Высокое давление и большой расход 24 В, преодолевая узкие места доставки материалов высокой вязкости при 3D-печати

SC2301CPW — это шестеренный насос для 3D-печати с напряжением 24 В и производительностью 100 мл/мин или более при рабочем диапазоне давления 40–150 кПа, и именно это сочетание устраняет узкое место, связанное с высокой вязкостью в 3D-печати. Там, где трубчатый насос теряет поток из-за увеличения противодавления, шестеренный насос продолжает вытеснять густую жидкость через длинные трубопроводы, узкие отверстия и возвышенные точки подачи.

С первого взгляда

Конструкция - две зацепляющиеся шестерни в малозазорном корпусе; положительное смещение, отсутствие клапанов на пути жидкости.

Электрическое — 24 В постоянного тока, 200 мА или меньше, мощность менее 5 Вт, поэтому его можно коммутировать с помощью выхода материнской платы или небольшого каскада MOSFET.

Поток - 100 мл/мин или более, около 1,7 мл/с на полной скорости, пропорционален скорости двигателя.

Рабочее давление - 40-150 кПа, достаточное для трения трубопроводов, фитингов, фильтров и вертикального подъема.

Быстрая навигация

Узкое место высокой вязкости в доставке жидкости для 3D-печати

Как шестеренчатый насос держит давление

Технические характеристики SC2301CPW: краткий обзор

Выбор с учетом вязкости: где выигрывает шестеренный насос

Скольжение, сдвиг, истирание и кавитация

Определение размера микрошестеренного насоса на 24 В за пять шагов

Управление микроводяным насосом 24 В от материнской платы принтера

Сторона всасывания, пределы заполнения и отрицательного давления

Автоматическая подача жидкости для 3D-принтеров

Контрольный список установки и ввода в эксплуатацию

Часто задаваемые вопросы

Ключевые выводы

Узкое место высокой вязкости в доставке жидкости для 3D-печати

Вязкость, а не текучесть, решает, сможет ли насос принтера доставить жидкость. Потери давления вдоль линии растут с вязкостью жидкости и падают в четвертой степени радиуса отверстия, поэтому густая жидкость в узкой линии может потребовать большего давления, чем может создать насос низкого давления, как бы быстро ни вращался его двигатель.

Каждая семья, терпящая здесь неудачу, терпит неудачу по структурным причинам. Перистальтический насос уплотняет трубку, сдавливая ее, поэтому уплотнение размягчается при повышении давления нагнетания. Центробежный насос теряет напор по мере затягивания контура, что исключает возможность дозирования. Мембранный насос создает полезное давление, но пульсирует, и его обратные клапаны засоряются первыми, когда жидкость переносит частицы или затвердевает на месте.

Шестеренчатый насос меняет ограничение вместо того, чтобы оптимизировать его. Его шестерни жесткие, зазоры небольшие и фиксированные, а уплотнение обеспечивает сама жидкость, поэтому давление создается за счет геометрии смещения, а не за счет упругости трубки.

Таблица 1. Семейства насосов, используемые в 3D-принтерах и рядом с ними, в сравнении по назначению

Практическое чтение узкое: сначала выберите семейство из жидкости и геометрии контура, а затем сопоставьте номиналы. Насос, выбранный по его показателю расхода и установленный в контуре высокой вязкости, является наиболее распространенной ошибкой при проектировании жидкости для принтера, поскольку каждый показатель расхода принадлежит одному заданному давлению и одной жидкости.

Как шестеренный насос удерживает давление: две шестерни, малые зазоры, отсутствие клапанов

Шестеренчатый насос перемещает фиксированный объем за один оборот. Жидкость задерживается между зубьями и корпусом, переносится по корпусу от входа к выходу и выталкивается в местах зацепления шестерен, поэтому поток следует за скоростью, а сопротивление на выходе не останавливает насос при давлении ниже его номинального давления.

Уплотнение — это устройство, а не компонент. Micropump описывает три области динамического уплотнения: кончики шестерен прилегают к стенке полости, точка зацепления, где шестерни смыкаются, и сопрягаемые поверхности, где шестерни прилегают к корпусу и торцевой крышке. Эти детали должны двигаться, поэтому существуют зазоры и жидкость течет обратно из выпускного отверстия во впускное; что обратная утечка - это проскальзывание, и оно определяет объемный КПД.

Для строителя важны три последствия:

Поток близок к линейному по скорости, поэтому насос ведет себя как ось движения: одна калибровка преобразует значение команды в миллилитры в секунду.

