מדיו עם צמיגות נמוכה למשחות קרמיות עם צמיגות גבוהה: הגדרת גבול הבחירה בין משאבות גלגלי שיניים למשאבות פריסטלטיות עבור נוזלי הדפסה תלת מימדיים מיוחדים

גבול הטיפול בנוזל בין משאבת הילוכים למשאבה פריסטלטית יושב במקום שבו נוזל מפסיק לזרום תחת יניקה ומתחיל להזדקק ללחץ כדי לנוע. מתחת ל-1,000 mPa·s בערך, משאבת צינור פריסטלטית היא ברירת המחדל הבטוחה יותר. מעל 10,000 mPa·s בערך, משאבת גלגלי שיניים מחזיקה לחץ ומדדים ללא פעימה. בין לבין, תאימות נוזלים - שחיקה, גזירה וגודל החלקיקים - מחליטה איזו משאבה שורדת את החובה.

טייק אווי מפתח

טווח הצמיגות של נוזלי הדפסה תלת-ממדית מיוחדים משתרע על פני יותר מחמישה סדרי גודל: דיו הזרקת דיו קרמי מוזרקים במהירות של 10-40 mPa·s, בעוד משחות robocasting שפורסמו נמדדות מ-2 × 10⁵ mPa·s בקצבי גזירה להדפסה עד 2.6 × 10·mPa·s.

משאבת הילוכים אוטמת עם הנוזל עצמו. ההחלקה עולה ככל שהצמיגות יורדת, כך שדיו דק מאבד את דיוק המדידה אלא אם כן מחזקים את המרווחים, לחץ ההפרש נשמר נמוך וחלקיקים קשים מסוננים החוצה.

משאבה פריסטלטית אוטמת על ידי חסימת צינור, כך שאיטום בקושי תלוי בצמיגות. הלחץ הוא הגבול: משאבות צינור מגיעות לכ-3-7 בר, ראשי רולר עד 8 בר, ומשאבות צינור מסוג נעל לכ-15 בר.

התאמת החומר מפרידה בצורה הברורה ביותר על שחיקה וגזירה. חלקיקי קרמיקה לובשים קצות ציוד וצלחות, בעוד שחלק הבלאי הפריסטלטי הוא צינור בעלות נמוכה; צבעי דיו רגישים לגזירה מעדיפים את נתיב צינור הגזירה נמוך.

מדריך בחירה זה ממליץ על משאבות פריסטלטיות עבור נוזלים בעלי צמיגות נמוכה, רגישים לגזירה או סטריליים, ועל משאבות גלגלי שיניים עבור חובת מדידה בצמיגות גבוהה, בלחץ גבוה או ללא דופק.

איזה טווח צמיגות מכסה כל סוג משאבה בפועל?

משאבות גלגלי שיניים מכסות את טווח הצמיגות הרחב ביותר - משאבת Viking מדרגת דגמים עם מרווח מתכוונן מ-1 עד 440,000 cSt - בעוד משאבות צינורות פריסטלטיות מכסות נוזלים דקים עד צמיגים בינוניים, ומשאבות צינור מחוזקות משתרעות לתוך מדיה קשיחה ועמוסת מוצקים בלחץ נמוך יותר.

הטווח השימושי צר יותר ממה שמציע כל גיליונות נתונים, מכיוון ששתי שאלות חלות בו-זמנית: מה הנוזל עושה למשאבה (בלאי, קורוזיה, עייפות צינור) ומה המשאבה עושה לנוזל (גזירה, פעימה, זיהום). עבור נוזל הדפסה תלת-ממדית מיוחד, המיפוי הזה נראה כמו טבלה 1.

