از جوهرهای با ویسکوزیته پایین تا خمیرهای سرامیکی با ویسکوزیته بالا: تعیین مرز انتخاب بین پمپ های دنده ای و پمپ های پریستالتیک برای سیالات ویژه چاپ سه بعدی

مرز انتقال سیال بین پمپ دنده ای و پمپ پریستالتیک در جایی قرار می گیرد که جریان سیال تحت مکش متوقف می شود و برای حرکت به فشار نیاز دارد. کمتر از 1000 mPa·s، پمپ لوله پریستالتیک پیش فرض ایمن تر است. بیش از 10000 mPa·s، یک پمپ دنده ای فشار و متر را بدون ضربان نگه می دارد. در این بین، سازگاری سیال - ساییدگی، برش و اندازه ذرات - تصمیم می‌گیرد که کدام پمپ از این کار دوام بیاورد.

خوراکی های کلیدی

محدوده ویسکوزیته سیالات چاپ سه بعدی تخصصی بیش از پنج مرتبه بزرگی را شامل می شود: جوهرهای جوهر افشان سرامیکی با سرعت 10 تا 40 mPa·s پرتاب می شوند، در حالی که خمیرهای پخش روبوکاستی منتشر شده از 2 × 105 mPa·s در نرخ برش چاپ تا 2.6 × 10 mPa·s اندازه گیری می شوند.

یک پمپ دنده ای با خود سیال آب بندی می شود. لغزش با کاهش ویسکوزیته افزایش می‌یابد، بنابراین جوهرهای نازک دقت اندازه‌گیری را از دست می‌دهند، مگر اینکه فاصله‌ها سفت شوند، فشار دیفرانسیل پایین نگه داشته شود و ذرات سخت فیلتر شوند.

یک پمپ پریستالتیک با انسداد یک لوله آب بندی می شود، بنابراین آب بندی به سختی به ویسکوزیته بستگی دارد. فشار حد مجاز است: پمپ های لوله ای به حدود 3-7 بار، سر غلتکی تا 8 بار و پمپ های شلنگی نوع کفشی به حدود 15 بار می رسد.

مناسب بودن مواد به وضوح در سایش و برش از هم جدا می شود. ذرات سرامیکی از نوک دنده و صفحات استفاده می کنند، در حالی که بخش سایش پریستالتیک یک لوله کم هزینه است. جوهرهای حساس به برش مسیر لوله با برش کم را ترجیح می دهند.

این راهنمای انتخاب، پمپ های پریستالتیک را برای سیالات با ویسکوزیته کم، حساس به برشی یا استریل، و پمپ های دنده ای را برای کار اندازه گیری با ویسکوزیته بالا، فشار بالا یا بدون پالس توصیه می کند.

هر نوع پمپ در واقع چه محدوده ویسکوزیته را پوشش می دهد؟

پمپ‌های دنده‌ای وسیع‌ترین محدوده ویسکوزیته را پوشش می‌دهند - مدل‌های پمپ وایکینگ با فاصله قابل تنظیم از 1 تا 440000 cSt - در حالی که پمپ‌های لوله‌ای پریستالتیک سیال‌های نازک تا نسبتاً چسبناک را پوشش می‌دهند و پمپ‌های شلنگی تقویت‌شده در محیط‌های سفت و مملو از مواد جامد با فشار کمتر گسترش می‌یابند.

محدوده قابل استفاده از هر برگه اطلاعاتی باریکتر است، زیرا دو سؤال به طور همزمان وجود دارد: این که سیال با پمپ چه می کند (ساییدگی، خوردگی، خستگی لوله) و آنچه پمپ با سیال انجام می دهد (برشی، ضربان، آلودگی). برای یک سیال مخصوص چاپ سه بعدی، این نقشه مانند جدول 1 است.

مرز انتقال سیال از کجا می آید

دو خانواده پمپ از استراتژی های آب بندی مخالف استفاده می کنند. یک پمپ دنده ای سه مهر و موم دینامیکی را در داخل سر پمپ تشکیل می دهد و بر روی یک فیلم سیال در داخل فضاها تکیه می کند تا خروجی فشار بالا را از ورودی فشار پایین جدا کند. یک پمپ پریستالتیک هرگز اجازه نمی‌دهد مایع به آب‌بند برسد: غلتک‌ها یا کفش‌ها لوله را صاف می‌فشارند و سیال در داخل یک جیب بسته حرکت می‌کند.

