La scelta pura che consente il controllo dei fluidi ad alta precisione nella stampa 3D

A colpo d'occhio

Principio: compressione del tubo (peristaltica), spostamento positivo; il fluido tocca solo l'interno del tubo.

Varianti - SC2201RPW è fornito con avvolgimenti da 3 V CC, 6 V CC e 12 V CC.

Classe di flusso - 20-50 mL/min, impostata dalla velocità del motore e dal diametro del tubo anziché da una valvola.

Obiettivo progettuale: interfaccia tubo e rullo di lunga durata, in modo che le modifiche ai tubi rientrino nella manutenzione programmata.

La soluzione migliore: dosaggio di precisione, linee di inchiostro e reagenti, alimentazione del legante e circuiti di lavaggio dove la contaminazione incrociata non è accettabile.

Cosa significa "puro" in una pompa che tocca solo il tubo

"Pure" descrive il percorso fluido, non il traguardo. Nell'SC2201RPW il fluido viene spinto da rulli che comprimono un tubo flessibile, quindi la superficie bagnata è l'interno di quel tubo: nel flusso non sono presenti ingranaggi, pistoni, guarnizioni e valvole di ritegno. Sostituire il tubo e il percorso del fluido sarà di nuovo nuovo.

Questa singola scelta progettuale spiega la maggior parte del comportamento della pompa. Senza parti rotanti all'interno del flusso, non c'è nulla che possa corrodersi o intasarsi, e non c'è spazio che si possa aprire e lasciare che il flusso vada alla deriva. Senza valvole, la pompa può funzionare a secco, invertire e trattenere un tubo di liquido. Il prezzo è che il flusso dipende dall'elasticità del tubo, quindi il tubo è sia l'elemento di precisione che la parte soggetta ad usura.

Il sentiero bagnato, a confronto

Tre famiglie di pompe utilizzate all'interno e intorno alle stampanti 3D gestiscono gli stessi fluidi in modi molto diversi e tale differenza determina le routine di pulizia e i tempi di cambio.

Quale purezza acquista un flusso di lavoro di stampa 3D

I vantaggi pratici si manifestano a livello di flusso di lavoro. Le linee di legante, reagente, inchiostro e materiale di supporto portano ciascuna la propria chimica e qualsiasi volume interno condiviso diventa un percorso di contaminazione quando le build cambiano. Un'alimentazione basata su tubi mantiene questo rischio all'interno di un componente sostituibile in pochi minuti, mantiene il fluido lontano dai lubrificanti e dal calore del motore e consente a una stampante multimateriale di definire un percorso pulito semplicemente cambiando un tubo.

All'interno di SC2201RPW: cinque livelli che ne determinano il comportamento

La pompa è più semplice da specificare e risolvere i problemi in quanto è composta da cinque livelli funzionali: la trasmissione, il rotore e i rulli, il tubo, la testa che la mantiene in allineamento e le connessioni del fluido. Ogni livello possiede un diverso insieme di parametri, quindi un problema che sembra una pompa debole di solito risale a un livello specifico.

La stratificazione è particolarmente importante quando una costruzione passa da un prototipo da banco a una macchina che funziona senza sorveglianza. Al banco una pompa o gira o non gira; in una macchina le domande diventano ripetibilità del flusso, durata del tubo e comportamento in caso di blocco di una linea. Tali domande appartengono a livelli diversi, quindi sono specificate separatamente.

Livello 1: l'unità

L'azionamento converte l'energia elettrica in rotazione. SC2201RPW è offerto nelle varianti da 3 V, 6 V e 12 V e la tensione dell'avvolgimento imposta la corrente assorbita per una determinata uscita: minore è la tensione, maggiore è la corrente. La velocità è il controllo del flusso su una pompa peristaltica e un motoriduttore scambia la velocità con la coppia quando una lunga linea di scarico solleva il carico.

Strato 2: il rotore e i rulli

I rulli sono gli elementi di occlusione. Ciascun rullo appiattisce una sezione del tubo e spinge il fluido davanti ad esso mentre il tubo ritorna indietro e aspira il fluido fresco. Più rulli forniscono impulsi più piccoli e un intervallo di tenuta più breve; un minor numero di rulli garantisce un ciclo di compressione più lungo e delicato. La geometria del rullo e la pressione della molla determinano la forza con cui viene schiacciato il tubo, bilanciando la precisione del flusso con l'affaticamento del tubo.

