Redução de ruído da bomba da impressora 3D: mods silenciosos que duram

A redução de ruído da bomba da impressora 3D geralmente começa longe da bomba: a montagem, a tubulação e a configuração da unidade carregam a maior parte do som. Fixe primeiro o caminho de montagem, depois mova a banda PWM para 20-25 kHz e, em terceiro, proteja a peça de desgaste. Um valor publicado de 60 dB é uma condição de teste e não uma promessa para sua máquina, portanto meça 30 cm antes e depois de cada alteração.

Onde começa a redução de ruído da bomba da impressora 3D

Uma bomba faz barulho em três locais distintos, e cada um deles assume uma posição diferente: o caminho do fluido, o motor e seu acionamento, e a estrutura à qual a bomba está aparafusada.

A lista de falhas do fabricante nomeia cinco causas, e três são problemas de manutenção: marcha lenta, incrustação e entrada bloqueada que treme sob pressão negativa. Os outros dois são uma incompatibilidade de drive que adiciona um tom fraco de alta frequência e tolerância de rotor e eixo, considerada a maior fonte de todas - uma variável de design que nenhum suporte pode curar.

Os motores com escova acrescentam uma segunda assinatura: o desgaste da escova de carbono produz faíscas e ruído, e o fluido que atinge a folga do estator-rotor pode danificar o motor.

Como separar o ruído PWM do ruído mecânico

Três testes separam as fontes antes de você comprar qualquer coisa. Mantenha o regime constante e altere apenas a frequência PWM: se o tom se mover, o ruído será elétrico. Pressione o suporte enquanto a bomba funciona: se o volume mudar, a moldura está irradiando. Compare uma partida a frio com uma corrida de trinta minutos: um ruído que cresce ao longo de semanas aponta para escala, enquanto o ruído que começa no momento em que o reservatório se esvazia aponta para marcha lenta.

Tabela 1. Fontes de ruído da bomba, assinatura publicada de cada uma e teste que a identifica.

Fontes: nota de solução de problemas de ruído do fabricante e resumo de especificações; a linha sustentada pela estrutura é uma prática de engenharia, não uma medição publicada.

Leia a seguir:Soluções de ruído de bomba de água Micro DC.

Meça o ruído antes de modificar a bomba

Uma linha de base tomada da mesma maneira supera duas vezes qualquer valor anunciado. Registre o nível em 30 cm e 1 m no serviço que você executa, com a máquina montada, e anote sempre a distância e a montagem.

Os dois números publicados não são comparáveis. A bomba de 3 V está abaixo de 60 dB a 30 cm, medida a 5 V DC em uma esponja de 5 cm; a bomba de 24 V é publicada em 60 dB a 50 cm sem nenhuma condição de montagem declarada. A pressão sonora cai cerca de 6 dB cada vez que a distância dobra, então 60 dB a 50 cm são aproximadamente 64 dB a 30 cm em campo livre. Numa base comparável, ambas as bombas não estão abaixo de 60 dB.

Use um aplicativo de telefone para comparação antes e depois, mas um medidor conforme IEC 61672-1 quando o número for publicado, porque um telefone não tem peso declarado. Julgue o nível com o braço estendido, onde o ouvinte está sentado.

Leia a seguir:Bomba peristáltica vs bomba de engrenagem para impressoras 3D.

Instalação de absorção de choque para redução de ruído da bomba da impressora 3D

Um isolador é uma mola e um amortecedor juntos e se comporta como um filtro mecânico passa-baixa: acima de sua frequência natural reduz a transmissão, na ressonância ele a amplifica. É por isso que a mesma almofada de borracha pode tornar uma impressora mais silenciosa e outra mais barulhenta.

Instalação de bomba de impressora 3D com absorção de choque

A carga e a geometria são mais importantes que o material. Mantenha a compressão de trabalho dentro da faixa elástica do isolador, porque uma almofada comprimida é um elo rígido, e mantenha a frequência natural do isolador bem abaixo da frequência que a bomba excita.

Tabela 2. Propriedades do elastômero para suportes de bomba, com o suporte usado no teste de ruído publicado.

Fontes: Tabelas de propriedades de EPDM e silicone das referências de polímeros citadas; linha de montagem na página do produto da bomba de 3 V. 'Não declarado' significa que a fonte citada não publica o valor.

As cinco maneiras pelas quais um retrofit com absorção de choque falha

Construindo uma ponte sobre o isolador.Um parafuso através da almofada, uma braçadeira de cabo ou um suporte rígido cria um caminho paralelo e o elastômero não faz nada.