Давление повышается, преодолевая сопротивление, поэтому частично засоренный фильтр увеличивает нагрузку, а не прекращает подачу, и каждая установка должна иметь возможность это заметить.

Вязкость улучшает герметизацию, что является противоположностью трубчатого насоса и является причиной того, что одно и то же оборудование становится точным при работе с наполненной смолой или пастой.

Далее следуют два ограничения. Поскольку клапанов для улавливания мусора нет, частицы попадают в зазоры, поэтому впускной фильтр не является обязательным. А поскольку пленка жидкости одновременно герметизирует и смазывает, сухой ход следует предотвращать, а не допускать.

SC2301CPW: краткий обзор: 24 В, 100 мл/мин, 40–150 кПа

SC2301CPW — это миниатюрный шестеренный насос с напряжением 24 В постоянного тока, рассчитанный на расход 100 мл/мин или более, диапазон рабочего давления 40–150 кПа, максимальный ток 200 мА и уровень шума 60 дБ или меньше на расстоянии 50 см, что соответствует классу подачи жидкости, используемому в промышленных и широкоформатных принтерах.

Таблица 2. Номинальные параметры SC2301CPW (данные производителя, опубликованные единицы измерения)

Читайте рейтинги как одну систему. Обмотка 24 В делает электрическую работу переключателем и предохранителем, а не преобразователем, а максимальный ток 200 мА делает ступень драйвера намного меньшей, чем мощность нагревателя. Flow устанавливает бюджет пополнения; Давление определяет, какое сопротивление контура может выдержать установка, а диапазон водяных насосов 40–150 кПа — это то, что отличает этот класс микронасосов высокого давления от перекачивающего оборудования низкого давления. Значение расхода, указанное без давления, напряжения и испытательной жидкости, не является спецификацией.

Одно предупреждение применимо к каждому миниатюрному насосу. Принцип накачки — это поле таблицы данных, а не что-то, закодированное в номере детали, и вторичные источники иногда описывают одну и ту же модель по-разному. Прежде чем проектировать контур вокруг любого насоса, подтвердите три поля в текущей таблице технических данных: тип насоса, материалы, контактирующие с рабочей средой, и условия испытаний, соответствующие номинальным расходам и давлениям.

Выбор с учетом вязкости: где выигрывает шестеренный насос

При давлении примерно 1000 мПа·с пленка жидкости сама герметизирует зазоры шестерен и счетчики насоса без пульсаций; ниже этой полосы такие же зазоры теряются и точность падает. Граница выбора — это, во-первых, вопрос вязкости, а во-вторых, вопрос давления.

Таблица 3. Диапазоны вязкости жидкостей для 3D-печати и семейство насосов, соответствующее каждому диапазону

Вязкость меняется в зависимости от температуры и скорости сдвига, поэтому указывайте ее при температуре, которую жидкость будет видеть в трубопроводе. Шестеренчатые насосы охватывают самый широкий диапазон в Таблице 3 - Насосы Viking оценивают модели с регулируемым зазором от 1 до 440 000 сСт, но полезный диапазон для принтера уже, поскольку жидкость также должна подходить для шестерен и корпуса.

Для работы с низкой вязкостью и критическими загрязнениями лучшим решением остается трубчатый насос; нашSC2201RPW Направляющая перистальтического насоса для точного контроля жидкостидокументы по этому пути иГраница выбора шестеренного насоса в зависимости от перистальтического насосаохватывает более широкое сравнение. Вблизи линии 1000 мПа·с решающим вопросом обычно является то, выдерживает ли процесс пульсацию.

Скольжение, сдвиг, истирание и кавитация: точность теряется в четырех направлениях

Шестеренчатый насос теряет точность по четырем причинам, каждый из которых имеет свой признак. Скольжение сокращает подаваемый объем по мере роста перепада давления, сдвиг изменяет жидкость, истирание открывает зазоры в течение нескольких месяцев, а кавитация прерывает подачу из-за шума и нестабильного давления.

Таблица 4. Виды отказов при работе шестеренчатых насосов высокой вязкости и способы борьбы с ними

Скольжение и истирание имеют наибольшее значение в производстве, и они действуют в противоположных направлениях: фильтр грубой очистки пропускает частицы, открывающие зазоры, а фильтр сверхтонкой очистки повышает перепад давления и увеличивает скольжение. Компромиссом является входной фильтр с размером пор 100 мкм в рамках графика обслуживания плюс периодическая проверка объема поставки, которая выявляет износ до того, как он будет стоить детали.