همین تفاوت واحد، کل مرز را توضیح می دهد. ویسکوزیته بر رفتار پمپ دنده غالب است و به سختی بر آب بندی پریستالتیک تأثیر می گذارد. فشار تخلیه در حالت اول توسط سر پمپ و در حالت دوم توسط لوله تنظیم می شود.

چرا پمپ های دنده ای دقت اندازه گیری را در جوهرهای با ویسکوزیته کم از دست می دهند؟

یک پمپ دنده ای روی یک فیلم سیال در داخل فضاهای خالی خود مهر و موم می کند. هنگامی که سیال رقیق است، مقدار بیشتری از آن از خروجی به ورودی نشت می کند - می لغزد - بنابراین حجم تحویلی کمتر از جابجایی تئوری می شود و خطا با فشار دیفرانسیل و سایش دنده تغییر می کند.

میکروپمپ سه ناحیه آب بندی دینامیکی را در یک پمپ دنده ای توصیف می کند: نوک چرخ دنده در برابر دیواره حفره، نقطه اتصال دو چرخ دنده، و سطوح جفت گیری جایی که چرخ دنده ها با بدنه و درپوش انتهایی برخورد می کنند. پاکسازی ها اجتناب ناپذیر است زیرا قطعات باید حرکت کنند، بنابراین کسری از مایع همیشه در داخل بازیافت می شود.

لغزش یک عدد ثابت نیست. با افزایش فشار دیفرانسیل، کاهش ویسکوزیته و فرسودگی چرخ دنده ها بدتر می شود. به همین دلیل است که دو پمپ یکسان می‌توانند حجم‌های متفاوتی را روی دو جوهر مختلف ارائه دهند و به همین دلیل است که منحنی جریان در مقابل فشار پمپ دنده‌ای با افزایش فشار خم می‌شود.

سازندگان با استراتژی ترخیص کالا به جای یک مشخصات پاسخ می دهند. پمپ وایکینگ فاصله‌های قابل تنظیمی را ارائه می‌کند که از 1 تا 440000 cSt را پوشش می‌دهد، بنابراین می‌توان یک خانواده پمپ را برای مایعات رقیق محکم یا برای خمیرهای سنگین شل ساخت. میکروپمپ از یک کفشک مکش با فشار استفاده می کند که با افزایش فشار دیفرانسیل بسته می شود و لغزش نزدیک به صفر را در طول عمر دنده نگه می دارد.

سه قانون برای جوهر کم ویسکوزیته رعایت می شود. فشار دیفرانسیل را پایین نگه دارید، زیرا لغزش تحت فشار است. ذرات سخت را تا 5 میکرومتر فیلتر کنید، زیرا سایش فضاها را باز می کند و به طور دائم لغزش را بالا می برد. و پمپ را از ورودی غرقابی تغذیه کنید: پمپ های دنده ای خود پره نمی شوند و هرگز نباید خشک شوند. در جایی که نمی توان این قوانین را رعایت کرد، یک پمپ پریستالتیک انتخاب اندازه گیری پایدارتر است، زیرا حجم جابجا شده آن توسط لوله تنظیم می شود تا با فاصله.

چرا پمپ های پریستالتیک با خمیر با ویسکوزیته بالا کار نمی کنند؟

زیرا لوله مخزن فشار است. یک پمپ پریستالتیک با فشردن یک شیلنگ یا لوله فشار ایجاد می کند، بنابراین فشار تخلیه ای که می تواند به آن برسد توسط استحکام و عمر خستگی آن لوله محدود می شود، نه توسط سیال.

