Düşük Viskoziteli Mürekkeplerden Yüksek Viskoziteli Seramik Macunlara: Özel 3D Baskı Sıvıları için Dişli Pompalar ve Peristaltik Pompalar Arasındaki Seçim Sınırını Tanımlama

Dişli pompa ile peristaltik pompa arasındaki sıvı taşıma sınırı, sıvının emme altında akmasının durduğu ve hareket etmek için basınca ihtiyaç duymaya başladığı yerde bulunur. Yaklaşık 1000 mPa·s'nin altında, peristaltik tüp pompası daha güvenli varsayılan seçenektir. Yaklaşık 10.000 mPa·s'nin üzerinde, dişli bir pompa basıncı tutar ve titreşimsiz ölçüm yapar. Bu arada sıvı uyumluluğu (aşınma, kesme ve parçacık boyutu) hangi pompanın bu görevi yerine getirebileceğini belirler.

Temel çıkarımlar

Özel 3D baskı sıvılarının viskozite aralığı beşten fazla büyüklük sırasını kapsar: seramik mürekkep püskürtmeli mürekkepler 10-40 mPa·s'de püskürtülürken, yayınlanmış robocasting macunları baskı kesme hızlarında 2 × 10⁵ mPa·s'den 2,6 × 10⁷ mPa·s'ye kadar ölçüm yapar.

Dişli pompa sıvının kendisi ile sızdırmaz hale gelir. Viskozite düştükçe kayma artar, dolayısıyla boşluklar daraltılmadıkça, fark basıncı düşük tutulmadıkça ve sert parçacıklar filtrelenmedikçe ince mürekkepler ölçüm doğruluğunu kaybeder.

Peristaltik pompa, tüpü tıkayarak sızdırmaz hale getirir, böylece sızdırmazlık viskoziteye çok az bağlıdır. Basınç sınırdır: tüplü pompalar yaklaşık 3-7 bar'a, silindirli başlıklar 8 bar'a ve ayakkabı tipi hortum pompaları yaklaşık 15 bar'a ulaşır.

Malzeme uygunluğu en açık şekilde aşınma ve kesme durumunda ayrılır. Seramik parçacıklar dişli uçlarını ve plakalarını aşındırırken peristaltik aşınma kısmı düşük maliyetli bir tüptür; kesmeye duyarlı mürekkepler düşük kesmeli tüp yolunu tercih eder.

Bu seçim kılavuzu, düşük viskoziteli, kaymaya duyarlı veya steril sıvılar için peristaltik pompaları ve yüksek viskoziteli, yüksek basınçlı veya darbesiz ölçüm görevi için dişli pompaları önerir.

Her pompa tipi gerçekte hangi viskozite aralığını kapsıyor?

Dişli pompalar en geniş viskozite aralığını kapsar - Viking Pump, ayarlanabilir boşluklu modelleri 1 ila 440.000 cSt arasında ayarlar - peristaltik tüp pompaları ince ila orta derecede viskoz sıvıları kapsar ve güçlendirilmiş hortum pompaları daha düşük basınçta sert, katı madde yüklü ortamlara uzanır.

Kullanılabilir aralık, veri sayfalarının önerdiğinden daha dardır çünkü iki soru aynı anda geçerlidir: akışkanın pompaya ne yaptığı (aşınma, korozyon, boru yorulması) ve pompanın akışkana ne yaptığı (kesme, titreşim, kirlenme). Özel bir 3D baskı sıvısı için bu haritalama Tablo 1'e benzer.

Sıvı taşıma sınırının nereden geldiği

İki pompa ailesi zıt sızdırmazlık stratejileri kullanır. Dişli pompa, pompa kafasının içinde üç dinamik conta oluşturur ve yüksek basınç çıkışını düşük basınç girişinden ayırmak için boşlukların içindeki bir sıvı filmine dayanır. Peristaltik pompa asla sıvının bir contaya ulaşmasına izin vermez: silindirler veya pabuçlar tüpü düz bir şekilde sıkıştırır ve sıvı kapalı bir cebin içinde hareket eder.

Bu tek fark tüm sınırı açıklıyor. Viskozite, dişli pompa davranışına hakimdir ve peristaltik sızdırmazlığı çok az etkiler; tahliye basıncı ilk durumda pompa kafası tarafından, ikinci durumda ise tüp tarafından ayarlanır.

Dişli pompalar düşük viskoziteli mürekkeplerde neden ölçüm doğruluğunu kaybediyor?