Как определить размер микрошестеренного насоса на 24 В за пять шагов

Подберите насос по пяти показателям: объем за цикл, допустимое время, вязкость при рабочей температуре, необходимое давление в точке подачи и доступная рейка. Все остальное следует из этих пяти, а арифметика укладывается в электронную таблицу.

Шаг 1. Запишите рабочую точку цифрами.

Запишите жидкость, объем за цикл, время цикла, высоту подачи, диаметр и длину трубопровода, а также напряжение на рельсе. Требование, записанное как достаточный расход, не может быть проверено, поэтому жидкостные системы дважды переопределяются.

Шаг 2. Преобразование высоты в давление

Статическая подъемная сила вытекает из плотности жидкости: давление равно плотности, умноженной на ускорение свободного падения, 9,81 м/с², на высоту.

Таблица 5. Высота, эквивалентная верхней точке рабочего диапазона SC2301CPW при давлении 150 кПа.

Статическая высота редко поглощает всю ленту: подъем смолы на 0,5 м к портальному чану стоит около 5 кПа, а остальной запас уходит на трение.

Шаг 3. Рассчитайте трение в линии перед выбором отверстия.

При скорости потока принтера с вязкими жидкостями поток в линии является ламинарным, поэтому применяется Хаген-Пуазейль: падение давления равно восьмикратному значению вязкости, умноженному на длину, умноженному на скорость потока, разделенному на пи, умноженное на четвертую степень радиуса отверстия. Четвертую силу следует помнить, потому что скука доминирует над всем остальным.

Таблица 6. Падение давления на 1 м прямой трубки при скорости 100 мл/мин (ламинарный поток, 20 градусов)

Прочитайте таблицу как решение. Расход смолы при давлении 1000 мПа·с через 1 м трубки диаметром 6 мм при скорости 100 мл/мин составляет около 52 кПа; добавьте подъемник и фитинги, и нагрузка по-прежнему выдерживается с запасом примерно 90 кПа. Та же жидкость в трубке диаметром 4 мм стоит 265 кПа и выходит из строя до того, как будет рассмотрен подъем, а при 10 000 мПа·с даже трубка диаметром 8 мм при давлении 166 кПа превышает номинальное значение. Тогда ответы заключаются в том, чтобы нагреть жидкость, сократить пробег, увеличить диаметр цилиндра или принять меньший расход - никогда не устанавливать двигатель большего размера.

Шаг 4. Проверьте жидкость на смачиваемых деталях.

Подтвердите совместимость с шестернями и корпусом, размер частиц и твердость, а также чувствительность к сдвигу. Сюда же относится и температура, поскольку она определяет вязкость, используемую в расчетах: давление воды падает примерно с 1,00 мПа·с при 20 градусах до примерно 0,55 мПа·с при 50 градусах, сокращая трение в линии примерно на 45% при том же расходе.

Шаг 5. Составьте бюджет на электрическую часть и стратегию износа

Убедитесь, что шина обеспечивает рабочий и пусковой ток с запасом на пусковой ток и остановку ротора, и решите, как подаваемый объем будет проверяться с течением времени. В шестеренчатом насосе изнашиваемой деталью является насосная камера, поэтому план технического обслуживания включает стандартную фильтрацию и периодическую проверку расхода, а не плановую замену детали.

Управление микроводяным насосом 24 В от материнской платы принтера

При 24 В и 200 мА или менее насос представляет собой переключаемую выходную нагрузку, а не проблему с источником питания. N-канальный полевой МОП-транзистор логического уровня на нижней стороне, предохранитель ветви и обратный диод на двигателе покрывают электрическую сторону, а настоящая работа — управление, калибровка и защита.

Коммутируемые выходы вентилятора и нагревателя на 32-битной плате обычно рассчитаны на ток от 1 А до 3 А каждый, а шина позади них несет нагреватели, вентиляторы и драйверы шаговых двигателей, поэтому ток насоса менее 200 мА хорошо укладывается в бюджет, но он все равно должен иметь собственный предохранитель и никогда не использовать общую логическую шину. Насос с более низким напряжением потребляет пропорционально больший ток при той же работе, поэтому блок на 24 В интегрируется легче, чем эквивалент на 6 В:соответствие напряжения и тока для материнских плат принтераустанавливает эту арифметику.

Поскольку расход пропорционален скорости, насос ведет себя как ось: определите минимальную команду, при превышении которой вращение начинается надежно, поддерживайте время цикла ШИМ в миллисекундном диапазоне и проводите повторную калибровку после любого изменения жидкости, диаметра отверстия, длины линии или высоты подачи. Klipper определяет время цикла, время кик-старта и минимальную нагрузку для переключаемых и ШИМ-выходов, а Marlin управляет выходами вентиляторного типа через M106, поэтому последовательность дозаправки становится коротким макросом. Обратный диод и проверка тока или потока устраняют две неисправности, которые контроллер не видит: засоренный фильтр и сухой резервуар.

