che aumenta quando il tubo subisce una deformazione di compressione. Nessuno dei due dovrebbe funzionare a pieno regime per impostazione predefinita: il picco di efficienza è inferiore alla velocità massima.

Tabella 3. Sintomi, cause e impostazioni dell'unità PWM che li risolvono.

Fonti: guida all'applicazione PWM del produttore e guida alla corrispondenza della tensione e della corrente della scheda madre della stampante.

Leggi dopo:In che modo il PWM influisce sulle micropompe.

5. Riduzione del rumore della pompa a ingranaggi

Il rumore degli ingranaggi è tonale e aumenta con la velocità e la pressione, quindi la riduzione del rumore della pompa a ingranaggi inizia con il rallentamento della pompa e la rimozione delle condizioni idrauliche che la amplificano, non con la schiuma. Le pompe a ingranaggi spostano il fluido ingranando gli ingranaggi all'interno di una cavità stretta e la letteratura rileva che le unità spinte a pressioni e velocità più elevate tendono a essere rumorose e necessitano di precauzioni speciali.

Il montaggio è la seconda leva: la figura di rumore pubblicata per la pompa da 3 V è stata rilevata con la pompa su una spugna da 5 cm per assorbire il rumore delle vibrazioni. Se una spugna cambia il numero, la parentesi decide cosa sente l'operatore. Il rigido montaggio metallo su metallo trasforma la pompa in un altoparlante azionato dal telaio; cuscinetti in elastomero, una staffa flottante e un anello flessibile di tubo interrompono quel percorso.

L'elenco dei difetti del produttore è breve e pratico e la Tabella 4 abbina ciascuna causa alla relativa contromisura. Tre dei cinque sono problemi di manutenzione piuttosto che difetti di progettazione e la tolleranza del rotore e dell'albero è considerata la principale fonte singola.

Tabella 4. Cause di rumore pubblicate e contromisure per ciascuna.

Fonti: nota di risoluzione dei problemi relativi al rumore del produttore e analisi della pompa della stampante; comportamento della pompa a ingranaggi in base al riferimento generale della pompa a ingranaggi.

Leggi dopo:Intasamenti, bolle e perdite.

6. Manutenzione che prolunga la durata della pompa dell'acqua della stampante 3D

Un calendario batte una risposta al fallimento. Le indicazioni pubblicate vengono eseguite settimanalmente, mensilmente e trimestralmente, con il materiale di consumo sostituito a circa 500 ore o due terzi della vita calcolata, a seconda di quale evento si verifica per primo; La Tabella 5 fornisce ciascun intervallo e l'errore che rimuove.

L'ambiente innanzitutto: l'intervallo ambientale pubblicato è compreso tra 5 e 45 gradi C e il funzionamento continuo aumenta la temperatura del motore e può ridurre la durata delle spazzole, quindi pianificare il flusso d'aria attorno al motore. Orientamento: il cappuccio terminale del motore contiene le spazzole, la scheda elettronica e i collegamenti, quindi instradare il tubo con un anello di gocciolamento e posizionare la pompa in modo che un raccordo che perde non possa drenare al suo interno.

Quindi strumentiamo il loop. La registrazione di flusso, pressione e ciclo di lavoro per build trasforma la manutenzione in una tendenza: la diminuzione del flusso a servizio costante è un set di compressione del tubo o un filtro intasato, mentre l'aumento della corrente a flusso costante è un problema del cuscinetto o della spazzola.

Tabella 5. Un calendario di manutenzione per le pompe della stampante e il guasto rimosso da ogni intervallo.

Fonte: guida alla manutenzione del sistema di fluidi del produttore, estesa con l'intervallo ambiente, note sui tappi terminali e raccomandazioni di registrazione.

Leggi dopo:Gamma di pompe peristaltiche.

7. Cosa verificare prima di specificare

Cinque affermazioni pubblicate in questa famiglia non si riconciliano. Ciascuno di essi dovrebbe essere risolto per iscritto prima che una pompa venga inserita nella distinta base.

Famiglia di pompe.Gli stessi numeri di modello sono descritti come pompe a ingranaggi in alcune pagine e pompe peristaltiche in altre. Una pompa peristaltica non ha ingranaggi bagnati né guarnizione dell'albero, quindi entrambi non possono essere corretti. I dettagli tecnici - un corpo da 190 mm, ingranaggi interni, un cappuccio terminale spazzolato, perdite allo spegnimento e assenza di autoadescamento - si trovano insieme alla descrizione dell'ingranaggio.

Conteggio cicli.Lo stesso schema di 5 secondi di accensione e 3 secondi di spegnimento viene valutato come più di 300.000 cicli, come una durata testata di 480.000 cicli e come un test effettuato fino a 600.000 cicli di erogazione. Chiedi qual è la valutazione, qual è il limite massimo del test e cosa ha concluso ogni test.

Impostazione della tensione.Una pagina elenca 3 V, 5 V e 8 V; un altro elenca 3 V, 6 V e 12 V per lo stesso modello. Un driver solo da 5 V non può servire una pompa da 6 V e la differenza cambia il convertitore e il budget ferroviario.

Stato dei materiali di consumo.Una pagina afferma che non ci sono materiali di consumo per tubi da sostituire; la pagina del prodotto descrive il percorso del fluido come un tubo in silicone con una lunghezza indicata. L'intervallo di sostituzione del tubo è un costo di manutenzione, quindi ciò modifica il costo di proprietà.