دو کلاس پریستالتیک سقف های متفاوتی دارند. پمپ های لوله دقیق برای فشار و دوز کم ساخته شده اند: Verderflex Ds500 حداکثر 30 لیتر در ساعت را با حداکثر فشار تخلیه 7 بار ارائه می دهد و محدوده OEM Microdos تا 3 بار درجه بندی شده است. پمپ های شلنگ تقویت شده فراتر می روند - Verderflex Dura به 55000 لیتر در ساعت و تا 16 بار می رسد، با دقت اندازه گیری ± 1٪ و بالابر مکش 9.5 متر. طراحی سر پمپ بقیه موارد را تنظیم می کند: سرهای غلتکی فشار تا 8 بار را تحمل می کنند، در حالی که سر کفش ها بار را در یک منطقه بزرگتر پخش می کنند و برای فشارهای بالاتر، تا حدود 15 بار، و برای مایعات چسبناک تر ترجیح داده می شوند.

پمپاژ مواد چسبناک نیز فاز مکش را تحت فشار قرار می دهد. هنگامی که شیلنگ فشرده به عقب برمی گردد، یک پمپ پریستالتیک سیال را می کشد. یک خمیر با تنش تسلیم در برابر بازیابی مقاومت می کند و می تواند به جای پر کردن لوله حفره ایجاد کند. بنابراین، کار با ویسکوزیته بالا به جای بالابر مکش، به تغذیه غرقابی یا تحت فشار نیاز دارد، حتی اگر پمپ به راحتی در سیالات نازک خود پر می شود.

آخرین محدودیت خود لوله است. شیلنگ‌های پریستالتیک در اثر خستگی لایه تقویت‌کننده‌شان از کار می‌افتند و با پیر شدن لوله، جریان از بین می‌رود. راهنمای انتخاب AxFlow این است که پمپ را بزرگتر کرده و آن را کندتر راه اندازی کنید، که عمر لوله را به قیمت هد پمپ بزرگتر افزایش می دهد. هنگامی که نازل به فشار بیشتری نسبت به تحمل لوله نیاز دارد، هیچ گزینه پریستالتیکی اعمال نمی شود: اکستروژن خمیر به سمت یک اکسترودر با جابجایی مثبت حرکت می کند که توسط یک قوچ یا پیستون تغذیه می شود، جایی که گشتاور به جای قدرت لوله باعث ایجاد فشار می شود.

چگونه سازگاری سیال بین دو نوع پمپ تصمیم می گیرد؟

حساسیت به سایش و برشی در جهت مخالف کشیده می شود. ذرات سخت سرامیکی پمپ‌های دنده‌ای با فاصله نزدیک را از بین می‌برند، اما فقط از یک لوله پریستالتیک استفاده می‌کنند. جوهرهای حساس به برش از پمپ پریستالتیک جان سالم به در می‌برند، اما می‌توانند در فضای خالی پمپ دنده‌ای آسیب ببینند.

پودر سرامیک سخت است، به همین دلیل است که Micropump فیلتر کردن را به اندازه 5 میکرومتر در هر جا که ذرات سخت هستند توصیه می‌کند: این ذرات باعث تسریع سایش در پمپ دنده‌ای می‌شوند. جوهر Robocasting با بیش از 40 درصد حجم پودر سرامیک، با اندازه ذرات بسیار بالاتر از میزان فیلتر، فرموله شده است، بنابراین یک پمپ دنده دقیق نمی تواند بدون تغییر جوهر در این کار محافظت شود. در جایی که امروزه از پمپ‌های دنده‌ای در سرامیک‌ها استفاده می‌شود، جوهر ریز و در مقیاس رنگدانه را به هد چاپ چاپگرهای کاشی دیجیتال می‌رسانند و تامین‌کنندگان مواد پمپ مقاوم در برابر سایش را دقیقاً به همین دلیل مشخص می‌کنند.

برش محور دوم است. پمپ‌های پریستالتیک توسط تامین‌کنندگان آن‌ها به‌عنوان برش کم توصیف می‌شوند، زیرا سیال به‌جای فشار دادن از طریق فاصله‌های باریک، از طریق یک لوله رانده می‌شود - یک نیاز برای پلیمرهای حساس به برش، ژل‌ها و جوهرهای زیستی مملو از سلول. یک پمپ دنده ای سیال را در نوک دنده و در مش در معرض برش زیاد قرار می دهد که برای جوهرها و خمیرهای رنگدانه قابل قبول است اما برای سیستم های حساس به برش خطرناک است.