Сторона всасывания, заполнение и пределы отрицательного давления

Шестеренчатый насос не является самовсасывающим и не допускает попадания воздуха во всасывающую линию. Он создает отрицательное давление на стороне впуска, но до начала кавитации доступна только разница между атмосферным давлением и давлением паров жидкости.

На уровне моря атмосферное давление около 101 кПа эквивалентно примерно 10,3 м воды в идеальной системе. Трение, растворенный воздух и давление пара на практике сокращают это расстояние до нескольких метров, а температура ужесточает предел: давление пара воды возрастает с примерно 2,3 кПа при 20 градусах до примерно 12,4 кПа при 50 градусах, поэтому теплый контур охлаждения создает кавитацию там, где холодный был безопасен.

Далее следуют четыре правила. Установите насос на выходе резервуара или под ним, чтобы входное отверстие оставалось затопленным под действием силы тяжести. Всасывающая линия должна быть короткой, прямой и на один размер больше напорной. Напрягите входное отверстие, рассчитанное на низкий перепад давления. И найдите каждую точку, куда может попасть воздух — незакрепленный фитинг, частично погруженную погружную трубку, резервуар, из которого опорожняется в середине сборки, — потому что аэрированная жидкость уменьшает подачу и ускоряет износ.

Если требуется вакуум, а не перекачка жидкости, подходящим компонентом является специальный микронасос отрицательного давления, предназначенный для работы с воздухом и газом. Жидкостный шестеренный насос создает лишь небольшое отрицательное давление и не может заменить вакуумное устройство при перемещении, дегазации или удержании.

Автоматическая подача жидкости для 3D-принтеров: контроль уровня и логика дозаправки

Для автоматической подачи жидкости для 3D-принтеров необходим датчик уровня, полоса гистерезиса, достаточно широкая, чтобы остановить колебание насоса, и команда дозаправки, которая перемещает известный объем. При доступной скорости 100 мл/мин или более доливка 50–100 мл занимает от 30 до 60 секунд, что достаточно для перехода между слоями.

Выбор датчика задает логику: фотоэлектрический точечный датчик или поплавковый переключатель выдает простой сигнал «высокий-низкий» для пополнения партии, ультразвуковой датчик или датчик давления непрерывно отслеживает объем, но требует фильтрации, а тензодатчик под резервуаром напрямую измеряет массу и подходит для вязких жидкостей, где один только уровень вводит в заблуждение.

Логика управления в каждом случае одинакова: порог дозаправки, верхний порог остановки и уровень блокировки, ниже которого насос не должен запускаться. Выбирайте размер каждой партии так, чтобы уровень не превышал допустимое значение, пополняйте запасы во время простоя или между слоями, а не во время экспозиции, и записывайте объем каждой партии, чтобы дрейфующая калибровка отображалась как тенденция, а не как неудачная сборка.

Таблица 7. Время заправки и циркуляции в зависимости от расхода для типичных задач принтера

Более высокий класс расхода дает больше, чем просто скорость. Заправка, которая занимает 30 секунд вместо минуты, возвращает машинное время в каждом цикле и сокращает период, в котором уровень НДС ниже целевого. Проверка этих томов является рутинной, а не разовой проверкой.процедура проверки и проверки расходаиспользуемый для проверки размеров, может выполнять проверку насоса.

Контрольный список установки и ввода в эксплуатацию

Запуск контура осуществляется за шесть этапов, и насос будет вести себя как дозирующее устройство, а не как компонент, перемещающий жидкость. Порядок имеет значение, поскольку и заливка, и калибровка зависят от правильности механической установки.

Установите насос на выпускном отверстии резервуара или ниже, а линия всасывания должна быть короткой, прямой и на один размер больше, чем линия нагнетания.

Установите съемный входной фильтр с размером ячеек 100 мкм и включите его в график обслуживания.

Поддерживайте напорную линию так, чтобы ее вес не приходился на насос, и избегайте крутых изгибов, в которых задерживается воздух.

Заправьте жидкость перед первым запуском, затем убедитесь, что линия в точке подачи заполнена и не имеет пузырьков.

Установите минимальную команду, которая надежно запускает вращение, и откалибруйте подаваемый объем достаточно большой партией, чтобы ошибка считывания оставалась небольшой.