Pressione.La stessa pompa è quotata a più di 30 kPa e a non meno di 6 psi, ovvero circa 41 kPa. Correggere un'unità e un numero nelle specifiche.

Leggi dopo:Corrispondenza di tensione e corrente della scheda madre.

8. Una prova al banco che risolve tutto in dieci minuti

La maggior parte dell’incertezza scompare in una sessione di panchina. Eseguire il funzionamento alla pressione di esercizio, non a flusso libero, e registrare i tre numeri che definiscono il punto di funzionamento: flusso, pressione e servizio.

Spazzare il dovere.Misura il flusso al 40, 60, 80 e 100% del servizio alla pressione di esercizio e annota il servizio al di sotto del quale la pompa non si avvia più in modo affidabile: la tua zona morta.

Ripetere quando è caldo.Corri 30 minuti e ripeti. Il flusso che cade a servizio costante è un tubo che riceve un gruppo di compressione o un fluido diluito.

Misurare il rumore due volte.Leggere a 30 cm e a 1 m sul supporto che si intende spedire. Se lo spazio non corrisponde alla Figura 2, è il telaio che irradia il rumore, non la pompa.

Spazzare la frequenza.Esegui da 8 a 30 kHz a servizio fisso, ascolta e controlla la temperatura del driver con l'impostazione scelta.

Leggi dopo:Specifiche della pompa da 24 V.

Punti chiave

Una valutazione del ciclo non significa nulla senza il suo modello di funzionamento: 300.000 cicli equivalgono a 667 ore a 5 s acceso / 3 s spento, ma 2.500 ore a 10 s acceso / 20 s spento.

Una parte soggetta ad usura decide la vita di ogni famiglia: il tubo di una pompa peristaltica, gli ingranaggi, i cuscinetti e le spazzole di una pompa a ingranaggi.

Una cifra in dB richiede distanza, montaggio, ponderazione e livello di fondo.

Il servizio PWM imposta la velocità e il flusso; La frequenza PWM decide cosa senti. Iniziare a 20 kHz, utilizzare 20-25 kHz per il servizio silenzioso e aspettarsi perdite di commutazione reali superiori a 30-40 kHz.

Picchi di efficienza al di sotto della velocità massima; il flusso di acquisto a pieno carico che il circuito non può utilizzare e paga in calore, rumore e usura.

La manutenzione è un calendario, non una reazione: controlli settimanali, verifica mensile, sostituzione trimestrale del filtro e cambio dei materiali di consumo ogni circa 500 ore.

Leggi dopo:SC2301CPW Pompa 24 V.

Domande frequenti

Quanto dura la pompa dell'acqua di una stampante 3D?

Dipende dal tipo di utilizzo e dalla parte soggetta ad usura, non da un singolo valore. Una pompa peristaltica in servizio di ricarica è limitata dal suo tubo, pubblicato da diversi mesi a un anno; una pompa a ingranaggi è limitata da ingranaggi, cuscinetti e spazzole. Convertire qualsiasi ciclo nominale in ore utilizzando il proprio modello di funzionamento prima di confrontare le pompe.

Perché la pompa della mia stampante 3D è così rumorosa?

Controlla prima le cause economiche: l'elenco del produttore mette il funzionamento senza liquido, incrostazioni, un ingresso limitato e componenti elettronici non corrispondenti prima del guasto meccanico e indica la tolleranza del rotore come la principale fonte. Poi controllate il montaggio: la figura pubblicata è stata scattata su una spugna, quindi una staffa rigida può far suonare forte una pompa silenziosa.

È possibile far funzionare una pompa peristaltica a secco?

Meglio di una pompa a ingranaggi, perché nel percorso del fluido non c'è nulla di metallico e il tubo è la parte soggetta ad usura. Le pompe a ingranaggi di questa classe vietano il funzionamento a secco per più di 20 secondi, poiché gli ingranaggi si usurano contro l'alloggiamento e creano giochi in modo permanente. In ogni caso, adescare prima dell'inizio.

Un ciclo di lavoro PWM inferiore fa durare più a lungo una pompa?

Di solito sì, fino a un certo punto. L'efficienza raggiunge i picchi al di sotto della velocità massima e il servizio completo aggiunge calore, rumore e usura senza flusso utile, quindi un servizio inferiore con lo stesso flusso erogato è l'impostazione più delicata, tranne che in un servizio molto basso, dove il motore si trova nella sua zona morta e si raffredda scarsamente.

Dovrei sostituire il tubo o tutta la pompa?

Su una pompa peristaltica, sostituire il tubo: è la parte soggetta ad usura, la sostituzione richiede pochi minuti e rinnova il percorso del fluido. Una pompa a ingranaggi non dispone di tali materiali di consumo, motivo per cui la filtrazione in ingresso e l'adescamento sono più importanti in quel progetto.

Qual è la migliore frequenza PWM per una pompa per stampante 3D?

Inizia da 20 a 25 kHz, appena sopra la gamma udibile, che rimuove la maggior parte dei fischi di commutazione. Verificare anziché supporre: passare da 8 a 30 kHz a servizio fisso, ascoltare e osservare la temperatura del driver alla pressione di esercizio