A escolha pura que permite controle de fluidos de alta precisão na impressão 3D

De relance

Princípio - compressão do tubo (peristáltica), deslocamento positivo; o fluido toca apenas o interior do tubo.

Variantes - SC2201RPW é fornecido em enrolamentos de 3 V DC, 6 V DC e 12 V DC.

Classe de vazão - 20-50 mL/min, definida pela velocidade do motor e diâmetro interno do tubo, e não por uma válvula.

Foco no design – interface de tubo e rolo de longa duração, para que as trocas de tubos permaneçam com manutenção programada.

Melhor ajuste - dosagem de precisão, linhas de tinta e reagentes, alimentação de aglutinante e circuitos de lavagem onde a contaminação cruzada não é aceitável.

O que significa "puro" em uma bomba que toca apenas seu tubo

"Puro" descreve o caminho do fluido, não o acabamento. No SC2201RPW, o fluido é empurrado por rolos que comprimem um tubo flexível, de modo que a superfície molhada é o interior desse tubo: sem engrenagens, sem pistões, sem vedações e sem válvulas de retenção no fluxo. Substitua o tubo e o caminho do fluido será novo novamente.

Essa única escolha de design explica a maior parte do comportamento da bomba. Sem nenhuma peça rotativa dentro do fluxo, não há nada para corroer ou irritar, e nenhuma folga que se desgaste e permita que o fluxo se desloque. Sem válvulas, a bomba pode funcionar a seco, reverter e reter um tubo de líquido. O preço é que o fluxo depende da elasticidade do tubo, então o tubo é tanto o elemento de precisão quanto a peça de desgaste.

O caminho molhado, comparado

Três famílias de bombas usadas dentro e ao redor das impressoras 3D lidam com os mesmos fluidos de maneiras muito diferentes, e essa diferença decide as rotinas de limpeza e o tempo de troca.

Que pureza compra um fluxo de trabalho de impressão 3D

Os ganhos práticos aparecem no nível do fluxo de trabalho. Cada linha de aglutinante, reagente, tinta e material de suporte carrega sua própria química, e qualquer volume interno compartilhado se torna um caminho de contaminação quando as construções mudam. Uma alimentação baseada em tubo mantém esse risco dentro de um componente substituível em minutos, mantém o fluido longe de lubrificantes e do calor do motor e permite que uma impressora multimaterial defina um caminho limpo simplesmente trocando um tubo.

Por dentro do SC2201RPW: cinco camadas que decidem seu comportamento

A bomba é mais fácil de especificar e solucionar problemas como cinco camadas funcionais: o acionamento, o rotor e os rolos, o tubo, o cabeçote que a mantém alinhada e as conexões de fluido. Cada camada possui um conjunto diferente de parâmetros, portanto, um problema que parece uma bomba fraca geralmente remonta a uma camada específica.

As camadas são mais importantes quando uma construção passa de um protótipo de bancada para uma máquina que funciona sem supervisão. Na bancada, uma bomba gira ou não; em uma máquina, as questões são a repetibilidade do fluxo, a vida útil do tubo e o comportamento quando uma linha é bloqueada. Essas questões pertencem a camadas diferentes, portanto são especificadas separadamente.

Camada 1: a unidade

O drive converte energia elétrica em rotação. O SC2201RPW é oferecido nas variantes de 3 V, 6 V e 12 V, e a tensão do enrolamento define a corrente consumida para uma determinada saída: quanto menor a tensão, maior a corrente. A velocidade é o controle de fluxo em uma bomba peristáltica, e um motoredutor troca velocidade por torque quando uma longa linha de descarga aumenta a carga.

Camada 2: o rotor e os rolos

Os rolos são os elementos de oclusão. Cada rolo achata uma seção do tubo e empurra o fluido para frente enquanto o tubo volta para trás e puxa o fluido novo. Mais rolos fornecem pulsos menores e uma extensão de vedação mais curta; menos rolos proporcionam um ciclo de compressão mais longo e suave. A geometria do rolo e a pressão da mola definem a força com que o tubo é comprimido, o que equilibra a precisão do fluxo contra a fadiga do tubo.