Предохраните ветвь насоса, установите обратный диод, проверьте напряжение на шине под нагрузкой и запишите рабочую точку: жидкость, температуру, диаметр отверстия, значение команды и расход.

Для машин, где контур подачи жидкости является одной из подсистем более крупной конструкции, указывайте насос рядом с оборудованием для осаждения, а не добавляйте его в конце. Модели экструзии материалов и технологические испытания, которые совместно проверяют линию подачи жидкости и систему перемещения, доступны через нашуслуги 3D-печати, где одна и та же команда проверяет рабочую точку, отверстие и ступень привода, прежде чем что-либо заказывать.

Часто задаваемые вопросы

Может ли SC2301CPW обрабатывать материалы высокой вязкости, например наполненные смолы и пасты?

Да, в диапазоне 40-150 кПа и диапазоне вязкости его зазоры устраивают. Вязкость улучшает герметичность шестеренного насоса, поскольку пленка жидкости препятствует обратной утечке. Настоящим ограничением является трение в трубопроводе, поэтому проверяйте перепад давления на предполагаемом отверстии и длине и держите впускное отверстие затопленным.

Какой расход и давление обеспечивает SC2301CPW?

Производитель оценивает его как 100 мл/мин или более, диапазон рабочего давления 40–150 кПа, максимум 200 мА при 24 В и 60 дБ или меньше на расстоянии 50 см. Расход пропорционален скорости, поэтому подаваемая скорость соответствует заданному значению после калибровки.

Является ли шестеренный насос лучше перистальтического насоса для 3D-печати?

В целом ни то, ни другое не лучше; жидкость решает. Шестеренчатый насос выигрывает при работе с вязкими жидкостями, давлением и безимпульсным дозированием; Перистальтический насос превосходно работает с тонкими, чувствительными к сдвигу или критическими к загрязнению жидкостями, поскольку с жидкостью соприкасается только трубка.

SC2301CPW самовсасывается и может ли он работать всухую?

Нет обоим. Шестеренчатому насосу необходим затопленный впускной патрубок, и он создает лишь ограниченное отрицательное давление, поэтому резервуар должен располагаться на насосе или над ним. Пленка жидкости также смазывает зубчатую передачу, поэтому сухой ход предотвращается блокировкой уровня.

Как настроить скорость потока на микроводяном насосе 24 В?

Установите минимальную команду, которая надежно запускает насос, затем регулируйте скорость до тех пор, пока измеренный объем не будет соответствовать целевому значению. Запишите команду с конфигурацией жидкости и линии и выполните повторную калибровку после любого изменения жидкости, диаметра отверстия или длины линии.

Что произойдет, если линия засорится или засорится фильтр?

Давление повышается, чтобы преодолеть сопротивление, и подача продолжается до тех пор, пока не будет превышен диапазон, поэтому частичная блокировка проявляется как более высокая нагрузка двигателя, а не как немедленная остановка. В качестве предупреждения воспринимайте восходящий текущий тренд по фиксированной команде.

Почему объем доставки со временем падает?

Обычной причиной является износ венцов шестерен и полостей твердыми частицами, что приводит к открытию зазоров и увеличению проскальзывания; загущенная или затвердевшая жидкость внутри камеры занимает секунду. Отфильтруйте входной поток и повторно проверьте подаваемый объем, чтобы тенденция проявлялась как можно раньше.

Ключевые выводы

Шестеренчатый насос на 24 В устраняет узкое место, связанное с высокой вязкостью, поскольку его давление обусловлено жесткой геометрией рабочего объема, а не упругостью трубки или скоростью рабочего колеса.

SC2301CPW обеспечивает подачу 100 мл/мин или более в диапазоне 40–150 кПа при токе 200 мА или менее — классе подачи жидкости, используемом в широкоформатных принтерах.

Вязкость выше примерно 1000 мПа·с предпочтительна для шестеренного насоса; ниже этого более безопасным вариантом являются трубочные насосы и их путь с низким сдвигом и отсутствием загрязнений.

Диаметр диаметра преобладает над потерями в линии в четвертой степени радиуса, поэтому изменение размера трубки снимает большую нагрузку давления, чем любая замена двигателя.

Затопленный впускной патрубок, входной сетчатый фильтр, перегоревшая ветвь с обратноходовым диодом и периодическая проверка подаваемого объема охватывают почти все виды отказов, указанные в Таблице 4.

Отправьте свою рабочую точку — жидкость, рабочую вязкость, объем за цикл, давление нагнетания и напряжение на рампе — с помощьюмгновенный запрос котировоки мы подтвердим конфигурацию насоса, диаметр отверстия и ступень привода, прежде чем что-либо заказывать.