Madala viskoossusega tintidest kõrge viskoossusega keraamiliste pastadeni: hammasrattapumpade ja peristaltiliste pumpade vahelise valikupiiri määramine spetsiaalsete 3D-printimise vedelike jaoks

Vedeliku käitlemise piir hammasrataspumba ja peristaltilise pumba vahel asub kohas, kus vedelik lakkab imemise all voolamast ja hakkab liikumiseks vajama survet. Alla 1000 mPa·s on peristaltiline torupump turvalisem vaikeseade. Üle 10 000 mPa·s hoiab hammasrattapump rõhku ja mõõdab pulseerimata. Vahepeal otsustab vedeliku ühilduvus – hõõrdumine, nihkejõud ja osakeste suurus – milline pump selle töö üle elab.

Võtmed kaasavõtmiseks

Spetsiaalsete 3D-printimise vedelike viskoossusvahemik ulatub üle viie suurusjärgu: keraamiliste tindiprinteri tindid pihustatakse 10–40 mPa·s, samas kui avaldatud robocasting-pastade mõõt on 2 × 10⁵ mPa·s printimisnihkekiirusel kuni 2,6 × 10⁷.

Hammasrattapump tihendab vedeliku endaga. Libisemine suureneb viskoossuse langedes, nii et õhukesed tindid kaotavad mõõtmistäpsuse, välja arvatud juhul, kui vahesid ei pingutata, rõhkude vahe hoitakse madalal ja kõvad osakesed filtreeritakse välja.

Peristaltiline pump tihendab toru ummistamise teel, nii et tihendus sõltub vaevalt viskoossusest. Rõhk on piiriks: torupumbad ulatuvad umbes 3–7 baarini, rullpead kuni 8 baarini ja kinga tüüpi voolikpumbad umbes 15 baarini.

Materjali sobivus eraldub kõige selgemalt hõõrdumise ja nihke suhtes. Keraamilised osakesed kulutavad hammasratta otsikuid ja plaate, samas kui peristaltiline kulumisosa on odav toru; nihketundlikud tindid eelistavad madala nihkejõuga toru teed.

See valikujuhend soovitab peristaltilisi pumpasid madala viskoossusega, nihketundlike või steriilsete vedelike jaoks ning hammasrataspumpasid kõrge viskoossusega, kõrgsurve või impulsivaba doseerimise jaoks.

Millise viskoossuse vahemiku iga pumbatüüp tegelikult katab?

Hammasrattapumbad katavad kõige laiema viskoossusvahemiku – Viking Pump reguleerib reguleeritava kliirensiga mudeleid vahemikus 1 kuni 440 000 cSt –, samas kui peristaltilised torupumbad katavad õhukesi kuni mõõdukalt viskoosseid vedelikke ja tugevdatud voolikupumbad ulatuvad madalama rõhuga jäigadesse, tahkete ainete sisaldusega keskkonda.

Kasutatav vahemik on kitsam, kui kumbki andmeleht soovitab, sest korraga kehtivad kaks küsimust: mida vedelik pumbaga teeb (kulumine, korrosioon, toru väsimine) ja mida pump vedelikuga teeb (nihke, pulsatsioon, saastumine). Spetsiaalse 3D-printimise vedeliku puhul näeb see kaardistus välja nagu tabel 1.

Kust tuleb vedeliku käitlemise piir

Kaks pumbaperekonda kasutavad vastupidiseid tihendusstrateegiaid. Hammasrataspump moodustab pumbapea sees kolm dünaamilist tihendit ja toetub vahede sees olevale vedelikukilele, et eraldada kõrgsurve väljalaskeava madalrõhu sisendist. Peristaltiline pump ei lase vedelikul kunagi tihendini jõuda: rullid või jalatsid suruvad toru tasaseks ja vedelik liigub suletud taskus.

See üksik erinevus selgitab kogu piiri. Viskoossus domineerib hammasrattapumba käitumises ja ei mõjuta vaevu peristaltilist tihendust; tühjendusrõhk seatakse esimesel juhul pumba pea ja teisel juhul toru abil.

Miks kaotavad hammasrattapumbad madala viskoossusega tindi puhul doseerimistäpsuse?

