Ambas as famílias de bombas são de deslocamento positivo, portanto ambas mantêm seu fluxo enquanto o circuito resiste; o que os separa é como cada um fecha a lacuna entre sua entrada e sua saída. Essa única diferença de design explica quase todo o resto, desde a viscosidade que cada bomba prefere até a pressão que ela pode suportar e a peça que eventualmente se desgasta.

A versão prática da regra é curta. Abaixo de aproximadamente 1.000 mPa·sa, a bomba tubular é o padrão mais seguro; acima de aproximadamente 10.000 mPa·sa, a bomba de engrenagem mantém a pressão e mede sem pulsação, e entre isso o próprio fluido decide. Este guia separa essa regra para os quatro materiais que uma impressora realmente manipula: PLA e polímero fundido, pasta de alimentos, resina de fotopolímero e refrigerante.

Duas maneiras de vedar uma bomba e por que todo o resto segue

Uma bomba de engrenagens veda com o próprio fluido, e uma bomba peristáltica veda apertando o tubo, razão pela qual uma é sensível à viscosidade e a outra é sensível à pressão.

Ambas as famílias movem um volume fixo por revolução, portanto ambas são descritas como deslocamento positivo e fornecem um fluxo que acompanha a velocidade do motor. A diferença que importa é o que acontece no intervalo entre a saída de alta pressão e a entrada de baixa pressão.

A bomba de engrenagens veda com o fluido que está movendo

Dentro do cabeçote, três vedações dinâmicas separam a entrada da saída, e a vedação entre elas é uma película do próprio fluido situada em espaços da ordem de dez micrômetros.

Esse arranjo tem consequências que aparecem na seleção e não no marketing. Como a vedação é o fluido, um fluido espesso veda melhor do que um fluido fino: o deslizamento através das folgas aumenta à medida que a viscosidade cai, de modo que as tintas finas e a água perdem a precisão da medição, a menos que a pressão diferencial seja mantida baixa e o fluido seja mantido limpo. As mesmas engrenagens rígidas e folgas apertadas são o que permite que uma bomba de engrenagens mantenha alta pressão e mova fluidos viscosos ou cheios que paralisariam outro projeto. Partículas duras são inimigas de ambas as características, pois trituram a própria folga que faz a vedação.

A bomba peristáltica veda obstruindo o tubo

Rolos ou sapatas comprimem um tubo flexível e o fluido viaja dentro dessa bolsa fechada, de modo que o fluido nunca atinge uma vedação, uma engrenagem ou um rolamento.

A vedação quase não depende da viscosidade, razão pela qual as bombas tubulares manuseiam água, resina e pastas espessas de mel com a mesma cabeça. O que os limita é o tubo: as bombas de tubo peristáltico normalmente atingem cerca de 3 a 7 bar, as cabeças dos rolos até cerca de 8 bar e as bombas de mangueira tipo sapata cerca de 15 bar. Peça a uma bomba tubular mais do que seu tubo pode suportar e o tubo é o que falha, geralmente por achatamento, rachadura ou extrusão por baixo dos rolos.

A decisão de selagem, seguida até a máquina

A linha de viscosidade: 1.000 e 10.000 mPa·s

Abaixo de cerca de 1.000 mPa·sa a bomba peristáltica é o padrão mais seguro, acima de cerca de 10.000 mPa·sa a bomba de engrenagem é, e a faixa entre elas é decidida pela abrasão, cisalhamento e tamanho da partícula, e não apenas pela espessura.

Esses dois números vêm de onde as estratégias de selamento se cruzam. À medida que um fluido fica mais fino, a vedação do filme de uma bomba de engrenagens enfraquece e sua precisão volumétrica varia; à medida que um fluido engrossa, uma bomba de tubo precisa de mais torque para obstruí-lo e o tubo trabalha mais em cada passagem. Coloque números nos fluidos que uma impressora realmente encontra e a linha ficará fácil de ver.