Camada 3: o tubo

O tubo é a única parte molhada e define o fluxo por revolução, a compatibilidade química e a vida útil. O silicone é a escolha de uso geral para tintas e reagentes aquosos; a tubulação de desempenho é usada onde uma vida útil mais longa ou melhor resistência química justificam o preço. O tamanho do furo define o volume varrido por passagem, a espessura da parede define a recuperação e a dureza define quanta pressão a bomba pode gerar antes que o tubo inche em vez de vedar.

Camada 4: a cabeça e a retenção

A cabeça mantém o tubo na tensão e alinhamento corretos para que cada rolo o comprima na quantidade pretendida. É também um caminho térmico, pois a compressão repetida gera calor que deve sair da montagem. Grampos muito frouxos permitem que o tubo se desloque e reduza o fluxo; braçadeiras muito apertadas comprimem-no demais e encurtam sua vida útil sem adicionar fluxo útil.

Camada 5: as conexões fluidas

Conectores, linha de sucção, linha de descarga e escorva completam o sistema. Um percurso de sucção curto e bem sustentado com um diâmetro generoso alimenta o tubo adequadamente; uma linha longa, estreita ou em colapso deixa-o de fome e produz o sintoma clássico de uma bomba que funciona rápido, mas fornece pouco. O comprimento e a altura da descarga decidem quanta pressão a bomba deve superar antes que qualquer fluido chegue.

O envelope de trabalho: quatro números e como eles interagem

Quatro números definem o envelope: tensão de alimentação, vazão, pressão que o tubo pode conter e ciclo de trabalho. Eles negociam entre si, portanto, um ponto de trabalho que melhora um geralmente custa outro. Confirme os valores da ficha técnica do tubo realmente instalado, pois o tubo ajusta dois dos quatro.

A tabela abaixo coleta o que o modelo traz para uma construção e o que deve ser confirmado na folha de dados antes que a máquina seja aprovada. Trate a última coluna como a tarefa de engenharia que se segue à compra, e não como uma documentação opcional.

3 V, 6 V e 12 V: o que realmente muda

As variantes de tensão não alteram o princípio; eles mudam a barganha elétrica. Um enrolamento de 12 V consome menos corrente para a mesma saída e é adequado para uma impressora de 24 V por meio de um pequeno conversor Buck ou de um trilho acessório de 12 V. Uma variante de 6 V combina com uma arquitetura de 5 V. Uma variante de 3 V consome a corrente mais alta, portanto o tamanho do condutor, os conectores e a classificação do driver são mais importantes do que a própria tensão.

A regra prática é escolher a variante cuja tensão a máquina já produz de forma limpa, depois dimensionar o driver e o fusível para a corrente mais alta que a bomba pode exigir. O controle de velocidade vem depois disso, geralmente como PWM no estágio do driver, em vez de uma mudança de tensão, porque a redução da tensão de alimentação reduz o torque e também a velocidade.

Fluxo: de 20 a 50 mL/min

O fluxo é definido por duas coisas: quanto fluido uma passagem do rolo desloca e quantas passagens acontecem por minuto. O deslocamento por passagem segue o diâmetro do tubo e a espessura da parede, portanto, uma troca de tubo move toda a curva de fluxo. A tabela abaixo funciona através da aritmética com deslocamento ilustrativo, que é a maneira mais rápida de ver como a faixa de 20-50 mL/min é atingida.

Leia a tabela ao contrário ao especificar: decida o fluxo que você precisa e, em seguida, verifique se a velocidade necessária para alcançá-lo é confortável para o motor e o tubo. As velocidades que levam a bomba ao seu limite superior aumentam a pulsação, o calor e o desgaste do tubo juntos, portanto, um ponto de trabalho no meio da banda é geralmente a melhor configuração de produção.

Contrapressão e elevação de sucção

As bombas peristálticas são limitadas por pressão pelo tubo e não por uma válvula. À medida que a pressão de descarga aumenta, a parede do tubo é empurrada contra o rolo e a vedação se degrada, de modo que o fluxo cai mesmo que o motor continue girando. No lado da sucção, a mesma elasticidade faz o trabalho: o tubo deve se recuperar totalmente após a passagem de cada rolo, razão pela qual um longo percurso de sucção ou um fluido viscoso reduz a vazão mesmo quando nada está bloqueado.