کنترل آلودگی سومین مورد است. در یک پمپ پریستالتیک، سیال فقط با لوله تماس می گیرد، بنابراین آلودگی متقابل حذف می شود و یک مسیر سیال یکبار مصرف امکان پذیر می شود - دلیل اینکه پمپ های پریستالتیک بر حمل مایعات استریل تسلط دارند. یک پمپ دنده ای سیال را در معرض چرخ دنده ها، صفحات و مهر و موم قرار می دهد، بنابراین اعتبار سنجی تمیز کردن، حجم مرده و سازگاری مواد همگی بخشی از طراحی هستند.

دما پنجره عملی را تنظیم می کند. Verderflex لوله های Verderprene را از +10 درجه تا +85 درجه و سیلیکون پخت شده با پلاتین را از -20 درجه تا +80 درجه با تأیید کلاس VI USP درجه بندی می کند و توصیه می کند مایعات بالاتر از 85 درجه پمپاژ نکنید. پمپ های دنده ای، با قطعات خیس شده موجود در فولاد ضد زنگ، PTFE، Ryton یا PEEK، با محدودیت الاستیک لوله محدود نمی شوند.

پمپ دنده ای در مقابل پمپ پریستالتیک: مقایسه مستقیم نوع پمپ

در وظیفه، تقسیم تمیز است. پمپ های پریستالتیک در مسیرهای خود پرایمینگ، کارکرد خشک، برش کم و مسیرهای سیال یکبار مصرف برنده می شوند. پمپ های دنده ای در فشار، جریان بدون پالس و پایداری اندازه گیری در محیط های ضخیم و با جامدات بالا برنده می شوند.

در یک سیستم پرینت سه بعدی تخصصی، این دو نوع پمپ اغلب به جای انتخاب بین آنها، با هم ترکیب می شوند. یک پمپ پریستالتیک مایع را از مخزن دوز می کند یا دوباره به گردش در می آورد، زیرا مکش، مواد جامد و آلودگی را به راحتی کنترل می کند، در حالی که یک پمپ دنده ای فشار و جریان بدون پالس مورد نیاز نازل یا سر چاپ را تامین می کند. سپس سوال مرزی این است که کدام پمپ دارای تابع اندازه گیری است.

در جایی که سیال نازک است و تحمل اندازه گیری متوسط ​​است، پمپ پریستالتیک باید مالک آن باشد. در جایی که سیال ضخیم، ساینده است یا باید با فشار وارد یک روزنه کوچک شود، پمپ دنده ای باید آن را داشته باشد - و هر پمپ پریستالتیکی در مدار باید به عنوان یک پمپ تامین تلقی شود.

کدام ویژگی سیال علاوه بر ویسکوزیته، مرز را جابجا می کند؟

تنش تسلیم، بارگذاری جامدات، اندازه و شکل ذرات، دما، تیکسوتروپی و چرخه وظیفه همگی مرز قابل استفاده را حرکت می دهند - گاهی اوقات با یک مرتبه بزرگی در هر جهت.

چگونه باید مسیر سیال را برای هر نوع پمپ تنظیم کنم؟

سیال را در دمای چاپ و نرخ برشی که پمپ می بیند مشخص کنید، نقطه کار را ثابت کنید، سپس پمپی را انتخاب کنید که هر دو را برآورده کند. ده مرحله بیشتر سیالات تخصصی چاپ سه بعدی را پوشش می دهد.

ویسکوزیته ظاهری را با بیش از یک نرخ برشی در دمایی که سیال در پمپ به آن می رسد اندازه گیری کنید. از روش چرخشی برای مواد غیر نیوتنی (ISO 3219-2، ASTM D2196) و روش برش بالا مخروطی و صفحه ای که در آن سیال از یک روزنه کوچک عبور می کند (ASTM D4287) استفاده کنید. یک فنجان جریان (ISO 2431) فقط برای بررسی سریع جوهرهای نزدیک به نیوتنی کف مغازه کافی است.