Dişli pompa, kendi boşlukları içindeki bir sıvı filmini sızdırmaz hale getirir. Sıvı ince olduğunda, daha fazlası çıkıştan girişe doğru sızar (kayma), böylece iletilen hacim teorik yer değiştirmenin altına düşer ve hata, diferansiyel basınç ve dişli aşınmasıyla birlikte değişir.

Micropump, bir dişli pompadaki üç dinamik sızdırmazlık alanını tanımlar: dişlinin boşluk duvarına doğru uçları, iki dişlinin birbirine geçme noktası ve dişlilerin gövdeyle ve uç kapakla buluştuğu birleşme yüzeyleri. Parçaların hareket etmesi gerektiğinden boşluklar kaçınılmazdır, dolayısıyla sıvının bir kısmı her zaman dahili olarak geri dönüştürülür.

Kayma sabit bir sayı değildir. Diferansiyel basıncı arttıkça, viskozite azaldıkça ve dişliler aşındıkça daha da kötüleşir. İki özdeş pompanın iki farklı mürekkeple farklı hacimler sunabilmesinin ve dişli pompanın akış-basınç eğrisinin basınç arttıkça bükülmesinin nedeni budur.

Üreticiler tek bir spesifikasyon yerine gümrükleme stratejisiyle yanıt veriyor. Viking Pompa, 1 ila 440.000 cSt'yi kapsayan ayarlanabilir boşluklar sunar; böylece bir pompa ailesi, ince sıvılar için sıkı veya ağır macunlar için gevşek olarak oluşturulabilir. Micropump, diferansiyel basınç arttıkça kapanan ve dişli ömrü boyunca sıfıra yakın kaymayı koruyan, basınç yüklü bir emme pabucu kullanır.

Düşük viskoziteli mürekkep için üç kural uygulanır. Kayma basınca bağlı olduğundan fark basıncını düşük tutun. Aşınma boşlukları açtığından ve kaymayı kalıcı olarak artırdığından sert parçacıkları 5 µm'ye kadar filtreleyin. Ve pompayı su basmış bir girişten besleyin: dişli pompalar kendinden emişli değildir ve asla kuru çalışmamalıdır. Bu kuralların karşılanamadığı durumlarda peristaltik pompa daha istikrarlı bir ölçüm seçeneğidir çünkü yer değiştiren hacmi boşluk yerine tüp tarafından belirlenir.

Peristaltik pompalar neden yüksek viskoziteli macunla çalışmayı bırakıyor?

Çünkü tüp basınçlı kaptır. Peristaltik pompa, bir hortumu veya tüpü sıkarak basınç oluşturur, dolayısıyla ulaşabileceği boşaltma basıncı, sıvıyla değil o tüpün gücü ve yorulma ömrüyle sınırlıdır.

İki peristaltik sınıfın farklı tavanları vardır. Hassas tüplü pompalar düşük basınç ve dozajlama için üretilmiştir: Verderflex Ds500, maksimum 7 bar tahliye basıncında 30 L/saat'e kadar pompalar ve Microdos OEM serisi 3 bar olarak derecelendirilmiştir. Güçlendirilmiş hortum pompaları daha da ileri gider - Verderflex Dura, ±%1 ölçüm doğruluğu ve 9,5 m'lik emme yüksekliği ile 55.000 L/saat'e ve 16 bar'a kadar ulaşır. Gerisini pompa kafası tasarımı belirler: silindir kafaları 8 bar'a kadar olan basınçları desteklerken, pabuç kafaları yükü daha geniş bir alana yayar ve yaklaşık 15 bar'a kadar olan daha yüksek basınçlar ve daha viskoz sıvılar için tercih edilir.

Viskoz malzeme pompalanması aynı zamanda emme fazını da zorlar. Peristaltik bir pompa, sıkıştırılmış hortum geri yaylandığında sıvıyı çeker; akma gerilimine sahip bir macun bu iyileşmeye direnç gösterir ve tüpü doldurmak yerine kavitasyona neden olabilir. Bu nedenle, yüksek viskoziteli işler, pompanın ince sıvılarda kolayca kendi kendine emiş yapmasına rağmen, emme kaldırma kuvveti yerine sulu veya basınçlı beslemeyi gerektirir.

Son sınır tüpün kendisidir. Peristaltik hortumlar, takviye katmanlarının yorulması nedeniyle arızalanır ve tüp yaşlandıkça akış azalır. AxFlow'un seçim kılavuzu, pompayı büyük boyutlandırmak ve daha yavaş çalıştırmaktır; bu da daha büyük pompa yüksekliği pahasına boru ömrünü uzatır. Nozül, tüpün tutabileceğinden daha fazla basınca ihtiyaç duyduğunda peristaltik seçenek uygulanmaz: macun ekstrüzyonu, basıncı tüp kuvvetinden ziyade torkun oluşturduğu, bir şahmerdan veya piston tarafından beslenen pozitif deplasmanlı bir ekstrüdere doğru hareket eder.