Strato 3: il tubo

Il tubo è l'unica parte bagnata e determina il flusso per giro, la compatibilità chimica e la durata. Il silicone è la scelta generica per inchiostri e reagenti acquosi; i tubi ad alte prestazioni vengono utilizzati laddove una maggiore durata o una migliore resistenza chimica giustificano il prezzo. La dimensione del foro imposta il volume spazzato per passaggio, lo spessore della parete imposta il recupero e la durezza imposta la quantità di pressione che la pompa può generare prima che il tubo si gonfi invece di sigillarsi.

Strato 4: testa e ritenzione

La testa mantiene il tubo alla giusta tensione e allineamento in modo che ciascun rullo lo comprima della quantità prevista. È anche un percorso termico, poiché la compressione ripetuta genera calore che deve fuoriuscire dall'assieme. I morsetti troppo allentati lasciano scivolare il tubo e riducono il flusso; i morsetti troppo stretti lo comprimono eccessivamente e ne accorciano la vita senza aggiungere flusso utile.

Strato 5: le connessioni del fluido

Connettori, linea di aspirazione, linea di scarico e adescamento completano il sistema. Un breve tratto di aspirazione ben supportato e con un foro generoso alimenta correttamente il tubo; una linea lunga, stretta o che crolla lo affama e produce il classico sintomo di una pompa che gira veloce ma eroga poco. La lunghezza e l'altezza di scarico determinano la quantità di pressione che la pompa deve superare prima che arrivi il fluido.

L'involucro di lavoro: quattro numeri e come interagiscono

Quattro numeri definiscono l'involucro: tensione di alimentazione, portata, pressione che il tubo può sostenere e ciclo di lavoro. Commerciano l'uno contro l'altro, quindi un punto di lavoro che migliora uno di solito costa a un altro. Confermare i valori della scheda tecnica per il tubo effettivamente montato, perché il tubo ne imposta due su quattro.

La tabella seguente raccoglie ciò che il modello apporta alla costruzione e cosa deve essere confermato rispetto alla scheda tecnica prima che una macchina venga approvata. Considera l'ultima colonna come l'attività tecnica che segue l'acquisto, non come documentazione facoltativa.

3 V, 6 V e 12 V: cosa cambia effettivamente

Le varianti di tensione non modificano il principio; cambiano l'accordo elettrico. Un avvolgimento da 12 V assorbe meno corrente per la stessa uscita ed è adatto a una stampante da 24 V tramite un piccolo convertitore buck o un binario per accessori da 12 V. Una variante a 6 V si accoppia con un'architettura a 5 V. Una variante da 3 V assorbe la corrente più elevata, quindi le dimensioni del conduttore, i connettori e la potenza nominale del driver contano più della tensione stessa.

La regola pratica è scegliere la variante la cui tensione la macchina produce già in modo pulito, quindi dimensionare il driver e il fusibile per la corrente più alta che la pompa può richiedere. Il controllo della velocità avviene dopo, solitamente come PWM sullo stadio driver piuttosto che come variazione di tensione, poiché l'abbassamento della tensione di alimentazione riduce la coppia e la velocità.

Flusso: da 20 a 50 ml/min

Il flusso è impostato da due fattori: la quantità di fluido spostata da un passaggio del rullo e il numero di passaggi effettuati al minuto. Lo spostamento per passaggio segue il foro del tubo e lo spessore della parete, quindi una modifica del tubo sposta l'intera curva di flusso. La tabella seguente funziona attraverso l'aritmetica con uno spostamento illustrativo, che è il modo più veloce per vedere come viene raggiunta la banda 20-50 mL/min.

Leggere la tabella al contrario quando si specifica: decidere la portata necessaria, quindi verificare se la velocità necessaria per raggiungerla è comoda per il motore e il tubo. Le velocità che spingono la pompa al suo limite superiore aumentano contemporaneamente la pulsazione, il calore e l'usura del tubo, quindi un punto di lavoro al centro della banda è solitamente l'impostazione di produzione migliore.

Contropressione e spinta di aspirazione

Le pompe peristaltiche sono limitate dalla pressione dal tubo anziché da una valvola. Quando la pressione di scarico aumenta, la parete del tubo viene spinta contro il rullo e la guarnizione si degrada, quindi il flusso diminuisce anche se il motore continua a girare. Sul lato aspirazione la stessa elasticità fa il suo lavoro: il tubo deve riprendersi completamente dopo il passaggio di ogni rullo, motivo per cui un lungo percorso di aspirazione o un fluido viscoso riducono l'erogazione anche quando non c'è nulla che sia bloccato.