Tubulação rígida.As condições de teste documentadas usam silicone 45 Shore A com furo de 2,5 mm e passagens de entrada de 350 mm e saída de 250 mm. Um tubo curto e rígido transmite vibração: muito duro pode não vedar a rebarba, muito mole pode colapsar sob sucção.

Montagem na frequência errada.Uma almofada macia sob um suporte de luz pode colocar a frequência natural da montagem dentro da faixa de excitação da bomba, onde amplifica em vez de isolar; mais massa de suporte ou um amortecedor nivela esse pico.

Ignorando o isolador com fiação.Cada cabo ou tubo que atravessa a lacuna é um curto-circuito vibratório; deixe um loop de serviço em cada um.

Apertar excessivamente os fixadores.A compressão além da faixa elástica transforma o isolador em um espaçador rígido.

Figura 1. Transmissibilidade modelada de um suporte de bomba: a vibração é amplificada na ressonância e atenuada apenas acima do ponto de cruzamento, e mais amortecimento diminui o pico.

Fonte: modelo do autor usando a relação padrão de transmissibilidade de grau único de liberdade T=1 / sqrt((1 - r^2)^2 + (2 zeta r)^2) para r=f/fn, combinada com a descoberta publicada de que um isolador passivo é um filtro passa-baixa mecânico. Um modelo, não uma medida.

Leia a seguir:Especificação da bomba SC2301CPW 24 V.

Modificação silenciosa com controle de velocidade PWM da bomba peristáltica

O PWM define a velocidade por serviço e o som por comutação de frequência. Os pontos de partida publicados são 20 kHz, uma banda de 20-25 kHz para operação silenciosa e um aviso de que além de aproximadamente 30-40 kHz um pequeno driver gasta energia real apenas na comutação.

Em serviço baixo, a bomba entra em uma zona morta onde o atrito e o torque da carga impedem sua partida: ela zumbe, aquece o enrolamento e não move nada. Defina o comando mínimo acima do ponto de partida confiável e prefira um driver que já lide com comutação, limitação de corrente e partida suave.

Modificação silenciosa: escolha da banda de frequência

A Figura 2 coloca a recomendação contra a banda audível. A audição humana abrange aproximadamente 20 Hz a 20 kHz, portanto, a comutação em 20-25 kHz remove o ruído elétrico, enquanto acima de 30-40 kHz as perdas de comutação começam a custar energia e calor reais.

Figura 2. Bandas de comutação PWM publicadas em relação à faixa audível da audição humana.

Fontes: guia de aplicação PWM do fabricante (ponto inicial de 20 kHz, banda silenciosa de 20-25 kHz, perdas de comutação acima de aproximadamente 30-40 kHz); faixa auditiva de 20 Hz a 20 kHz da referência acústica citada.

Fiação: mantenha o ruído elétrico longe da impressora

O ruído de comutação de um motor escovado não permanece na fiação da bomba: em uma impressora, ele pode se acoplar aos sinais do termistor ou às tensões de referência do driver de passo e causar leituras erráticas. Mantenha a fiação da bomba longe dos circuitos do termistor e do fim de curso, mantenha o caminho de retorno curto e proteja os percursos longos.

Os MCUs da impressora fornecem cerca de 25-40 mA por pino e 150-200 mA em seus pinos de alimentação, enquanto as bombas pequenas consomem 100-500 mA, portanto, uma porta de ventilador precisa primeiro confirmar seu MOSFET, fusível e espaço para trilho. Use um MOSFET de nível lógico do lado inferior classificado para corrente de bloqueio com um fusível de ramal e um diodo flyback e dimensione a fonte para inrush: um conversor altera a tensão, mas nunca cria corrente.

Leia a seguir:Como o PWM afeta as microbombas.

Modificações de extensão de vida útil

A vida útil é gasta pelo calor, funcionamento a seco e horas sob carga, por isso as modificações que a prolongam são térmicas, hidráulicas e operacionais, e não acústicas.

Vida útil da bomba peristáltica: proteja o tubo

O tubo determina a vida útil da bomba peristáltica e as orientações publicadas para o serviço de recarga da impressora são de vários meses a um ano. Libere a oclusão quando a máquina estiver ociosa, porque um tubo mantido comprimido continua recebendo um conjunto de compressão - o mecanismo coberto pelo teste padrão de conjunto de compressão - e mantém a geometria documentada: silicone 45 Shore A, furo de 2,5 mm e entrada de 350 mm com passagens de saída de 250 mm.