İki pompa tipi arasında sıvı uyumluluğuna nasıl karar verilir?

Aşınma ve kayma hassasiyeti zıt yönlerde çeker. Sert seramik parçacıkları yakın boşluklu dişli pompaları tahrip eder ancak yalnızca peristaltik bir boruyu aşındırır; kesmeye duyarlı mürekkepler peristaltik bir pompada hayatta kalır ancak dişli pompanın boşlukları içinde hasar görebilir.

Seramik tozu serttir, bu nedenle Micropump parçacıkların sert olduğu yerlerde 5 µm kadar ince filtreleme yapılmasını önerir: bu parçacıklar dişli pompa içindeki aşınmayı hızlandırır. Robocasting mürekkebi hacimce %40'tan fazla seramik tozuyla formüle edilmiştir ve parçacık boyutları bu filtre değerinin çok üzerindedir, dolayısıyla hassas dişli pompa mürekkebi değiştirmeden bu görevde korunamaz. Günümüzde seramikte dişli pompaların kullanıldığı yerlerde, ince, pigment ölçekli mürekkebi dijital fayans yazıcılarının baskı kafalarına dağıtırlar ve tedarikçiler tam da bu nedenle aşınmaya dayanıklı pompa malzemeleri belirtirler.

Kesme ikinci eksendir. Peristaltik pompalar, tedarikçileri tarafından düşük kesmeli olarak tanımlanmaktadır, çünkü sıvı, kesmeye duyarlı polimerler, jeller ve hücre yüklü biyo-mürekkepler için bir gereklilik olan dar boşluklardan geçmek yerine bir tüpün içinden itilmektedir. Dişli pompa, sıvıyı dişli uçlarında ve ağda yüksek kesmeye maruz bırakır; bu, pigmentli mürekkepler ve macunlar için kabul edilebilir ancak kesmeye duyarlı sistemler için risklidir.

Kirlilik kontrolü üçüncüdür. Peristaltik bir pompada sıvı yalnızca tüple temas eder, böylece çapraz kontaminasyon ortadan kaldırılır ve tek kullanımlık bir sıvı yolu mümkün hale gelir; bu nedenle peristaltik pompalar, steril sıvı işlemede baskındır. Dişli pompa sıvıyı dişlilere, plakalara ve contalara maruz bırakır; böylece temizlik doğrulaması, ölü hacim ve malzeme uyumluluğu tasarımın bir parçası haline gelir.

Sıcaklık pratik pencereyi ayarlar. Verderflex, USP Sınıf VI onayı ile Verderprene borularını +10 dereceden +85 dereceye kadar ve platinle kürlenmiş silikonu -20 dereceden +80 dereceye kadar derecelendirir ve sıvıların 85 derecenin üzerinde pompalanmasına karşı tavsiyede bulunur. Paslanmaz çelik, PTFE, Ryton veya PEEK olarak sunulan ıslak parçalara sahip dişli pompalar, tüpün elastik sınırıyla sınırlı değildir.

Dişli pompa ve peristaltik pompa: doğrudan pompa tipi karşılaştırması

Görev başında, bölünme temiz. Peristaltik pompalar kendinden emişli, kuru çalışmalı, düşük kesmeli ve tek kullanımlık sıvı yollarında kazanır. Dişli pompalar, kalın, yüksek katı madde içeren ortamlarda basınç, darbesiz akış ve ölçüm stabilitesi açısından avantajlıdır.

Özel bir 3D baskı sisteminde, iki pompa tipi genellikle aralarından seçim yapmak yerine birleştirilir. Peristaltik bir pompa, emme, katı maddeler ve kirlenmeyi kolayca idare ettiği için rezervuardaki sıvıyı dozajlar veya yeniden sirküle eder; dişli pompa ise nozulun veya yazıcı kafasının ihtiyaç duyduğu basıncı ve darbesiz akışı sağlar. Bu durumda sınır sorusu hangi pompanın ölçüm fonksiyonuna sahip olduğu haline gelir.

Sıvının ince ve ölçüm toleransının orta düzeyde olduğu durumlarda peristaltik pompanın kendisine ait olması gerekir. Sıvının kalın, aşındırıcı olduğu veya basınç altında küçük bir deliğe iletilmesinin gerektiği durumlarda, dişli pompanın kendisine ait olması gerekir ve devredeki herhangi bir peristaltik pompa, bir besleme pompası olarak değerlendirilmelidir.