Ciclo de trabalho e temperatura

A operação contínua aquece a cabeça da bomba e o tubo sente isso primeiro. O calor acelera o conjunto de compressão, portanto, um tubo que funciona frio por centenas de horas pode falhar muito mais cedo em um gabinete fechado sem fluxo de ar. Mantenha o cabeçote no ar em movimento onde a máquina permitir e registre a temperatura do cabeçote ou do fluido durante uma corrida de resistência, em vez de assumir que o valor ambiente o cobre.

Onde uma microbomba de 20-50 mL/min se encaixa na impressão 3D

Uma microbomba de 20-50 mL/min cobre as tarefas de fluido que ficam entre um conta-gotas e uma extrusora acionada por pressão: dosagem de aglutinante e reagente, fornecimento e circulação de tinta, fornecimento de material de suporte, tintas cerâmicas e biológicas com baixo teor de sólidos e linhas de limpeza ou descarga. É a ferramenta errada para pasta rígida e com alto teor de sólidos.

A distinção é importante porque a impressão 3D abrange uma enorme faixa de viscosidade. A dosagem peristáltica possui a extremidade mais fina, onde o fluido flui prontamente, a demanda de pressão é modesta e a repetibilidade conta mais do que a força. Pasta cerâmica, polímeros preenchidos e outros sistemas com alto teor de sólidos possuem a extremidade espessa, onde a pressão e o torque dominam e uma família de bombas diferente é a resposta correta.

Para equipes que precisam da etapa de deposição validada em hardware real, em vez de em uma plataforma de bancada, construções de extrusão de material e testes de processo estão disponíveis através do Superior'sServiço de impressão 3D, onde a linha de fluido e o sistema de movimento são qualificados em conjunto.

Onde não cabe

Três funções estão fora do envelope desta bomba. Pastas cerâmicas com alto teor de sólidos e outras formulações rígidas precisam de pressão e torque que uma bomba de microtubo não pode fornecer economicamente. As pastas abrasivas atacam o tubo por dentro, de modo que a vida útil do tubo se torna o custo dominante, e não um item de manutenção. A entrega sustentada de alta pressão em um bocal pequeno pode dividir o tubo e inundar a máquina. Quando uma construção se move dessa forma, a questão de seleção muda da velocidade da bomba para a família da bomba.

Regras de integração para construção de impressora

Monte a bomba onde o tubo possa funcionar curto e reto, apoie a linha de descarga, mantenha o cabeçote no ar em movimento e escorve antes da primeira construção. Oito regras cobrem as decisões de instalação que mais frequentemente decidem se uma microbomba se comporta em uma máquina.

Mantenha a linha de sucção curta e larga tanto quanto possível; cada centímetro extra adiciona atrito que o tubo deve superar.

Monte a cabeça da bomba abaixo do nível do fluido onde o reservatório permite, para que a gravidade ajude no enchimento.

Evite curvas acentuadas e clipes apertados, pois uma torção altera a recuperação do tubo e, com ela, a curva de fluxo.

Apoie mecanicamente a linha de descarga para que seu peso não fique pendurado na cabeça ou na conexão.

Deixe o tubo livre em ambas as extremidades da cabeça para que ele possa se mover levemente à medida que é comprimido.

Mantenha o motor e a cabeça no ar em movimento, porque o calor é o inimigo menos visível do tubo.

Instale um filtro de sucção quando o fluido puder transportar partículas e faça a manutenção dentro do prazo.

Etiquete o tubo com seu número de peça e data de instalação para que o histórico de substituição fique visível na máquina.

Pulsação: o problema e três soluções

Os rolos fornecem fluido em pacotes discretos, de modo que as ondulações de pressão de descarga na frequência do rolo. Para dosagem em uma superfície aberta, a ondulação é inofensiva, uma vez que os pulsos são pequenos em relação ao volume alvo; alimentando um bico, pode aparecer como textura de superfície. Três soluções funcionam: aumentar a frequência do pulso, adicionar um pequeno volume de amortecimento a jusante ou cronometrar os pulsos ao caminho do movimento.