Ciclo di lavoro e temperatura

Il funzionamento continuo riscalda la testa della pompa e il tubo la percepisce per primo. Il calore accelera la deformazione per compressione, quindi un tubo che funziona a freddo per centinaia di ore potrebbe guastarsi molto prima in un contenitore chiuso senza flusso d'aria. Mantieni la testa in aria in movimento dove la macchina lo consente e registra la temperatura della testa o del fluido durante una corsa di resistenza invece di dare per scontato che la temperatura ambientale la copra.

Dove si adatta una micro pompa da 20-50 ml/min nella stampa 3D

Una micropompa da 20-50 ml/min copre le funzioni del fluido che si trovano tra un contagocce e un estrusore a pressione: dosaggio di legante e reagente, alimentazione e circolazione dell'inchiostro, erogazione del materiale di supporto, inchiostri ceramici e biologici a basso contenuto di solidi e linee di pulizia o lavaggio. È lo strumento sbagliato per paste rigide e ad alto contenuto di solidi.

La distinzione è importante perché la stampa 3D copre un’enorme gamma di viscosità. Il dosaggio peristaltico possiede l'estremità sottile, dove il fluido scorre facilmente, la richiesta di pressione è modesta e la ripetibilità conta più della forza. Pasta ceramica, polimeri caricati e altri sistemi ad alto contenuto di solidi possiedono l'estremità spessa, dove prevalgono pressione e coppia e una diversa famiglia di pompe è la risposta corretta.

Per i team che necessitano di convalidare la fase di deposizione su hardware reale anziché su un banco di prova, sono disponibili build di estrusione di materiale e prove di processo tramite Superior'sServizio di stampa 3D, dove la linea del fluido e il sistema di movimento sono qualificati insieme.

Dove non si adatta

Tre compiti esulano dalla portata di questa pompa. La pasta ceramica ad alto contenuto di solidi e altre formulazioni rigide necessitano di pressione e coppia che una pompa a microtubi non può fornire economicamente. I fanghi abrasivi attaccano il tubo dall'interno, quindi la durata del tubo diventa il costo principale piuttosto che un elemento di manutenzione. L'erogazione prolungata ad alta pressione in un piccolo ugello può dividere il tubo e allagare la macchina. Quando una costruzione si muove in questo modo, la domanda di selezione cambia da velocità della pompa a famiglia di pompe.

Regole di integrazione per una build di stampante

Montare la pompa in un punto in cui il tubo possa scorrere corto e diritto, sostenere la linea di scarico, mantenere la testa in aria in movimento e adescare prima della prima costruzione. Otto regole riguardano le decisioni di installazione che molto spesso determinano il comportamento di una micropompa in una macchina.

Mantenere la linea di aspirazione corta e larga quanto possibile; ogni centimetro in più aggiunge attrito che il tubo deve superare.

Montare la testa della pompa al di sotto del livello del fluido, dove consentito dal serbatoio, in modo che la gravità favorisca il riempimento.

Evitare curve strette e clip strette, perché una piega altera il recupero del tubo e con esso la curva del flusso.

Sostenere meccanicamente la linea di scarico in modo che il suo peso non grava sulla testa o sul raccordo.

Lasciare il tubo libero ad entrambe le estremità della testa in modo che possa muoversi leggermente mentre viene compresso.

Mantieni il motore e la testa in aria in movimento, perché il calore è il nemico meno visibile del tubo.

Montare un filtro di aspirazione quando il fluido può trasportare particelle e sottoporlo a manutenzione secondo programma.

Etichettare il tubo con il codice articolo e la data di installazione in modo che la cronologia delle sostituzioni sia visibile sulla macchina.

Pulsazione: il problema e tre soluzioni

I rulli erogano il fluido in pacchetti discreti, quindi la pressione di scarico si increspa alla frequenza del rullo. Per il dosaggio su una superficie aperta l'ondulazione è innocua una volta che gli impulsi sono piccoli rispetto al volume target; alimentando un ugello, può apparire come struttura superficiale. Funzionano tre soluzioni: aumentare la frequenza degli impulsi, aggiungere un piccolo volume di smorzamento a valle o cronometrare gli impulsi al percorso del movimento.