Onde os fluidos comuns de impressora caem na linha de viscosidade

Abaixo de 1.000: fluidos finos e o problema do escorregamento

Fluidos finos não são difíceis de movimentar, são difíceis de dosar com bomba de engrenagens, pois o filme que veda as folgas é fraco e a bomba perde parte de cada revolução para trás.

Refrigerantes à base de água, tintas de baixa viscosidade e fluidos de limpeza ficam nesta faixa. Uma bomba de tubo veda por oclusão, de modo que sua precisão não é afetada, ela é autoferrante a partir de uma garrafa e o baixo cisalhamento do caminho do tubo é adequado para fluidos sensíveis ao trabalho. A razão usual para escolher uma bomba de engrenagens aqui é a pressão, e não a viscosidade, e se esse for o requisito, mantenha a pressão diferencial baixa e filtre bem.

Acima de 10.000: pastas espessas, lamas e massa fundida

É nos fluidos espessos que a bomba de engrenagens deixa de ser uma opção e passa a ser a única escolha sensata, pois é a única das duas que consegue manter a pressão necessária para uma pasta e fornecê-la sem pulso.

As pastas de robocasting e as pastas cerâmicas ficam muito acima do mel, e sua viscosidade nem sequer é constante: a maioria é desbastada por cisalhamento, então elas fluem no bocal e mantêm sua forma imediatamente depois. Uma bomba de engrenagens se adapta a esse comportamento porque sua saída por revolução é fixa e sua capacidade de pressão é alta, além de produzir o fornecimento suave e contínuo que um cordão impresso precisa. Preenchimentos abrasivos são a compensação e a filtragem na entrada é o que protege as folgas.

Entre: abrasão, cisalhamento e tamanho de partícula decidem

Entre aproximadamente 1.000 e 10.000 mPa·s ambas as bombas podem fazer o trabalho, então a escolha passa para o que o fluido faz à bomba e o que a bomba faz ao fluido.

A abrasão geralmente é a primeira pergunta: as partículas cerâmicas desgastam as pontas e as placas das engrenagens, enquanto as mesmas partículas desgastam apenas um tubo que custa uma fração do custo da bomba. O cisalhamento é o segundo, porque uma pasta afinada que é sobrecarregada na malha da engrenagem altera sua reologia antes de atingir o bocal. O tamanho da partícula é o terceiro, já que um tubo pode passar sólidos macios que obstruiriam a folga da bomba de engrenagem. Faça essas três perguntas antes de perguntar sobre o preço.

Quatro trabalhos fluidos em uma impressora e o padrão que cada um executa

A maioria dos erros de seleção resulta do tratamento de todos os fluidos da impressora como um único trabalho; na verdade, uma impressora pede a uma bomba para fazer quatro coisas diferentes.

O padrão de serviço é tão importante quanto o fluido. Um circuito de resfriamento funciona continuamente em fluxo baixo, enquanto uma linha de dosagem funciona intermitentemente em pequenos volumes e alta pressão, e os dois não são adequados para a mesma bomba, mesmo quando compartilham o mesmo fluido.

Quatro trabalhos fluidos e o que cada um pede de uma bomba

Fontes: orientação do sistema de fluidos do fabricante para impressoras 3D.

Por material: PLA, pasta alimentar, resina e refrigerante

Os quatro materiais que uma impressora manuseia levam a decisão em duas direções diferentes, e vale a pena manter o raciocínio por trás de cada resposta.

Leia os quatro casos como um conjunto. Dois deles terminam com uma bomba de engrenagens por razões de pressão, um termina com um tubo por razões químicas e um é genuinamente aberto e decidido pela forma como a parte impressa responde à pulsação.

PLA e fusão de polímero: uma bomba de engrenagens, para pressão

Uma bomba de engrenagens é a resposta certa para alimentação de filamentos e pellets, e a alternativa peristáltica é descartada pela temperatura muito antes de ser descartada pelo desempenho.