מאיפה מגיע גבול הטיפול בנוזל

שתי משפחות המשאבות משתמשות באסטרטגיות איטום הפוכות. משאבת גלגלי שיניים יוצרת שלושה אטמים דינמיים בתוך ראש המשאבה ונשענת על סרט נוזל בתוך המרווחים כדי להפריד בין מוצא הלחץ הגבוה לכניסת הלחץ הנמוך. משאבה פריסטלטית לעולם אינה נותנת לנוזל להגיע לאטימה: גלילים או נעליים דוחסים את הצינור שטוח והנוזל עובר בתוך כיס סגור.

ההבדל היחיד הזה מסביר את כל הגבול. צמיגות שולטת בהתנהגות משאבת הילוכים ובקושי משפיעה על איטום פריסטלטי; לחץ הפריקה נקבע על ידי ראש המשאבה במקרה הראשון ועל ידי הצינור במקרה השני.

מדוע משאבות גלגלי שיניים מאבדות את דיוק המדידה בדיו עם צמיגות נמוכה?

משאבת גלגלי שיניים אוטמת סרט נוזל בתוך המרווחים שלה. כאשר הנוזל דליל, יותר ממנו זולג חזרה מהיציאה לכניסה - החלקה - כך שהנפח הנמסר יורד מתחת לתזוזה התיאורטית, והשגיאה משתנה עם הלחץ ההפרש ובלאי ההילוכים.

Micropump מתאר שלושה אזורי איטום דינמיים במשאבת גלגלי שיניים: קצות גלגל השיניים כנגד דופן החלל, נקודת החיבור של שני גלגלי השיניים, ומשטחי ההזדווגות שבהם גלגלי השיניים נפגשים עם הגוף ומכסה הקצה. מרווחים הם בלתי נמנעים מכיוון שהחלקים חייבים לזוז, כך שחלק מהנוזל תמיד ממוחזר באופן פנימי.

החלקה היא לא מספר קבוע. זה מחמיר ככל שהלחץ ההפרש גדל, ככל שהצמיגות יורדת וככל שהגלגלים נשחקים. זו הסיבה ששתי משאבות זהות יכולות לספק נפחים שונים על שני דיו שונים, ומדוע עקומת הזרימה מול הלחץ של משאבת הילוכים מתכופפת עם עליית הלחץ.

היצרנים עונים באסטרטגיית חיסול ולא במפרט יחיד. Viking Pump מציעה מרווחים מתכווננים המכסים 1 עד 440,000 cSt, כך שניתן לבנות משפחת משאבות אחת הדוקה עבור נוזלים דקים או רופפת עבור משחות כבדות. Micropump משתמשת בנעל יניקה עמוסת לחץ שנסגרת עם עליית לחץ ההפרש, ומחזיקה את חיי ההילוכים כמעט באפס.

ישנם שלושה כללים עבור דיו בעל צמיגות נמוכה. שמור על לחץ דיפרנציאלי נמוך, מכיוון שההחלקה מונעת בלחץ. סנן חלקיקים קשים עד ל-5 מיקרומטר, מכיוון שהבלאי פותח מרווחים ומעלה את ההחלקה לצמיתות. והזינו את המשאבה מכניסה מוצפת: משאבות גלגלי שיניים אינן מונעות מעצמן ולעולם לא אמורות להתייבש. כאשר לא ניתן לעמוד בכללים הללו, משאבה פריסטלטית היא בחירת המדידה היציבה יותר, מכיוון שנפח העקירה שלה נקבע על ידי הצינור ולא על ידי מרווח.

מדוע משאבות פריסטלטיות מפסיקות לעבוד עם משחה בעלת צמיגות גבוהה?

כי הצינור הוא כלי הלחץ. משאבה פריסטלטית בונה לחץ על ידי סחיטת צינור או צינור, כך שלחץ הפריקה אליו היא יכולה להגיע מוגבל על ידי החוזק וחיי העייפות של הצינור הזה, לא על ידי הנוזל.