Priming e gerenciamento de bolhas

O ar é o motivo mais comum para o desempenho insuficiente de uma nova instalação. O tubo deve ser preenchido antes que possa deslocar o fluido de forma útil, e uma bolha atua como uma mola que absorve cada passagem do rolo. Escorve em velocidade moderada com a descarga aberta, confirme o deslocamento do menisco e mantenha a entrada de sucção submersa enquanto o nível cai. Se o fluido liberar gases, escorve novamente após cada troca de reservatório.

Escolhendo entre as versões de 3 V, 6 V e 12 V

Escolha a variante que a máquina já pode fornecer de forma limpa: 12 V onde existe um trilho de 12 V ou 24 V, 6 V onde apenas um trilho de 5 V está disponível e 3 V somente quando a alimentação e o driver são dimensionados para a corrente mais alta que consome.

A integração elétrica segue a mesma lógica de qualquer pequena carga CC em uma impressora, com duas diferenças. A bomba é um motor, portanto precisa de um estágio de comutação em vez de um pino lógico e um caminho flyback através de seus terminais. E é um elemento de dosagem, portanto a estabilidade da velocidade é tão importante quanto a capacidade de partida: uma fonte que cede sob a carga do aquecedor altera a vazão no meio da construção.

Acionando a bomba a partir dos componentes eletrônicos da impressora

A placa não alimenta a bomba; sinaliza um driver que o faz. Um único MOSFET de canal N do lado inferior com um resistor de porta, um pull-down e um diodo flyback cobre a maioria das construções, desde que o dispositivo seja de nível lógico e classificado acima da corrente de bloqueio da bomba, e a corrente venha de um trilho com altura livre. O conjunto completo de verificações está no guia complementar emtensão da placa principal e correspondência de corrente.

PWM, precisão de velocidade e verificação de fluxo

PWM é a maneira normal de definir a velocidade da bomba e, para um motor CC com escovas, funciona bem quando a frequência de comutação é adequada para uma carga mecânica e não para um ventilador. Mantenha o tempo de ciclo na faixa de milissegundos, defina um regime mínimo abaixo do qual a bomba pare de forma limpa em vez de parar a quente e recalibre após cada mudança de tubo, fluido ou altura de descarga. Anote a dose medida noinspeção e verificação de fluxorotina.

Planejando a vida útil do tubo, não apenas a vida útil da bomba

A vida útil do tubo é consumida por compressões, não por horas: cada passagem do rolo custa parte da vida útil nominal do tubo. Reduzir a velocidade para metade praticamente duplica o intervalo de manutenção, e é por isso que o cronograma de troca de tubos deve seguir o serviço realmente executado, em vez de um calendário.

A aritmética é bastante simples de ser feita antes do comissionamento. Multiplique a contagem dos rolos pela velocidade do eixo para compressões por minuto, multiplique por sessenta para compressões por hora e compare com o número nominal do tubo em uso. Execute o mesmo cálculo nas configurações de receita mais rápidas e mais lentas e o pior caso será o plano de manutenção.

Um cronograma de substituição que funciona na produção

Agende por compressões em vez de semanas. Registre o número de peça do tubo, a data de instalação, a configuração do fluido e da velocidade e, em seguida, defina o intervalo de substituição em cerca de dois terços da vida útil calculada, para que uma mudança de receita ou uma semana quente não empurre o tubo além do seu limite. Trate uma leitura de vazão que desce em velocidade fixa como o primeiro sinal de fadiga do tubo.

Lista de verificação de comissionamento e calibração de primeira execução

Comissione a bomba em sete etapas: monte, escorve, defina uma velocidade segura, calibre o volume fornecido, verifique pulsação e vazamentos, registre o ponto de trabalho e anote o intervalo de substituição do tubo. O registro de calibração é o que transforma um protótipo funcional em um processo repetível.

Monte a bomba de forma que o tubo fique curto e reto, a cabeça fique no ar em movimento e a entrada de sucção fique abaixo do nível do reservatório.

Prepare a velocidade moderada com a descarga aberta e confirme se a linha está cheia antes da primeira execução de dosagem.