Em uma máquina FDM, o atolamento recorrente é um problema de pressão de alimentação e não um problema de bico. Quando a extrusora perde aderência sob contrapressão, a zona de fusão morre de fome, superaquece e acumula material carbonizado. Um bocal de 0,4 mm em velocidades normais de impressão gera cerca de 50 a 100 kPa de contrapressão, e a impressão em alta velocidade ou com enchimento de vidro aumenta isso para 120 kPa. Uma bomba de microengrenagem classificada entre 40 e 150 kPa cobre a faixa com margem e, como a extrusora só precisa empurrar o material para a entrada da bomba enquanto a bomba manuseia o bico, a instabilidade de um lado deixa de atingir o outro.

Também vale a pena converter os números, porque explicam por que a bomba funciona fria e silenciosamente neste serviço. Com 1,75 mm de diâmetro, 100 mL/min equivale a pouco mais de 40 metros de filamento por minuto, enquanto uma impressora FDM típica consome algo entre meio metro e dois metros por minuto. A bomba, portanto, funciona com uma pequena fração de sua capacidade, que é o melhor local para ruído e desgaste. A mesma lógica explica por que as bombas de engrenagens aparecem na impressão de pellets: um reservatório cheio e um reservatório quase vazio podem diferir em mais de 30% no fluxo fornecido, e a bomba nivela isso em um fluxo constante.

Pasta alimentar: uma bomba peristáltica, para limpeza

As pastas alimentícias usam como padrão uma bomba peristáltica porque apenas o tubo toca o alimento, o que torna a limpeza uma questão de trocar um pedaço de silicone de qualidade alimentar.

Chocolate, cobertura, massa, molhos e pastas de nozes são dosados ​​desta forma, e o baixo cisalhamento do trajeto do tubo é tão importante quanto a higiene: uma pasta cuja textura depende de sua estrutura não se beneficia ao ser trabalhada em uma malha apertada. Escolha o material do tubo com o mesmo cuidado da bomba, pois silicone, PTFE e outras formulações diferem na compatibilidade química e na rapidez com que se desgastam.

Uma bomba de engrenagens ganha seu lugar quando a pasta é rígida o suficiente para precisar de pressão real ou quando a dose precisa ser perfeitamente suave em vez de pulsada. O preço é a facilidade de limpeza: uma bomba de engrenagens tem fendas ao redor das engrenagens e placas onde os resíduos se acumulam, e ingredientes abrasivos, como amendoim ou sementes, desgastam essas peças de forma constante. No setor alimentar, raramente se questiona qual bomba pode movimentar a pasta e quase sempre qual bomba pode ser limpa entre os produtos.

Resina fotopolímérica: uma bomba peristáltica, para isolamento

A resina vai para uma bomba peristáltica por um motivo esmagador: o fluido nunca chega ao mecanismo, então nada pode curar dentro da bomba.

Os fotopolímeros são agressivos para metais e plásticos e curam sob a luz, o que torna a bomba de engrenagem um risco e não uma candidata: qualquer resina deixada nas folgas durante uma pausa endurece ali e a bomba termina. Uma bomba tubular isola o fluido completamente, reabastece um recipiente em lotes de 50 a 100 mL e não precisa de preparação porque a resina pode ser retirada diretamente do frasco. Combine-o com um sensor de nível fotoelétrico e um pequeno controlador e a recarga ficará autônoma, o que é importante porque pausar uma impressão para encher o recipiente deixa uma linha visível na reinicialização. A vazão de 100 a 300 mL/min enche uma cuba em segundos, e o tubo é a única parte que precisa de lugar na prateleira.

Líquido refrigerante: genuinamente aberto, decidido por pulsação

O refrigerante é o único caso em que ambas as bombas são defensáveis, e o fator decisivo não é o pico de fluxo, mas quão estável é o fluxo quando atinge a placa fria.