قبل از مقایسه کاتالوگ ها، واحدها را تبدیل کنید. ویسکوزیته سینماتیکی و دینامیکی با وزن مخصوص به هم مرتبط هستند: cSt × وزن مخصوص=cP، و cP ÷ وزن مخصوص=cSt.

نقطه وظیفه را ثابت کنید: سرعت جریان مورد نیاز، فشار مورد نیاز در نازل یا سر چاپ و شرایط اطراف مخزن.

قوانین مرزی را به ترتیب اعمال کنید: ابتدا نوار ویسکوزیته، سپس سایش، برش و عقیمی. جدول 1 نقطه شروع است.

برای پمپ پریستالتیک، اندازه بالاتر از نقطه کار باشد و کندتر کار کند. عمر لوله با کاهش سرعت روتور افزایش می یابد.

در جایی که یک پمپ پریستالتیک یک نازل را تغذیه می کند، یک دمپر ضربان قرار دهید. یک نرخ جریان ثابت و یکنواخت از اجزای پایین دست محافظت می کند.

برای پمپ دنده ای، یک ورودی سیلابی طراحی کنید و هرگز آن را خشک نکنید. یک مسیر تسکین اضافه کنید، زیرا لغزش و فشار سیستم با هر محدودیت پایین دست تغییر می کند.

فیلتراسیون را با سختی ذرات - 5 میکرومتر برای ذرات سخت مشخص کنید، درشت‌تر فقط در جایی که ذرات نرم هستند - و تأیید کنید که جامدات خود جوهر زیر حد مجاز است.

ترکیب لوله یا شلنگ را برای شیمی، دما و الزامات نظارتی انتخاب کنید و سقف عملی 85 درجه را به خاطر بسپارید.

در هد چاپ به جای خروجی پمپ کالیبره کنید و با پیر شدن لوله دوباره بررسی کنید، زیرا جریان پریستالتیک با خستگی لوله تحلیل می‌رود.

کدام پمپ را برای سیال پرینت سه بعدی خود انتخاب کنید؟

برای سیالات نازک، حساس به برش یا استریل با فشار متوسط، چرخ دنده را برای مواد ضخیم، ساینده یا فشار بالا انتخاب کنید. پنج قانون اکثر موارد را حل می کند.

زیر 1000 mPa·s بدون مواد جامد ساینده و فشار متوسط: پمپ لوله پریستالتیک. با حجم لوله متر می شود، مایعات رقیق را به خوبی تحمل می کند و مایع را در داخل لوله نگه می دارد.

زیر 1000 mPa·s اما سیال باید با فشار به هد چاپ تزریق شود: پمپ دنده ای با فاصله کم با فیلتراسیون 5 میکرومتر، فشار دیفرانسیل کم و کالیبراسیون وزنی.

بین 1000 تا 10000 mPa·s با مواد جامد نرم یا محلول: پمپ دنده ای، زیرا ویسکوزیته اکنون فضاها را آب بندی می کند و جریان بدون پالس رسوب را بهبود می بخشد.

بیش از 10000 mPa·s با ذرات سخت سرامیکی: پمپ دنده ای فقط در صورتی که طراحی آن سایش و تغذیه غرقابی را تحمل کند. در غیر این صورت یک اکسترودر با جابجایی مثبت تغذیه شده با قوچ است، زیرا پمپ های لوله ای خارج از محدوده فشار خود هستند.

استریل، یک بار مصرف یا آلودگی متقاطع: پمپ پریستالتیک با لوله USP کلاس VI، در هر ویسکوزیته در درجه بندی فشار لوله.

اگر مسیر سیال را برای اکستروژن خمیر یا جت مواد مشخص می کنید، مهندسان ما می توانند انتخاب پمپ، ترتیب تغذیه و رابط هد چاپ را با داده های سیال شما بررسی کنند. منحنی رئولوژی و نقطه وظیفه را از طریق ما به اشتراک بگذاریدخدمات پرینت سه بعدیصفحه یادرخواست یک نقل قول، و ما تأیید خواهیم کرد که کدام نوع پمپ باید تابع اندازه گیری را داشته باشد.