Adescamento e gestione delle bolle

L'aria è il motivo più comune per cui una nuova installazione non fornisce prestazioni adeguate. Il tubo deve essere riempito prima di poter spostare utilmente il fluido e una bolla agisce come una molla che assorbe ogni passaggio del rullo. Adescare a velocità moderata con lo scarico aperto, verificare la corsa del menisco e mantenere l'ingresso di aspirazione sommerso quando il livello scende. Se il fluido fuoriesce gas, adescare nuovamente dopo ogni sostituzione del serbatoio.

Scelta tra le versioni 3 V, 6 V e 12 V

Scegli la variante che la macchina può già fornire in modo pulito: 12 V dove esiste una guida da 12 V o 24 V, 6 V dove è disponibile solo una guida da 5 V e 3 V solo quando l'alimentatore e il driver sono dimensionati per la corrente più elevata che assorbe.

L'integrazione elettrica segue la stessa logica di qualsiasi piccolo carico CC su una stampante, con due differenze. La pompa è un motore, quindi necessita di uno stadio di commutazione anziché di un pin logico e di un percorso di ritorno tra i suoi terminali. Ed è un elemento di dosaggio, quindi la stabilità della velocità è importante tanto quanto la capacità di avviamento: un'alimentazione che diminuisce sotto il carico del riscaldatore modifica la portata del flusso a metà costruzione.

Guidare la pompa dall'elettronica della stampante

La scheda non alimenta la pompa; segnala un driver che lo fa. Un singolo MOSFET a canale N low-side con un resistore di gate, un pull-down e un diodo flyback copre la maggior parte dei sistemi, a condizione che il dispositivo sia a livello logico e valutato al di sopra della corrente di stallo della pompa e che la corrente provenga da un binario con headroom. La serie completa di controlli si trova nella guida complementare suadattamento della tensione e della corrente della scheda madre.

PWM, precisione della velocità e verifica del flusso

PWM è il modo normale per impostare la velocità della pompa e, per un motore CC con spazzole, funziona bene quando la frequenza di commutazione è adatta a un carico meccanico piuttosto che a una ventola. Mantenere il tempo di ciclo nell'ordine dei millisecondi, impostare un servizio minimo al di sotto del quale la pompa si arresta in modo pulito anziché andare in stallo a caldo e ricalibrare dopo ogni cambio di tubo, fluido o altezza di scarico. Registrare la dose misurata nelispezione e verifica del flussoroutine.

Pianificazione della durata dei tubi, non solo della durata della pompa

La vita del tubo si consuma in compressioni, non in ore: ogni passaggio del rullo costa parte della vita nominale del tubo. Dimezzare la velocità raddoppia all'incirca l'intervallo di manutenzione, motivo per cui il programma di cambio del tubo dovrebbe seguire il servizio effettivamente svolto piuttosto che un calendario.

L'aritmetica è abbastanza semplice da eseguire prima della messa in servizio. Moltiplicare il numero dei rulli per la velocità dell'albero per le compressioni al minuto, moltiplicare per sessanta per le compressioni all'ora e confrontarlo con il numero nominale del tubo in uso. Esegui lo stesso calcolo con le impostazioni della ricetta più veloci e più lente e il caso peggiore diventa il piano di manutenzione.

Un programma di sostituzione che funziona in produzione

Pianificazione per compressioni anziché per settimane. Registrare il codice prodotto del tubo, la data di installazione, l'impostazione del fluido e della velocità, quindi impostare l'intervallo di sostituzione a circa due terzi della durata calcolata, in modo che un cambio di ricetta o una settimana calda non spinga il tubo oltre il limite. Considerare una lettura del flusso che diminuisce a velocità fissa come il primo segno di affaticamento del tubo.

Lista di controllo per la messa in servizio e calibrazione di prima esecuzione

Mettere in funzione la pompa in sette passaggi: montare, adescare, impostare una velocità sicura, calibrare il volume erogato, controllare pulsazioni e perdite, registrare il punto di lavoro e annotare l'intervallo di sostituzione del tubo. Il registro di calibrazione è ciò che trasforma un prototipo funzionante in un processo ripetibile.

Montare la pompa in modo che il tubo sia corto e diritto, la testa sia immersa nell'aria in movimento e l'ingresso di aspirazione rimanga al di sotto del livello del serbatoio.

Adescare a velocità moderata con lo scarico aperto e verificare che la linea sia piena prima del primo ciclo di dosaggio.