O resfriamento líquido funciona na física: a água transporta cerca de quatro vezes o calor específico do ar por quilograma, portanto, um fluxo pequeno e constante remove muito mais calor do que um grande fluxo de ar. Essa vantagem é fácil de perder em uma impressora, onde um circuito de resfriamento usa tubos de 4 a 6 mm, diversas curvas e uma placa fria com canais internos estreitos, o que adiciona resistência. Uma classificação medida com contrapressão zero não sobreviverá a essa geometria, e é por isso que a estabilidade do fluxo é mais importante do que o valor máximo na caixa.

A pulsação é o problema mais sutil. Picos intermitentes atingem a placa fria e perturbam a camada limite térmica entre a placa e a fonte de calor, de modo que a eficiência do resfriamento varia com o pulso em vez de permanecer constante, e o efeito aparece na qualidade de impressão em grandes áreas sólidas. Uma bomba de engrenagens fornece fluxo suave e contínuo, adequado a um circuito de resfriamento precisamente porque o circuito é contínuo. Uma bomba peristáltica responde com isolamento de fluido, escorvamento automático e um design de baixo ruído e baixa pressão, que se adapta a retrofits onde o reservatório fica onde quer que haja espaço. Escolha a bomba de engrenagens quando o circuito for longo, o líquido refrigerante estiver espessado com glicol ou o fluxo tiver que ser perfeitamente suave; escolha a bomba tubular quando a pressão estiver baixa, o fluido deve ficar fora do mecanismo e o objetivo é escorvar de uma garrafa abaixo da máquina.

Custo de propriedade: a peça que se desgasta é a verdadeira diferença

Uma bomba peristáltica usa um tubo que custa pouco e muda em minutos; uma bomba de engrenagens desgasta peças que ficam dentro do cabeçote da bomba, portanto sua manutenção depende de quão limpo o fluido permanece.

Para o proprietário de uma impressora, esta é a diferença mais importante entre as duas famílias e é a menos visível em uma folha de dados.

Quanto custa cada família para continuar funcionando

A lacuna é grande o suficiente para ter sido modelada explicitamente. Um modelo de custo publicado para fornecimento de fluido de impressora estima a manutenção anual em cerca de US$ 76 por máquina, uma vez que o tubo é a única parte molhada, contra cerca de US$ 380 onde o serviço de rotina significa abrir a bomba. A aritmética depende de pressupostos que não corresponderão a todas as oficinas, mas o mecanismo por detrás dela sim: um consumível que muda em segundos, sem desmontagem, representa um tipo de custo de manutenção diferente de uma reparação.

As mesmas duas bombas em uma bancada e em uma linha de produção

A comparação técnica ocorre de forma diferente dependendo se você está construindo uma máquina ou despachando uma centena, por isso vale a pena ler a mesma tabela duas vezes.

Nada na física muda entre as duas colunas. O que muda é o quanto da variação você pode absorver manualmente e, para um fabricante, essa capacidade desaparece.

A mesma decisão, vista de duas bancadas diferentes

Três mitos da seleção que valem a pena se aposentar

Três crenças sobrevivem nos fóruns muito depois de a engenharia as ter resolvido, e cada uma leva a uma má compra específica.

1. Uma bomba de engrenagens sempre dura mais que uma bomba peristáltica.Verdadeiro com fluido limpo e falso com fluido sujo. As cargas abrasivas desgastam a folga que faz uma bomba de engrenagem funcionar, e uma resina de cura endurece dentro dela, enquanto a mesma função desgasta apenas um tubo que custa uma fração do custo da bomba. A durabilidade é uma propriedade tanto do fluido quanto da bomba.

2. Uma bomba peristáltica não consegue manter a pressão.As bombas tubulares normalmente atingem cerca de 3 a 7 bar, as cabeças dos rolos até cerca de 8 bar e as bombas de mangueira tipo sapata em torno de 15 bar. O circuito de resfriamento da impressora exige uma pequena fração disso, então a pressão raramente é o motivo para deixar o tubo para trás.