לשתי המעמדות הפריסטלטיים יש תקרות שונות. משאבות שפופרות מדויקות בנויות עבור לחץ נמוך ומינון: Verderflex Ds500 מספק עד 30 ליטר לשעה בלחץ פריקה מרבי של 7 בר, וטווח ה-OEM של Microdos מדורג ל-3 בר. משאבות צינור מחוזקות מגיעות רחוק יותר - ה- Verderflex Dura מגיעה ל-55,000 L/h ועד 16 בר, עם דיוק מדידה של ±1% והרמת יניקה של 9.5 מ'. עיצוב ראש המשאבה קובע את השאר: ראשי רולר תומכים בלחצים של עד 8 בר, בעוד שראשי נעליים מפזרים את העומס על שטח גדול יותר ומועדפים ללחצים גבוהים יותר, עד כ-15 בר, ולנוזלים צמיגים יותר.

שאיבת חומר צמיג מאמצת גם את שלב היניקה. משאבה פריסטלטית שואבת נוזל כאשר הצינור הדחוס קופץ לאחור; משחה עם מתח תפוקה מתנגדת להתאוששות זו ויכולה להחליק במקום למלא את השפופרת. לכן חובה בצמיגות גבוהה מצריכה הזנה מוצפת או בלחץ ולא הרמת יניקה, למרות שהמשאבה מתפרקת בקלות בנוזלים דקים.

הגבול האחרון הוא הצינור עצמו. צינורות פריסטלטיים נכשלים בגלל עייפות של שכבת החיזוק שלהם, והזרימה דועכת ככל שהצינור מזדקן. הנחיית הבחירה של AxFlow היא להגדיל את המשאבה ולהפעיל אותה לאט יותר, מה שמגדיל את חיי הצינור במחיר של ראש משאבה גדול יותר. כאשר הזרבובית זקוקה ליותר לחץ ממה שהצינור יכול להחזיק, לא חלה אפשרות פריסטלטית: שחול הדבק עובר למכבש בעל תזוזה חיובית המוזן על ידי כבש או בוכנה, שם מומנט ולא חוזק צינור יוצר את הלחץ.

כיצד תאימות נוזלים מחליטה בין שני סוגי המשאבות?

רגישות לשחיקה ולגזירה מושכת לכיוונים מנוגדים. חלקיקי קרמיקה קשים הורסים משאבות ציוד מרווחות, אך לובשים רק צינור פריסטלטי; דיו רגיש לגזירה שורד משאבה פריסטלטית אך עלול להינזק בתוך מרווחי משאבת גלגלי שיניים.

אבקה קרמית קשה, וזו הסיבה ש-Micropump ממליצה לסנן עד 5 מיקרומטר בכל מקום שבו חלקיקים קשים: החלקיקים האלה מאיצים את הבלאי בתוך משאבת גלגלי שיניים. דיו robocasting מנוסח עם יותר מ-40 נפח% אבקה קרמית, עם גדלי חלקיקים הרבה מעל דירוג המסנן הזה, כך שלא ניתן להגן על משאבת גלגלי שיניים מדויקת בעבודה זו מבלי להחליף את הדיו. היכן שהיום משתמשים במשאבות גלגלי שיניים בקרמיקה, הן מזרימות דיו עדין בקנה מידה פיגמנט לראשי ההדפסה של מדפסות אריחים דיגיטליות, וספקים מציינים חומרי משאבה עמידים בפני שחיקה בדיוק מהסיבה הזו.

גזירה היא הציר השני. משאבות פריסטלטיות מתוארות על ידי הספקים שלהן כבעלי גזירה נמוכה, מכיוון שהנוזל נדחף דרך צינור במקום להידחף דרך מרווחים צרים - דרישה לפולימרים רגישים לגזירה, ג'לים ודיו ביו עמוסי תאים. משאבת גלגלי שיניים חושפת את הנוזל לגזירה גבוהה בקצות ההילוכים וברשת, מה שמקובל על דיו ומשחות פיגמנטיות אך מסוכן עבור מערכות רגישות לגזירה.