Viskozitenin yanı sıra hangi akışkan özellikleri sınırı hareket ettirir?

Verim gerilimi, katı madde yüklemesi, parçacık boyutu ve şekli, sıcaklık, tiksotropi ve görev döngüsünün tümü, bazen büyüklük sırasına göre her iki yönde de kullanılabilir sınırı hareket ettirir.

Her pompa tipi için sıvı yolunu nasıl ayarlamalıyım?

Sıvıyı baskı sıcaklığında ve pompanın göreceği kesme hızında karakterize edin, çalışma noktasını sabitleyin ve ardından her ikisini de karşılayan pompayı seçin. On adım, çoğu özel 3D baskı sıvısını kapsar.

Görünür viskoziteyi, akışkanın pompada ulaşacağı sıcaklıkta birden fazla kayma hızında ölçün. Newtonyen olmayan malzemeler için dönme yöntemini (ISO 3219-2, ASTM D2196) ve sıvının küçük bir delikten geçtiği koni ve plaka yüksek kesme yöntemini (ASTM D4287) kullanın. Bir akış kabı (ISO 2431) yalnızca Newton'a yakın mürekkeplerin atölyede hızlı kontrolleri için yeterlidir.

Katalogları karşılaştırmadan önce birimleri dönüştürün. Kinematik ve dinamik viskozite özgül ağırlıkla bağlantılıdır: cSt × özgül ağırlık=cP ve cP ÷ özgül ağırlık=cSt.

Çalışma noktasını sabitleyin: gerekli akış hızı, nozülde veya yazdırma kafasında gerekli basınç ve rezervuarın etrafındaki koşullar.

Sınır kurallarını sırasıyla uygulayın: önce viskozite bandı, sonra aşınma, kayma ve sterilite. Tablo 1 başlangıç ​​noktasıdır.

Peristaltik bir pompa için, çalışma noktasının üzerinde boyuta sahip olun ve daha yavaş çalıştırın; Rotor hızı düştükçe tüp ömrü artar.

Peristaltik pompanın memeyi beslediği yere bir titreşim sönümleyici takın; Eşit ve sabit bir akış hızı, aşağı yöndeki bileşenleri korur.

Dişli pompa için, su dolu bir giriş tasarlayın ve asla kuru çalıştırmayın. Bir tahliye yolu ekleyin çünkü kayma ve sistem basıncı herhangi bir aşağı akış kısıtlamasıyla değişir.

Sert parçacıklar için parçacık sertliğine - 5 µm, yalnızca parçacıkların yumuşak olduğu yerlerde daha kaba olana göre filtrelemeyi belirtin ve mürekkebin kendi katılarının sınırın altında olduğunu doğrulayın.

Kimya, sıcaklık ve mevzuat gerekliliklerine uygun boru veya hortum bileşimini seçin ve 85 derecelik pratik tavanı unutmayın.

Pompa çıkışı yerine yazdırma kafasında kalibre edin ve tüp eskidikçe yeniden doğrulayın çünkü peristaltik akış, tüp yorgunluğuyla birlikte azalır.

3D baskı sıvınız için hangi pompayı seçmelisiniz?

Orta basınçta ince, kaymaya duyarlı veya steril sıvılar için peristaltik, kalın, aşındırıcı veya yüksek basınçlı işler için ise dişliyi seçin. Beş kural çoğu durumu çözer.

Aşındırıcı katı madde içermeyen ve orta basınçta 1.000 mPa·s'nin altında: peristaltik tüp pompası. Tüp hacmine göre ölçüm yapar, ince sıvıları iyi tolere eder ve sıvıyı tüpün içinde tutar.

1.000 mPa·s'nin altında ancak sıvının bir yazıcı kafasına basınç altında enjekte edilmesi gerekir: 5 µm filtreli, düşük diferansiyel basınçlı ve gravimetrik kalibrasyonlu, dar boşluklu dişli pompa.

Yumuşak veya çözünmüş katı maddelerde 1.000 ila 10.000 mPa·s arasında: dişli pompa, çünkü viskozite artık boşlukları kapatıyor ve darbesiz akış, tortulaşmayı iyileştiriyor.

Sert seramik parçacıklarıyla 10.000 mPa·s'nin üzerinde: dişli pompa yalnızca tasarımın aşınmaya ve taşma beslemesine tolerans göstermesi durumunda; Aksi takdirde, tüp pompaları basınç aralığının dışında olduğundan, koç beslemeli pozitif deplasmanlı ekstrüder.