3. A tensão é uma configuração de desempenho.Entre as versões de 12 V e 24 V da mesma bomba, a tensão mais alta reduz a corrente para a mesma potência em vez de aumentar o fluxo ou a pressão. Combine o trilho que a máquina já possui e trate a escolha da tensão como uma decisão de fiação.

Perguntas frequentes

Qual bomba é melhor para uma impressora 3D?

Nenhum dos dois é melhor em abstrato; cada um ganha um trabalho diferente. Uma bomba peristáltica é o padrão para recarga de resina, pasta alimentícia e refrigerante de baixa pressão porque o fluido permanece dentro do tubo, é autoescorvante e o tubo é a única peça a ser substituída. Uma bomba de engrenagens é o padrão para alimentação de filamentos e pellets, pastas espessas e qualquer serviço onde a pressão ou a entrega sem pulso são mais importantes do que o isolamento.

Uma bomba peristáltica pode mover pasta grossa?

Sim, até certo ponto. A oclusão não se preocupa com a viscosidade, portanto, uma bomba tubular lida com pastas espessas como mel sem parar, e as pastas alimentícias são rotineiramente dosadas dessa maneira. O limite é a pressão e não a espessura: as bombas tubulares atingem cerca de 3 a 7 bar e as cabeças dos rolos cerca de 8 bar, e acima disso o tubo é a parte que falha. Após cerca de 10.000 mPa·s, uma bomba de engrenagens se torna a resposta mais confiável.

Uma bomba de engrenagens pode ser usada para resina fotopolímérica?

Pode ser construído, mas não deve ser escolhido para isso. A resina atinge as engrenagens, placas e vedações, e qualquer fluido deixado nas folgas durante uma pausa cura ali e trava a bomba. Uma bomba tubular isola a resina completamente e a substituição do tubo renova o caminho molhado pelo custo de um comprimento de tubulação.

Devo escolher uma bomba de 12 V ou 24 V?

Combine o trilho que a máquina já fornece. Entre duas versões da mesma bomba, a tensão mais alta consome menos corrente para a mesma energia, o que é importante em cabos longos e fontes de bateria, enquanto 12 V é mais simples de operar a partir de uma saída sobressalente da placa-mãe. A tensão não adiciona fluxo ou pressão por si só.

Que manutenção cada bomba precisa?

Uma bomba peristáltica precisa de seu tubo substituído quando parece macio ou plano, normalmente de meses a um ano em operação normal, e o trabalho leva minutos sem desmontagem. Uma bomba de engrenagens não possui esse consumível, portanto sua manutenção é manter o fluido limpo: filtração na entrada, sem funcionamento a seco e atenção a qualquer coisa abrasiva ou que possa curar.

Onde isso deixa você

Escolha pelo selo e confirme com o fluido. Uma bomba de engrenagens veda com uma película do fluido dentro de folgas apertadas, de modo que ela prospera com viscosidade, pressão e medição sem pulso, e sofre com fluidos finos, partículas duras e qualquer coisa que possa curar. Uma bomba peristáltica veda apertando um tubo, tornando-a indiferente à viscosidade, autoescorvante e higiênica por construção, e limitada pelo tubo que comprime. Em uma impressora 3D que mapeia claramente quatro funções: equipamento para derreter e colar, tubo para resina e alimentos e qualquer um para refrigerante, dependendo se pressão ou pulsação é o maior risco em seu circuito.

Diga-nos o que seu loop deve mover.Compartilhe o fluido, sua viscosidade na temperatura de trabalho, o padrão de funcionamento e a pressão que seu sistema detecta, e recomendaremos primeiro a família de bombas e depois o modelo, ou informaremos claramente se nenhum dos casos for adequado.Solicite uma revisão da seleção da bomba