בקרת זיהום היא השלישית. במשאבה פריסטלטית הנוזל יוצר רק קשר עם הצינור, ולכן זיהום צולב מתבטל ומתאפשר נתיב נוזל חד-פעמי - הסיבה לכך שמשאבות פריסטלטיות שולטות בטיפול בנוזל סטרילי. משאבת גלגלי שיניים חושפת נוזל לגלגלי שיניים, לוחות ואטמים, כך שאימות ניקוי, נפח מת ותאימות חומרים הופכים כולם לחלק מהעיצוב.

הטמפרטורה קובעת את החלון המעשי. Verderflex מדרגת את צינורות Verderprene מ-+10 מעלות עד +85 מעלות וסיליקון מעובד בפלטינה מ--20 מעלות עד +80 מעלות עם אישור USP Class VI, וממליצה לא לשאוב נוזלים מעל 85 מעלות. משאבות גלגלי שיניים, עם חלקים רטובים זמינים בנירוסטה, PTFE, Ryton או PEEK, אינן מוגבלות על ידי מגבלת האלסטיות של הצינור.

משאבת גלגלי שיניים לעומת משאבה פריסטלטית: השוואה ישירה של סוג משאבה

בתפקיד, הפיצול נקי. משאבות פריסטלטיות מנצחות על דחייה עצמית, ריצה יבשה, גזירה נמוכה ונוזלים חד פעמיים. משאבות גלגלי שיניים מנצחות על לחץ, זרימה נטולת דופק ויציבות מדידה במדיה עבה ועתירת מוצקים.

במערכת הדפסה תלת מימדית מיוחדת שני סוגי המשאבות משולבים לרוב ולא נבחרים ביניהם. משאבה פריסטלטית נותנת או מחזירה נוזל מהמאגר, מכיוון שהיא מטפלת בשאיבה, מוצקים וזיהום בקלות, בעוד משאבת גלגלי שיניים מספקת את הלחץ והזרימה נטולת הדופק הדרושים לזרבובית או לראש ההדפסה. שאלת הגבול הופכת אז לאיזו משאבה יש את פונקציית המדידה.

כאשר הנוזל דק וסובלנות המדידה מתונה, המשאבה הפריסטלטית צריכה להחזיק בו. כאשר הנוזל סמיך, שוחק או חייב להיות מועבר בלחץ לתוך פתח קטן, משאבת גלגלי השיניים צריכה להיות הבעלים שלו - ויש להתייחס לכל משאבה פריסטלטית במעגל כאל משאבת אספקה.

אילו תכונות נוזל מלבד צמיגות מזיזות את הגבול?

מתח התפוקה, העמסת מוצקים, גודל וצורת החלקיקים, טמפרטורה, טיקוטרופיה ומחזור עבודה - כולם מזיזים את הגבול השמיש - לפעמים בסדר גודל לשני הכיוונים.

כיצד עלי להגדיר את נתיב הנוזל עבור כל סוג משאבה?

אפיין את הנוזל בטמפרטורת ההדפסה ואת קצב הגזירה שהמשאבה תראה, תקן את נקודת העבודה ולאחר מכן בחר את המשאבה שעונה על שניהם. עשרה שלבים מכסים את רוב נוזלי ההדפסה התלת מימדית המיוחדים.

מדוד צמיגות לכאורה ביותר מקצב גזירה אחד, בטמפרטורה אליה יגיע הנוזל במשאבה. השתמשו בשיטה סיבובית לחומרים שאינם ניוטונים (ISO 3219-2, ASTM D2196) ובשיטת גזירה גבוהה של חרוט וצלחת שבה הנוזל עובר פתח קטן (ASTM D4287). כוס זרימה (ISO 2431) מתאימה רק לבדיקות מהירות ברצפת החנות של דיו כמעט ניוטוני.