سوالات متداول

آیا یک پمپ پریستالتیک می تواند خمیر سرامیکی را مدیریت کند؟

در محدوده. پمپ های خرطومی محیط سفت و مملو از مواد جامد را حرکت می دهند، اما تنها با فشاری که شلنگ می تواند نگه دارد - مدل های میان رده Verderflex Dura به 12 بار می رسد و ذرات را تا 2.5 میلی متر عبور می دهد. یک پمپ لوله دقیق مورد متفاوتی است: خمیر رباتیک با جامدات بالا نیاز به فشار بیشتری نسبت به لوله دارد، بنابراین اکستروژن خمیر معمولاً از تغذیه رم یا پیستون استفاده می کند.

آیا پمپ دنده ای می تواند جوهر کم ویسکوزیته را مدیریت کند؟

بله، اما دقت بستگی به طراحی دارد. لغزش با کاهش ویسکوزیته افزایش می یابد، بنابراین فاصله های تنگ را مشخص کنید، فشار دیفرانسیل را پایین نگه دارید و ذرات سخت را تا 5 میکرومتر فیلتر کنید. به جای اعتماد به رقم تئوری جابجایی، انتظار کالیبره کردن در هد چاپ را داشته باشید.

چه ویسکوزیته ای برای پمپ پریستالتیک خیلی زیاد است؟

هیچ عدد واحدی وجود ندارد، زیرا حد واقعی فشار است تا ویسکوزیته. هنگامی که سیال برای حرکت به فشار بیشتری نسبت به تحمل لوله نیاز داشته باشد، یک پمپ لوله 3 تا 7 بار دیگر عملی نیست. خمیر سرامیکی سفت در کلاس 105 mPa·s فراتر از پمپ‌های لوله‌ای است و پمپ‌های شلنگی آن را فقط با جریان کاهش می‌دهند.

کدام پمپ برای دوغاب های سرامیکی ساینده بهتر است؟

یک شلنگ یا پمپ لوله پریستالتیک، زیرا تنها قسمت سایش شیلنگ یا لوله است و به طور معمول تعویض می شود - نیازی به نگه داشتن فاصله نیست. پمپ‌های دنده‌ای می‌توانند سیال‌های ساینده را اجرا کنند، اما سایش فضاها را باز می‌کند و لغزش را برای همیشه افزایش می‌دهد، به همین دلیل است که فیلتر 5 میکرومتری برای ذرات سخت توصیه می‌شود.

چگونه ویسکوزیته را برای انتخاب پمپ اندازه گیری کنم؟

از یک رئومتر یا ویسکومتر چرخشی برای سیالات غیر نیوتنی (ISO 3219-2، ASTM D2196)، یک روش مخروطی و صفحه ای با برش بالا که در آن سیال از یک روزنه کوچک عبور می کند (ASTM D4287) و یک فنجان جریان (ISO 2431) فقط برای مقایسه های سریع in-n نزدیک استفاده کنید. همیشه دما و نرخ برش را در کنار مقدار گزارش کنید.

آیا پمپ های دنده ای به سیالات حساس به برش آسیب می رسانند؟

آنها می توانند. سیال عبوری از فاصله ها و شبکه چرخ دنده برش بالایی را می بیند، به همین دلیل است که پمپ های پریستالتیک برای محصولات حساس به برش مانند ژل ها، پلیمرها و کشت سلولی توصیه می شود. برای جوهرهای رنگدانه و خمیرهای سرامیکی، این برش مشکلی ندارد.

خط پایین

مرز بین پمپ های دنده ای و پمپ های پریستالتیک یک مرز فشار است که به صورت ویسکوزیته بیان می شود: پمپ های پریستالتیک به صورت مکانیکی آب بندی می شوند اما نمی توانند فشار بالا ایجاد کنند، در حالی که پمپ های دنده ای فشار ایجاد می کنند اما فقط تا جایی که سیال اجازه می دهد آب بندی می شود. ویسکوزیته، سایش و برش را با آن محدودیت ها مطابقت دهید، سپس با یک کالیبراسیون در سر چاپ بررسی کنید.