Comece em regime baixo, eleve-a até que a bomba gire de forma confiável e observe o regime mínimo em que ela inicia sem travar.

Calibrar dosando em balança ou proveta graduada; use uma dose grande o suficiente para que o erro de leitura seja pequeno e repita três vezes.

Verifique a pulsação na velocidade de trabalho e adicione amortecimento se o depósito apresentar ondulação.

Registre o ponto de trabalho: número de peça do tubo, serviço, vazão medida, temperatura do fluido e altura de descarga.

Defina o intervalo de substituição do tubo em cerca de dois terços da vida útil calculada e anote-o na máquina.

Duas verificações pertencem à mesma sessão, embora nenhuma delas faça parte da calibração. Observe a partida da bomba contra uma descarga restrita uma vez, para que o comportamento de uma linha bloqueada seja conhecido antecipadamente. E meça a tensão de alimentação na bomba enquanto os aquecedores e motores estão ativos, porque um trilho que parece saudável na bancada pode ceder durante o trabalho real.

Quando um sistema de fluido precisa ser qualificado para produção e não para demonstração, é útil ter a deposição e o hardware validados em conjunto. Envie a especificação do fluido, a dose por camada e a geometria de descarga com umsolicitação de cotação instantâneae confirmaremos a configuração da bomba e o plano de construção antes de qualquer pedido ser feito.

Perguntas frequentes

Cinco perguntas surgem com mais frequência quando uma bomba tubular é especificada para uma impressora: o que ela pode ou não bombear, como o fluxo é definido, como as variantes de tensão diferem, quanto tempo o tubo dura e como a bomba se comporta quando a linha bloqueia.

O SC2201RPW pode imprimir pasta cerâmica ou outros materiais de alta viscosidade?

Não as pastas rígidas e com alto teor de sólidos usadas para robocasting, porque uma bomba tubular é limitada pela pressão que seu tubo pode suportar, e não pelo torque do motor. Uma suspensão cerâmica com baixo teor de sólidos ou um hidrogel que flui facilmente fica dentro do alcance desta bomba. Se o fluido precisar de uma bomba de aríete, de parafuso ou de engrenagem na taxa necessária, uma bomba de microtubo é a família errada.

Como a vazão é definida em uma bomba peristáltica?

O fluxo é o produto do volume deslocado por passagem do rolo e o número de passagens por minuto, então a velocidade é a alavanca de controle e o tubo é a constante de calibração. A rotina prática é fixar o número da peça do tubo, definir a velocidade que atende à dose alvo, medir o volume administrado e registrar ambos juntos. A troca do tubo redefine a calibração e requer uma nova medição.

Qual a diferença entre as versões 3 V, 6 V e 12 V?

Eles diferem mais na barganha elétrica do que no princípio de bombeamento. Um enrolamento de 12 V consome menos corrente para uma determinada saída e é adequado para uma máquina com barramento de 12 V ou 24 V; uma variante de 6 V emparelha com uma arquitetura de 5 V; uma variante de 3 V atrai os mais atuais e recompensa leads curtos e grossos. Dimensione o driver, o fusível e a fiação para inrush e travamento, em vez do valor em execução.

Quanto tempo dura o tubo e o que acaba com sua vida?

A vida útil do tubo é consumida em compressões, portanto a contagem dos rolos e a velocidade do eixo decidem a rapidez com que o número nominal é gasto. A química, as partículas, a contrapressão e o calor encurtam ainda mais, com a sobrecompressão e o calor causando os danos mais invisíveis. Como um tubo cansado perde fluxo em velocidade fixa antes de falhar visivelmente, substitua-o de acordo com um cronograma calculado e trate a queda do fluxo como um aviso antecipado.

O que acontece se a linha de descarga bloquear?

Na maioria das instalações, o motor continua girando enquanto a vedação do tubo desliza, de modo que o efeito imediato é a perda de fluxo em vez de uma parada. Se o bloqueio persistir, a pressão aumenta contra a parede do tubo e o tubo pode rastejar ou rachar na pista de roletes. Detecte-o com pressão de descarga ou corrente do motor onde o processo o justificar e teste uma linha bloqueada uma vez durante o comissionamento.