As classificações dos ciclos merecem o mesmo ceticismo que os números do ruído. A página do produto indica mais de 300.000 ciclos em um padrão de 5 segundos ligado e 3 segundos desligado, além de um teste separado atingindo 600.000 ciclos de entrega, enquanto um artigo de aplicação cita uma vida útil testada de 480.000 ciclos. Trate cada um como uma descrição de teste e planeje a substituição do tubo em horas, não em um título de ciclo.

Manutenção da bomba de engrenagens: folgas e escorva

A manutenção da bomba de engrenagens começa com o fluido, que é tanto lubrificante quanto rolamento. A especificação publicada proíbe o funcionamento a seco além de 20 segundos, porque as engrenagens se desgastam contra a carcaça e abrem as folgas permanentemente, e uma saída bloqueada não para a bomba: aumenta vazamento interno, calor e desgaste. Filtre a entrada, escorve antes de cada partida e mantenha a faixa ambiente de 5 a 45°C com fluxo de ar ao redor da tampa da extremidade do motor.

Tabela 3. Modificações de retrofit, o mecanismo por trás de cada uma e a força das evidências.

Fontes: guia de aplicação PWM do fabricante, orientação de manutenção do sistema de fluidos, resumo das especificações de 24 V e página do produto de 3 V; mecanismo de conjunto de compressão de acordo com ASTM D395.

Leia a seguir:Bomba SC2201RPW para recarga de resina.

Solução de problemas de bombas de engrenagens e manutenção baseada em estado

O caminho mais rápido para solução de problemas de bombas de engrenagens é aritmético, e não adivinhado: compare a vazão, a corrente e a pressão atuais com os números registrados no comissionamento. A maioria das falhas no sistema de fluidos remonta a cinco variáveis ​​– deslocamento por rotação, pressão de trabalho, viscosidade, condição de sucção e ciclo de trabalho – portanto, descobrir qual delas se moveu é a maior parte do diagnóstico.

O plano de manutenção da bomba de engrenagens publicado fornece os critérios. A cada 40 horas de uso da bomba, execute uma verificação de dose cronometrada e uma leitura atual: a dose dentro de 5% do volume comissionado, a corrente dentro de 20%. Semanalmente, inspecione o tubo na pista de roletes em busca de pontos planos, inchaços e anéis úmidos, e limpe o filtro de entrada. Mensalmente, verifique novamente a calibração após qualquer troca de fluido. Trimestralmente, substitua o filtro, verifique o comando de partida mínima e verifique o diodo flyback.

Tabela 4. Matriz de solução de problemas para bombas de impressora, construída a partir das listas publicadas de falhas e manutenção.

Fontes: nota de solução de problemas de ruído do fabricante; orientação de manutenção do sistema de fluidos (intervalo de 40 horas, dose de 5% e critérios atuais de 20%).

Leia a seguir:Resolvendo obstruções, bolhas e vazamentos.

Uma sequência de retrofit para um fim de semana

Execute primeiro as etapas baratas e reversíveis e meça depois de cada uma delas para saber qual mudança realmente funcionou.

Linha de base.Registre o nível a 30 cm e 1 m no serviço de trabalho, além de dose temporizada, corrente do motor, pressão de entrega e temperatura ambiente.

Monte.Coloque os elastômeros carregados dentro de sua faixa elástica, remova qualquer coisa que prenda a almofada e deixe um laço de serviço em cada tubo e cabo.

Caminho fluido e direção.Mantenha a dureza e o diâmetro do tubo documentados, escorve com a entrada inundada, defina a banda PWM para 20-25 kHz acima da zona morta e confirme o MOSFET, o fusível e o diodo flyback se a bomba estiver conectada a uma porta de ventilador.

Meça novamente e registre.Repita exatamente a linha de base e depois repita-a após 24 horas de impressão: uma mudança que não sobrevive a um dia de calor não é uma solução.

Leia a seguir:Silencioso, mas potente: bomba de impressora de 24 V.

O que um retrofit não pode resolver

A maior fonte de ruído publicada nesta família é a tolerância do rotor e do eixo, decidida no projeto e na fabricação. Uma bomba que faz barulho em todas as velocidades, inundada ou seca, não ficará silenciosa por causa de um suporte ou configuração de PWM: especifique a tolerância e verifique na amostra.