המר יחידות לפני השוואת קטלוגים. צמיגות קינמטית ודינמית מקושרות על ידי משקל סגולי: cSt × משקל סגולי=cP, ו-cP ÷ משקל סגולי=cSt.

תקן את נקודת העבודה: קצב הזרימה הנדרש, הלחץ הנדרש בזרבובית או בראש ההדפסה, והתנאים סביב המאגר.

החל את כללי הגבול לפי הסדר: תחילה רצועת צמיגות, לאחר מכן שחיקה, גזירה וסטריליות. טבלה 1 היא נקודת ההתחלה.

עבור משאבה פריסטלטית, גודל מעל נקודת העבודה והפעל לאט יותר; חיי הצינור גדלים ככל שמהירות הרוטור יורדת.

היכן שמשאבה פריסטלטית מזינה זרבובית, התקן בולם פעימה; קצב זרימה אחיד וקבוע מגן על רכיבים במורד הזרם.

עבור משאבת גלגלי שיניים, תכנן פתח כניסה מוצף ולעולם אל תפעיל אותו. הוסף נתיב הקלה, כי החלקה ולחץ המערכת משתנים עם כל הגבלה במורד הזרם.

ציין סינון לפי קשיות החלקיקים - 5 מיקרומטר עבור חלקיקים קשים, גס יותר רק כאשר החלקיקים רכים - וודא שהמוצקים של הדיו עצמו נמצאים מתחת לגבול.

בחר את תרכובת הצינור או הצינור עבור כימיה, טמפרטורה ודרישות רגולטוריות, וזכור את התקרה המעשית של 85 מעלות.

כייל בראש ההדפסה ולא בשקע המשאבה, ואמת מחדש ככל שהצינור מזדקן, מכיוון שהזרימה הפריסטלטית דועכת עם עייפות הצינור.

באיזו משאבה כדאי לבחור עבור נוזל ההדפסה התלת מימדית שלך?

בחר פריסטלט עבור נוזלים דקים, רגישים לגזירה או סטריליים בלחץ מתון, וציוד עבור עבודה עבה, שוחקת או בלחץ גבוה. חמישה כללים פותרים את רוב המקרים.

מתחת ל-1,000 mPa·s ללא מוצקים שוחקים ולחץ מתון: משאבת צינור פריסטלטית. הוא מודד לפי נפח הצינור, סובל היטב נוזלים דקים ושומר על הנוזלים בתוך הצינור.

מתחת ל-1,000 mPa·s אך יש להזריק את הנוזל לראש הדפסה בלחץ: משאבת גלגלי שיניים עם מרווח הדוק עם סינון של 5 מיקרומטר, לחץ דיפרנציאלי נמוך וכיול גרבימטרי.

בין 1,000 ל-10,000 mPa·s עם מוצקים רכים או מומסים: משאבת הילוכים, מכיוון שהצמיגות אוטמת כעת את המרווחים וזרימה נטולת דופק משפרת את השקיעה.

מעל 10,000 mPa·s עם חלקיקי קרמיקה קשים: משאבת ציוד רק אם העיצוב סובל בלאי והזנה מוצפת; אחרת, אקסטרודר בעל תזוזה חיובית, היות ומשאבות צינור נמצאות מחוץ לטווח הלחץ שלהן.

סטרילית, חד פעמית או קריטית לזיהום צולב: משאבה פריסטלטית עם צינור USP Class VI, בכל צמיגות בתוך דירוג הלחץ של הצינור.

אם אתה מציין את נתיב הנוזל עבור שחול הדבק או הזרקת חומר, המהנדסים שלנו יכולים לסקור את בחירת המשאבה, סידור ההזנה וממשק ראש ההדפסה מול נתוני הנוזל שלך. שתף את עקומת הריאולוגיה ואת נקודת החובה דרך שלנושירות הדפסת תלת מימדעמוד אולבקש הצעת מחיר, ואנו נאשר איזה סוג משאבה צריך להיות בעל פונקציית המדידה.