Hammasrataspump tihendab vedelikukilele oma vahede sees. Kui vedelik on lahja, lekib suurem osa sellest väljalaskeavast sisselaskeavasse tagasi – libiseb –, nii et tarnitav maht langeb alla teoreetilise nihke ning viga muutub koos rõhuerinevuse ja käigukasti kulumisega.

Micropump kirjeldab kolme dünaamilist tihenduspiirkonda hammasrattapumbas: hammasratta otsad vastu õõnsuseina, kahe hammasratta ühenduspunktid ja ühenduspinnad, kus hammasrattad kohtuvad korpuse ja otsakorgiga. Vahed on vältimatud, kuna osad peavad liikuma, nii et osa vedelikust läheb alati sisemiselt ringlusse.

Slip ei ole kindel number. See süveneb, kui diferentsiaalrõhk suureneb, viskoossus väheneb ja käigud kuluvad. Seetõttu võivad kaks identset pumpa anda kahe erineva tindiga erinevat kogust ja hammasrattapumba voolu-rõhu kõver paindub rõhu tõustes.

Tootjad vastavad kliirensistrateegiaga, mitte ühe spetsifikatsiooniga. Viking Pump pakub reguleeritavaid vahesid 1 kuni 440 000 cSt, nii et ühe pumbaperekonna saab ehitada õhukeste vedelike jaoks tihedalt või lahtiselt raskete pastade jaoks. Micropump kasutab rõhuga imikinnitust, mis sulgub, kui diferentsiaalrõhku tõuseb, hoides käigukasti tööea jooksul peaaegu nulli.

Madala viskoossusega tindi puhul järgitakse kolme reeglit. Hoidke diferentsiaalrõhku madalal, sest libisemine on rõhupõhine. Filtreerige kõvad osakesed kuni 5 µm, sest kulumine avab vahesid ja suurendab püsivalt libisemist. Ja toite pumpa üleujutatud sisselaskeavast: hammasrataspumbad ei ole iseimevad ega tohiks kunagi kuivada. Kui neid reegleid ei ole võimalik täita, on peristaltiline pump stabiilsem doseerimisvalik, kuna selle nihutatud ruumala määrab toru, mitte vahemaa.

Miks peristaltilised pumbad lakkavad töötamast kõrge viskoossusega pastaga?

Sest toru on surveanum. Peristaltiline pump tekitab survet voolikut või toru pigistades, nii et selle väljalaskerõhku piirab selle toru tugevus ja väsimus, mitte vedelik.

Kahel peristaltikaklassil on erinevad laed. Täppistorupumbad on ehitatud madala rõhu ja doseerimise jaoks: Verderflex Ds500 annab kuni 30 l/h maksimaalse tühjendusrõhuga 7 baari ja Microdos OEM-i tootesari on hinnatud 3 baarile. Tugevdatud voolikupumbad ulatuvad kaugemale – Verderflex Dura saavutab 55 000 l/h ja kuni 16 baari, ±1% mõõtmistäpsusega ja 9,5 m imemiskõrgusega. Pumbapea konstruktsioon määrab ülejäänu: rullipead toetavad rõhku kuni 8 baari, samas kui jalatsipead jaotavad koormuse suuremale pinnale ja on eelistatud kõrgemate rõhkude, kuni umbes 15 baari, ja viskoossemate vedelike jaoks.

Viskoosse materjali pumpamine koormab ka imemisfaasi. Peristaltiline pump tõmbab vedelikku, kui kokkusurutud voolik vetrub tagasi; voolavuspingega pasta peab sellele taastumisele vastu ja võib toru täitmise asemel kaviteerida. Suure viskoossusega töötamiseks on seetõttu vaja üleujutatud või rõhu all olevat etteandejõudu, mitte imemist, kuigi pump täitub õhukeses vedelikus kergesti.

Viimane piir on toru ise. Peristaltilised voolikud purunevad nende tugevduskihi väsimise tõttu ja toru vananedes väheneb vool. AxFlow valikujuhis on pumba ülemõõtmine ja aeglasem käitamine, mis pikendab toru eluiga suurema pumbapea arvelt. Kui otsik vajab rohkem survet, kui toru mahutab, ei kehti ükski peristaltiline valik: pasta väljapressimine liigub silindri või kolvi toidetavasse nihkega ekstruuderisse, kus rõhu tekitab pigem pöördemoment kui toru tugevus.