Iniziare con un servizio basso, sollevarla finché la pompa non gira in modo affidabile e annotare il servizio minimo al quale si avvia senza arrestarsi.

Calibrare dosando su una bilancia o in un cilindro graduato; utilizzare una dose sufficientemente grande da ridurre l'errore di lettura e ripeterla tre volte.

Controllare la pulsazione alla velocità di lavoro e aggiungere smorzamento se il deposito presenta increspature.

Registrare il punto di lavoro: codice articolo del tubo, funzionamento, portata misurata, temperatura del fluido e altezza di scarico.

Impostare l'intervallo di sostituzione del tubo a circa due terzi della vita calcolata e annotarlo sulla macchina.

Due controlli appartengono alla stessa sessione anche se nessuno dei due fa parte della calibrazione. Osservare una volta l'avvio della pompa in caso di scarico limitato, in modo da conoscere in anticipo il comportamento di una linea bloccata. E misurate la tensione di alimentazione della pompa mentre i riscaldatori e i motori sono attivi, perché una guida che sembra sana sul banco può abbassarsi durante il lavoro reale.

Quando un sistema di fluidi deve essere qualificato per la produzione piuttosto che per una dimostrazione, è utile convalidare insieme la deposizione e l'hardware. Invia la specifica del fluido, la dose per strato e la geometria dello scarico con unrichiesta di preventivo immediatoe confermeremo la configurazione della pompa e il piano di costruzione prima che venga ordinato qualsiasi cosa.

Domande frequenti

Cinque domande sorgono più spesso quando viene specificata una pompa a tubo per una stampante: cosa può e non può pompare, come viene impostato il flusso, come differiscono le varianti di tensione, quanto dura il tubo e come si comporta la pompa quando la linea si blocca.

SC2201RPW può stampare pasta ceramica o altri materiali ad alta viscosità?

Non le paste rigide e ad alto contenuto di solidi utilizzate per la fusione robotica, perché una pompa tubolare è limitata dalla pressione che il suo tubo può sostenere piuttosto che dalla coppia del motore. Una sospensione ceramica a basso contenuto di solidi o un idrogel che scorre facilmente rientra nel range di questa pompa. Se il fluido necessita di una pompa a pistone, a vite o a ingranaggi alla velocità richiesta, una pompa a microtubi è la famiglia sbagliata.

Come viene impostata la portata su una pompa peristaltica?

Il flusso è il prodotto del volume spostato per passaggio del rullo e del numero di passaggi al minuto, quindi la velocità è la manopola di controllo e il tubo è la costante di calibrazione. La routine pratica consiste nel fissare il codice del tubo, impostare la velocità che soddisfa la dose target, misurare il volume erogato e quindi registrare entrambi insieme. La sostituzione del tubo ripristina la calibrazione e richiede una nuova misurazione.

Qual è la differenza tra le versioni 3 V, 6 V e 12 V?

Differiscono nell'affare elettrico piuttosto che nel principio di pompaggio. Un avvolgimento da 12 V assorbe meno corrente per una determinata uscita ed è adatto a una macchina con una guida da 12 V o 24 V; una variante a 6 V si accoppia con un'architettura a 5 V; una variante a 3 V assorbe la maggior parte della corrente e premia cavi corti e spessi. Dimensionare il driver, il fusibile e il cablaggio in base allo spunto e allo stallo anziché alla cifra di funzionamento.

Quanto dura il tubo e cosa ne conclude la vita?

La durata del tubo si consuma nelle compressioni, quindi il numero di rulli e la velocità dell'albero determinano la velocità con cui viene consumato il numero nominale. La chimica, le particelle, la contropressione e il calore lo accorciano ulteriormente, mentre la sovracompressione e il calore provocano i danni più invisibili. Poiché un tubo stanco perde flusso a velocità fissa prima di guastarsi visibilmente, sostituirlo secondo un programma calcolato e considerare la caduta del flusso come un segnale di allarme precoce.

Cosa succede se la linea di scarico si blocca?

Nella maggior parte delle installazioni il motore continua a girare mentre la guarnizione del tubo scivola, quindi l'effetto immediato è la perdita di flusso anziché uno stallo. Se il blocco persiste, si accumula pressione contro la parete del tubo e il tubo può strisciare o rompersi sulla rulliera. Rilevarlo con la pressione di scarico o la corrente del motore laddove il processo lo richiede e testare una linea bloccata una volta durante la messa in servizio.