שאלות נפוצות

האם משאבה פריסטלטית יכולה להתמודד עם משחה קרמית?

בגבולות. משאבות צינור נעות מדיה נוקשה ועמוסת מוצקים, אבל רק בלחץ שהצינור יכול להחזיק - דגמי Verderflex Dura בטווח הביניים מגיעים ל-12 בר ומעבירים חלקיקים עד 2.5 מ"מ. משאבת שפופרת מדויקת היא מקרה אחר: משחת רובוקאסט עתירת מוצקים זקוקה ליותר לחץ ממה שהצינור יכול לספק, לכן שחול הדבק משתמש בדרך כלל באיל או בהזנת בוכנה.

האם משאבת גלגלי שיניים יכולה להתמודד עם דיו בעל צמיגות נמוכה?

כן, אבל הדיוק תלוי בעיצוב. החלקה עולה ככל שהצמיגות יורדת, אז ציין מרווחים הדוקים, שמור על לחץ דיפרנציאלי נמוך וסנן חלקיקים קשים ל-5 מיקרומטר. צפו לכייל בראש ההדפסה במקום לסמוך על נתון התזוזה התיאורטי.

איזו צמיגות גבוהה מדי עבור משאבה פריסטלטית?

אין מספר אחד, כי הגבול האמיתי הוא לחץ ולא צמיגות. משאבת צינור בדירוג של 3-7 בר מפסיקה להיות מעשית ברגע שהנוזל צריך יותר לחץ כדי לנוע ממה שהצינור יכול להחזיק. משחה קרמית קשיחה בדרגת 10⁵ mPa·s היא מעבר למשאבות צינור, ומשאבות צינור מטפלות בה רק בזרימה מופחתת.

איזו משאבה עדיפה עבור תמיסות קרמיקה שוחקות?

משאבת צינור או צינור פריסטלטית, מכיוון שחלק הבלאי היחיד הוא הצינור או הצינור והוא מוחלף באופן שגרתי - אין צורך להחזיק מרווח. משאבות גלגלי שיניים יכולות להפעיל נוזלים שוחקים, אך בלאי פותח מרווחים ומגביר את ההחלקה לצמיתות, וזו הסיבה שמומלץ לסנן 5 מיקרומטר עבור חלקיקים קשים.

כיצד אוכל למדוד צמיגות לבחירת משאבה?

השתמש בריאומטר סיבובי או ויסקומטר לנוזלים שאינם ניוטונים (ISO 3219-2, ASTM D2196), שיטת גזירה גבוהה של חרוט וצלחת שבה הנוזל עובר פתח קטן (ASTM D4287), וכוס זרימה (ISO 2431) רק להשוואות מהירות של דיונים קרובים לניוטון. דווח תמיד על טמפרטורה וקצב גזירה לצד הערך.

האם משאבות גלגלי שיניים פוגעות בנוזלים הרגישים לגזירה?

הם יכולים. נוזל העובר דרך המרווחים ורשת ההילוכים רואה גזירה גבוהה, ולכן מומלצות משאבות פריסטלטיות למוצרים הרגישים לגזירה כגון ג'לים, פולימרים ותרביות תאים. עבור דיו פיגמנט ומשחות קרמיות, גזירה זו אינה בעיה.

שורה תחתונה

הגבול בין משאבות גלגלי שיניים למשאבות פריסטלטיות הוא גבול לחץ המתבטא במונחי צמיגות: משאבות פריסטלטיות אוטמות בצורה מכנית אך אינן יכולות לפתח לחץ גבוה, בעוד משאבות גלגלי שיניים מפתחות לחץ אך אוטמות רק כפי שהנוזל מאפשר. התאימו את הצמיגות, השחיקה והגזירה לאילוצים הללו, ולאחר מכן ודא באמצעות הפעלת כיול בראש ההדפסה.