Kuidas otsustab vedeliku ühilduvus kahe pumbatüübi vahel?

Hõõrdumis- ja nihketundlikkus tõmbavad vastupidises suunas. Kõvad keraamilised osakesed hävitavad väikese kliirensiga hammasrattapumbad, kuid kannavad ainult peristaltilist toru; nihketundlikud tindid taluvad peristaltilist pumpa, kuid võivad hammasrattapumba vahedes kahjustada saada.

Keraamiline pulber on kõva, mistõttu soovitab Micropump filtreerida kuni 5 µm, kus osakesed on kõvad: need osakesed kiirendavad hammasrattapumba kulumist. Robocasting-tindi koostises on rohkem kui 40 mahuprotsenti keraamilist pulbrit, mille osakeste suurus on palju suurem kui filtri nimiväärtus, nii et täppiskäigupumpa ei saa selles töös kaitsta ilma tinti vahetamata. Kui tänapäeval kasutatakse keraamikas hammasrataspumpasid, tsirkuleerivad need digitaalsete plaadiprinterite prindipeadesse peent pigmendikaalu tinti ning tarnijad määravad kulumiskindlad pumbamaterjalid just sel põhjusel.

Nihke on teine ​​telg. Tarnijad kirjeldavad peristaltilisi pumpasid kui väikese nihkejõuga pumpasid, kuna vedelik surutakse läbi toru, selle asemel, et suruda läbi kitsaste vahede – see on nõue nihketundlike polümeeride, geelide ja rakkudega koormatud biotindi puhul. Hammasrattapump avaldab vedelikule suure nihkejõu ülekande otstes ja võrgus, mis on vastuvõetav pigmenteerunud tindi ja pastade puhul, kuid riskantne nihketundlike süsteemide puhul.

Saastumise kontroll on kolmas. Peristaltilises pumbas puutub vedelik kokku ainult toruga, nii et ristsaastumine on välistatud ja võimalik on ühekordselt kasutatav vedelikutee – põhjus, miks peristaltilised pumbad domineerivad steriilses vedelikukäitluses. Hammasrattapump paljastab vedeliku hammasratastele, plaatidele ja tihenditele, nii et puhastuse valideerimine, surnud maht ja materjalide ühilduvus muutuvad disaini osaks.

Temperatuur määrab praktilise akna. Verderflex hindab Verderprene torusid vahemikus +10 kraadi kuni +85 kraadi ja plaatinaga kõvendatud silikooni -20 kraadi kuni +80 kraadi USP VI klassi heakskiidul ning soovitab mitte pumbata vedelikke üle 85 kraadi. Roostevabast terasest, PTFE-st, Rytonist või PEEK-st valmistatud niisutatud osadega hammasrattapumbad ei ole toru elastsuspiiriga piiratud.

Hammasrataspump vs peristaltiline pump: otsene pumbatüübi võrdlus

Valveajal on lõhe puhas. Peristaltilised pumbad võidavad iseimevatel, kuivkäigul, väikese nihkejõuga ja ühekordselt kasutatavatel vedelikuteedel. Hammasrattapumbad võidavad survet, impulsivaba voolu ja doseerimisstabiilsust paksus, suure kuivainesisaldusega keskkonnas.

Spetsiaalses 3D-printimise süsteemis on kaks pumbatüüpi sageli pigem kombineeritud kui nende vahel valitud. Peristaltiline pump doseerib või tsirkuleerib vedelikku reservuaarist, kuna see saab hõlpsalt hakkama imemise, tahkete ainete ja saastumisega, samas kui hammasrataspump tagab surve ja impulsivaba voolu, mida otsik või prindipea vajab. Seejärel saab piiriküsimuseks see, milline pump omab mõõtmisfunktsiooni.

Kui vedelik on õhuke ja doseerimistolerants on mõõdukas, peaks see kuuluma peristaltilisele pumbale. Kui vedelik on paks, abrasiivne või seda tuleb juhtida rõhu all väikesesse avasse, peaks see kuuluma hammasrattapumbale – ja ringluses olevat peristaltilist pumpa tuleks käsitleda toitepumbana.