Steril, tek kullanımlık veya çapraz kontaminasyon açısından kritik: USP Sınıf VI boru sistemine sahip, tüpün basınç derecesi içindeki herhangi bir viskozitede peristaltik pompa.

Macun ekstrüzyonu veya malzeme püskürtme için akışkan yolunu belirtiyorsanız mühendislerimiz pompa seçimini, besleme düzenlemesini ve baskı kafası arayüzünü akışkan verilerinize göre inceleyebilir. Reoloji eğrisini ve çalışma noktasını bizim aracılığıyla paylaşın3D baskı hizmetisayfa veyafiyat teklifi talep etve hangi pompa tipinin ölçüm fonksiyonuna sahip olması gerektiğini doğrulayacağız.

Sık sorulan sorular

Peristaltik bir pompa seramik macunu işleyebilir mi?

Sınırlar dahilinde. Hortum pompaları sert, katı madde yüklü medyayı yalnızca hortumun tutabileceği basınçta hareket ettirir - orta sınıf Verderflex Dura modelleri 12 bar'a ulaşır ve 2,5 mm'ye kadar parçacıkları geçirir. Hassas tüp pompası farklı bir durumdur: yüksek katı maddeli robocasting macunu tüpün sağlayabileceğinden daha fazla basınca ihtiyaç duyar, bu nedenle macun ekstrüzyonu normalde bir şahmerdan veya piston beslemesi kullanır.

Dişli pompa düşük viskoziteli mürekkebi kaldırabilir mi?

Evet, ancak doğruluk tasarıma bağlıdır. Viskozite düştükçe kayma artar, bu nedenle sıkı boşluklar belirtin, fark basıncını düşük tutun ve sert parçacıkları 5 µm'ye kadar filtreleyin. Teorik yer değiştirme rakamına güvenmek yerine yazıcı kafasında kalibrasyon yapmayı bekleyin.

Peristaltik bir pompa için hangi viskozite çok yüksektir?

Tek bir sayı yoktur çünkü gerçek sınır viskoziteden ziyade basınçtır. Sıvının hareket etmek için tüpün taşıyabileceğinden daha fazla basınca ihtiyaç duyması durumunda, 3-7 bar değerindeki bir tüp pompası pratik olmaktan çıkar. 10⁵ mPa·s sınıfındaki sert seramik macunu tüp pompaların ötesindedir ve hortum pompaları bunu yalnızca düşük akışta idare eder.

Aşındırıcı seramik çamurları için hangi pompa daha iyidir?

Peristaltik hortum veya tüp pompası, aşınan tek parça hortum veya tüp olduğundan ve rutin olarak değiştirildiğinden herhangi bir boşluk bırakılmasına gerek yoktur. Dişli pompalar aşındırıcı sıvıları çalıştırabilir ancak aşınma boşlukları açar ve kaymayı kalıcı olarak artırır; bu nedenle sert parçacıklar için 5 µm filtreleme tavsiye edilir.

Pompa seçimi için viskoziteyi nasıl ölçebilirim?

Newtonyen olmayan akışkanlar için bir rotasyonel reometre veya viskozimetre (ISO 3219-2, ASTM D2196), akışkanın küçük bir delikten geçtiği bir koni ve plaka yüksek kesme yöntemi (ASTM D4287) ve yalnızca Newton'a yakın mürekkeplerin hızlı karşılaştırmaları için bir akış kabı (ISO 2431) kullanın. Her zaman değerin yanında sıcaklığı ve kesme hızını da bildirin.

Dişli pompalar kesmeye duyarlı sıvılara zarar verir mi?

Yapabilirler. Boşluklardan ve dişli ağdan geçen sıvı yüksek kesme görür; bu nedenle jeller, polimerler ve hücre kültürleri gibi kesmeye duyarlı ürünler için peristaltik pompalar önerilir. Pigmentli mürekkepler ve seramik macunlar için bu kesme bir sorun değildir.

Sonuç olarak

Dişli pompalar ile peristaltik pompalar arasındaki sınır, viskozite terimleriyle ifade edilen bir basınç sınırıdır: peristaltik pompalar mekanik olarak sızdırmazlık sağlar ancak yüksek basınç geliştiremez, dişli pompalar ise basınç geliştirir ancak yalnızca sıvının izin verdiği ölçüde sızdırmazlık sağlar. Viskoziteyi, aşınmayı ve kesmeyi bu kısıtlamalarla eşleştirin ve ardından yazıcı kafasında bir kalibrasyon işlemi yaparak doğrulayın.