Problemas de manutenção também não são problemas acústicos. Uma entrada bloqueada, incrustações e um tubo desgastado aumentam o ruído e consomem vida útil; portanto, a redução de ruído mais barata geralmente é o serviço que a máquina já deve.

Cinco reivindicações publicadas também entram em conflito e cada uma deve ser resolvida por escrito antes que esta orientação chegue a uma especificação. Os mesmos números de modelo são descritos como bombas de engrenagem em algumas páginas e bombas peristálticas em outras. Um padrão de serviço carrega três valores de ciclo: mais de 300.000, 480.000 testados e até 600.000. A tensão definida está listada como 3/5/8 V e 3/6/12 V. Uma página afirma que não há consumíveis de tubulação, enquanto a página do produto descreve um caminho de fluido de tubo de silicone. A mesma bomba é cotada para mais de 30 kPa e não menos que 6 psi, cerca de 41 kPa.

Leia a seguir:3,0 V ou 24 V? Correspondência da placa-mãe.

Principais conclusões

Separe os três caminhos de ruído antes de comprar qualquer coisa: o caminho do fluido, o acionamento do motor e a estrutura à qual a bomba está aparafusada.

Um isolador é um filtro passa-baixa, não uma esponja: ele amplifica na ressonância e atenua acima desse ponto, portanto, a carga, a massa do suporte e a geometria são mais importantes do que o material.

Nunca conecte o isolador: um parafuso através da almofada, uma braçadeira de cabo ou um tubo rígido coloca a vibração de volta na estrutura.

20-25 kHz é a banda PWM silenciosa publicada; abaixo do regime de partida confiável, a bomba apenas zumbe e aquece o enrolamento.

Os pinos MCU fornecem 25-40 mA enquanto bombas pequenas consomem 100-500 mA: use um MOSFET classificado para corrente de bloqueio com um fusível e um diodo flyback, dimensionado para inrush.

A vida útil segue as mesmas correções: libere a oclusão do tubo quando ocioso, substitua o tubo após 500 horas ou dois terços de vida útil e nunca faça funcionar a seco uma bomba de engrenagem após 20 segundos.

Perguntas frequentes

Quanto a redução de ruído da bomba da impressora 3D pode alcançar?

Depende de qual dos três caminhos transmite o som mais alto, então meça antes e depois. Os valores publicados nesta família ficam em 60 dB ou menos, mas foram obtidos em diferentes distâncias e montagens, e os maiores ganhos geralmente vêm da remoção do acoplamento estrutural, e não do interior da bomba.

Por que a bomba da minha impressora 3D está mais barulhenta do que costumava ser?

Verifique primeiro as causas da manutenção: a escala adiciona um ruído progressivo, uma entrada parcialmente bloqueada produz tremores, o ar na linha de sucção torna a inicialização barulhenta e um tubo com pontos planos ou inchaço altera o fluxo e o som. Compare a dose e a corrente com os valores comissionados antes de culpar a bomba.

O controle de velocidade PWM da bomba peristáltica pode reduzir o ruído por conta própria?

Remove o ruído elétrico e nada mais. Mova a banda de comutação para 20-25 kHz e mantenha o comando mínimo acima da zona morta; se pressionar o suporte alterar o volume, o problema é estrutural e não elétrico.

Como faço para impedir que a vibração da bomba atinja a estrutura da impressora?

Monte a bomba em um isolador de elastômero carregado dentro de sua faixa elástica, remova caminhos paralelos, como um parafuso através da almofada ou tubo rígido, deixe um laço de serviço em cada tubo e cabo e adicione massa se o suporte for leve. Em seguida, meça novamente na mesma distância.

Quanto tempo dura um tubo de bomba peristáltica em uma impressora 3D?

A orientação publicada para o serviço de recarga da impressora é de vários meses a um ano, e o plano de manutenção exige a substituição em 500 horas ou dois terços da vida útil calculada do tubo. Inspecione-o semanalmente em busca de manchas planas, inchaço e anéis úmidos.

O que devo verificar primeiro quando uma bomba de engrenagens para de funcionar?

Verifique na ordem de falha publicada: funcionamento a seco após 20 segundos, que abre folgas permanentemente; saída bloqueada, que aumenta vazamento e calor em vez de parar a bomba; um filtro de entrada bloqueado; e fluido muito frio ou muito espesso. O fluxo e a corrente em relação à linha de base separam o desgaste de um bloqueio.