Millised vedeliku omadused peale viskoossuse nihutavad piiri?

Saagispinge, tahkete ainete koormus, osakeste suurus ja kuju, temperatuur, tiksotroopia ja töötsükkel nihutavad kasutatavat piiri – mõnikord suurusjärgu võrra kummaski suunas.

Kuidas peaksin seadistama vedeliku tee iga pumbatüübi jaoks?

Iseloomustage vedelikku printimistemperatuuril ja nihkekiirust, mida pump näeb, fikseerige tööpunkt ja seejärel valige pump, mis vastab mõlemale. Kümme sammu hõlmavad enamikku spetsiaalseid 3D-printimisvedelikke.

Mõõtke näivat viskoossust rohkem kui ühe nihkekiirusega, temperatuuril, mille vedelik pumbas jõuab. Kasutage mitte-Newtoni materjalide puhul rotatsioonimeetodit (ISO 3219-2, ASTM D2196) ja koonuse ja plaadi suure nihkejõu meetodit, kus vedelik läbib väikese ava (ASTM D4287). Voolutass (ISO 2431) on piisav ainult Newtoni lähedase tindi kiireks kontrollimiseks töökojas.

Enne kataloogide võrdlemist teisendage ühikud. Kinemaatiline ja dünaamiline viskoossus on seotud erikaaluga: cSt × erikaal=cP ja cP ÷ erikaal=cSt.

Kinnitage tööpunkt: nõutav voolukiirus, nõutav rõhk düüsis või prindipeas ja tingimused reservuaari ümber.

Rakendage piirreegleid järjekorras: kõigepealt viskoossusriba, seejärel hõõrdumine, nihke ja steriilsus. Tabel 1 on lähtepunkt.

Peristaltilise pumba puhul valige tööpunktist suurem suurus ja töötage aeglasemalt; toru eluiga pikeneb rootori kiiruse langedes.

Kui peristaltiline pump toidab düüsi, paigaldage pulsatsiooni summutaja; ühtlane konstantne voolukiirus kaitseb allavoolu komponente.

Hammasrattapumba jaoks projekteerige üleujutatud sisselaskeava ja ärge kunagi laske seda kuivada. Lisage vabastusrada, sest libisemine ja süsteemi rõhk muutuvad mis tahes allavoolu piiranguga.

Määrake filtreerimine osakeste kõvaduse järgi - 5 µm kõvade osakeste puhul, jämedam ainult seal, kus osakesed on pehmed – ja veenduge, et tindi enda tahke aine jääks alla piirnormi.

Valige toru või vooliku segu keemia, temperatuuri ja regulatiivsete nõuete jaoks ning pidage meeles praktilist 85-kraadist lagi.

Kalibreerige pigem prindipea kui pumba väljalaskeava juures ja kontrollige toru vananedes uuesti, sest toru väsimisel väheneb peristaltiline vool.

Millise pumba peaksite oma 3D-printimisvedeliku jaoks valima?

Valige peristaltika õhukeste, nihketundlike või steriilsete vedelike jaoks mõõduka rõhu korral ja varustus paksude, abrasiivsete või kõrgsurvetööde jaoks. Viis reeglit lahendavad enamiku juhtudest.

Alla 1000 mPa·s ilma abrasiivsete tahkete aineteta ja mõõduka rõhuga: peristaltiline torupump. See mõõdab toru mahu järgi, talub hästi õhukesi vedelikke ja hoiab vedeliku toru sees.

Alla 1000 mPa·s, kuid vedelik tuleb prindipeasse süstida rõhu all: 5 µm filtriga kitsa vahega hammasrattapump, madal diferentsiaalrõhk ja gravimeetriline kalibreerimine.

1000–10 000 mPa·s pehmete või lahustunud tahkete ainetega: hammasrataspump, sest viskoossus tihendab nüüd vahesid ja impulsivaba vool parandab sadestumist.

Kõvade keraamiliste osakestega üle 10 000 mPa·s: hammasrataspump ainult juhul, kui konstruktsioon talub kulumist ja üleujutatud etteannet; muul juhul on see silindritoitega ekstruuder, kuna torupumbad on väljaspool oma rõhuvahemikku.

Steriilne, ühekordselt kasutatav või ristsaastumiskriitiline: peristaltiline pump USP klassi VI torudega, mis tahes viskoossusega toru rõhuklassi piires.

Kui määrate pasta ekstrusiooni või materjali pihustamiseks vedeliku tee, saavad meie insenerid pumba valiku, etteande paigutuse ja prindipea liidese teie vedeliku andmete põhjal üle vaadata. Jagage meie kaudu reoloogiakõverat ja tööpunkti3D printimise teenusleht võiküsi hinnapakkumistja me kinnitame, millise pumba tüübi jaoks peaks mõõtmisfunktsioon kuuluma.

Korduma kippuvad küsimused

Kas peristaltiline pump saab hakkama keraamilise pastaga?

Piiride piires. Voolikpumbad liigutavad jäika, tahke ainega koormatud keskkonda, kuid ainult sellisel rõhul, mida voolik suudab vastu pidada – keskklassi Verderflex Dura mudelid ulatuvad 12 baarini ja läbivad osakesi kuni 2,5 mm. Täppistorupump on erinev juhtum: suure kuivainesisaldusega robocasting-pasta vajab rohkem survet, kui toru suudab pakkuda, seega kasutatakse pasta ekstrusioonil tavaliselt silindri või kolvi etteannet.

Kas hammasrattapump saab hakkama madala viskoossusega tintiga?

Jah, aga täpsus sõltub disainist. Libisemine suureneb viskoossuse langedes, seega määrake kitsad vahed, hoidke diferentsiaalrõhku madalal ja filtreerige kõvad osakesed kuni 5 µm. Teoreetilise nihke arvu usaldamise asemel peate kalibreerima prindipeas.

Milline viskoossus on peristaltilise pumba jaoks liiga kõrge?

Ühtset numbrit pole, sest tegelik piir on pigem rõhk kui viskoossus. Torupump, mille rõhk on 3–7 baari, ei ole enam praktiline, kui vedelik vajab liikumiseks rohkem survet, kui toru mahutab. 10⁵ mPa·s klassi jäik keraamiline pasta on torupumpadest suurem ja voolikpumbad töötavad seda ainult vähendatud voolu korral.

Milline pump on parem abrasiivsete keraamiliste suspensioonide jaoks?

Peristaltiline voolik või torupump, sest ainuke kuluv osa on voolik või toru ja seda vahetatakse regulaarselt – vahet ei pea hoidma. Hammasrattapumbad võivad kasutada abrasiivseid vedelikke, kuid kulumine avab vahesid ja suurendab püsivalt libisemist, mistõttu on kõvade osakeste puhul soovitatav filtreerida 5 µm.

Kuidas mõõta viskoossust pumba valimisel?

Kasutage mitte-Newtoni vedelike jaoks rotatsioonireomeetrit või viskosimeetrit (ISO 3219-2, ASTM D2196), koonuse ja plaadiga suure nihkejõuga meetodit, kus vedelik läbib väikese ava (ASTM D4287), ja voolutasku (ISO 2431) ainult Newtoni-lähedaste inkside kiireks võrdlemiseks. Teatage alati koos väärtusega temperatuur ja nihkekiirus.

Kas hammasrattapumbad kahjustavad nihketundlikke vedelikke?

Nad saavad. Läbi tühikute ja hammasrattavõrgu läbiv vedelik näeb suurt nihkejõudu, mistõttu on peristaltilised pumbad soovitatavad nihketundlike toodete, nagu geelid, polümeerid ja rakukultuurid, jaoks. Pigmenteeritud tintide ja keraamiliste pastade puhul pole see nihke probleem.

Alumine rida

Hammasrataspumpade ja peristaltiliste pumpade vaheline piir on viskoossuses väljendatud rõhupiir: peristaltilised pumbad tihendavad mehaaniliselt, kuid ei suuda arendada kõrget rõhku, hammasrataspumbad aga arendavad rõhku, kuid tihendavad ainult nii hästi, kui vedelik seda võimaldab. Sobitage viskoossus, hõõrdumine ja nihkejõud nende piirangutega, seejärel kontrollige prindipea kalibreerimiskäiguga.