Nuo mažo klampumo rašalo iki didelio klampumo keraminių pastų: specialių 3D spausdinimo skysčių atrankos ribos tarp krumpliaračių siurblių ir peristaltinių siurblių nustatymas

Skysčio tvarkymo riba tarp krumpliaračio siurblio ir peristaltinio siurblio yra ten, kur skystis nustoja tekėti siurbiamas ir jam reikia slėgio, kad galėtų judėti. Mažesnis nei 1000 mPa·s, peristaltinis vamzdinis siurblys yra saugesnis numatytasis nustatymas. Virš maždaug 10 000 mPa·s, krumpliaračio siurblys palaiko slėgį ir matuoklius be pulsavimo. Tarpusavyje skysčių suderinamumas – dilimas, šlyties ir dalelių dydis – lemia, kuris siurblys atlaikys darbą.

Raktai išsinešti

Specialių 3D spausdinimo skysčių klampumo diapazonas apima daugiau nei penkias didumo eiles: keraminiai rašaliniai rašalai purškiami 10–40 mPa·s, o paskelbtos robotizuotos pastos matuoja nuo 2 × 10⁵ mPa·s esant spausdinimo šlyties greičiui iki 2,6 mPa·10⁷.

Pavarų siurblys sandarina pačiu skysčiu. Slydimas didėja mažėjant klampumui, todėl plonas rašalas praranda matavimo tikslumą, nebent sugriežtinami tarpai, išlaikomas mažas slėgio skirtumas ir išfiltruojamos kietos dalelės.

Peristaltinis siurblys sandarina užkimšdamas vamzdelį, todėl sandarinimas beveik nepriklauso nuo klampumo. Slėgis yra riba: vamzdiniai siurbliai siekia apie 3–7 barus, ritinėlių galvutės iki 8 barų, o bato tipo žarnos siurbliai apie 15 barų.

Medžiagos tinkamumas aiškiausiai skiriasi nuo trinties ir šlyties. Keramikinės dalelės dėvi pavarų antgalius ir plokštes, o peristaltinė dėvima dalis yra pigus vamzdis; šlyčiai jautrūs rašalai teikia pirmenybę mažo šlyties vamzdžio keliui.

Šiame pasirinkimo vadove rekomenduojami peristaltiniai siurbliai, skirti mažo klampumo, šlyčiai jautriems arba steriliems skysčiams, ir krumpliaračių siurbliai, skirti didelio klampumo, aukšto slėgio arba be impulsų dozavimui.

Kokį klampos diapazoną iš tikrųjų apima kiekvienas siurblio tipas?

Pavarų siurbliai apima plačiausią klampumo diapazoną – „Viking Pump“ reguliuoja reguliuojamo tarpo modelius nuo 1 iki 440 000 cSt, o peristaltiniai vamzdiniai siurbliai dengia plonus ar vidutiniškai klampius skysčius, o sutvirtintos žarnos siurbliai patenka į kietą, kietųjų medžiagų prikrautą terpę esant mažesniam slėgiui.

Naudojamas diapazonas yra siauresnis nei nurodyta bet kuriame duomenų lape, nes iš karto taikomi du klausimai: ką skystis daro siurbliui (dėvėjimasis, korozija, vamzdžių nuovargis) ir ką siurblys veikia skysčiui (šlytis, pulsacija, užteršimas). Specialaus 3D spausdinimo skysčio atveju šis žemėlapis atrodo kaip 1 lentelė.

Iš kur atsiranda skysčių tvarkymo riba

Dvi siurblių šeimos naudoja priešingas sandarinimo strategijas. Krumpliaračio siurblys sudaro tris dinaminius sandariklius siurblio galvutės viduje ir remiasi skysčio plėvele, esančia tarpų viduje, kad atskirtų aukšto slėgio išėjimą nuo žemo slėgio įleidimo angos. Peristaltinis siurblys niekada neleidžia skysčiui pasiekti sandariklio: ritinėliai arba batai suspaudžia vamzdį plokščiai ir skystis keliauja uždaroje kišenėje.

Tas vienintelis skirtumas paaiškina visą ribą. Klampumas dominuoja krumpliaračio siurblio veikime ir beveik neveikia peristaltinio sandarinimo; išleidimo slėgis pirmuoju atveju nustatomas siurblio galvute, o antruoju - vamzdžiu.

Kodėl krumpliaračių siurbliai praranda matavimo tikslumą naudojant mažo klampumo rašalą?

Krumpliaračio siurblys užsandarina skysčio plėvelę savo tarpų viduje. Kai skystis yra plonas, daugiau jo nuteka atgal iš išleidimo angos į įleidimo angą – paslysta – todėl tiekiamas tūris nukrenta žemiau teorinio poslinkio, o paklaida keičiasi dėl slėgio skirtumo ir pavarų susidėvėjimo.

Mikrosiurblys apibūdina tris dinamines sandarinimo sritis krumpliaračio siurblyje: krumpliaračio antgalius prie ertmės sienelės, dviejų krumpliaračių sujungimo tašką ir jungiamuosius paviršius, kur krumpliaračiai susitinka su korpusu ir galiniu dangteliu. Tarpai neišvengiami, nes dalys turi judėti, todėl dalis skysčio visada recirkuliuoja viduje.

Slidinėjimas nėra fiksuotas skaičius. Jis blogėja, kai didėja slėgio skirtumas, mažėja klampumas ir susidėvi pavaros. Štai kodėl du identiški siurbliai gali tiekti skirtingą kiekį dviejų skirtingų rašalo ir kodėl krumpliaračio siurblio srauto ir slėgio kreivė lenkiasi didėjant slėgiui.

Gamintojai atsako naudodami klirenso strategiją, o ne vieną specifikaciją. „Viking Pump“ siūlo reguliuojamus tarpus, apimančius nuo 1 iki 440 000 cSt, todėl vieną siurblių šeimą galima sukonstruoti sandarią ploniems skysčiams arba laisvą sunkioms pastoms. Mikrosiurblys naudoja slėgiu apkrautą siurbimo trinkelę, kuri užsidaro, kai didėja slėgio perkryčio skirtumas, todėl pavaros eksploatavimo laikas beveik nuslysta.

Mažo klampumo rašalui taikomos trys taisyklės. Slėgio skirtumas turi būti žemas, nes slydimą lemia slėgis. Filtruokite kietas daleles iki 5 µm, nes susidėvėjimas atveria tarpus ir visam laikui padidina slydimą. Ir maitinkite siurblį iš užtvindytos įleidimo angos: krumpliaračių siurbliai nėra savisiurbiai ir niekada neturėtų veikti sausai. Jei šių taisyklių neįmanoma laikytis, peristaltinis siurblys yra stabilesnis dozavimo pasirinkimas, nes jo išstumtą tūrį nustato vamzdis, o ne tarpas.

Kodėl peristaltiniai siurbliai nustoja veikti naudojant didelio klampumo pasta?

Kadangi vamzdis yra slėgio indas. Peristaltinis siurblys sukuria slėgį, suspausdamas žarną ar vamzdelį, todėl jo galimą išleidimo slėgį riboja to vamzdžio stiprumas ir nuovargis, o ne skystis.

Dvi peristaltikos klasės turi skirtingas lubas. Tikslūs vamzdiniai siurbliai skirti žemam slėgiui ir dozavimui: „Verderflex Ds500“ tiekia iki 30 l/h, kai didžiausias išleidimo slėgis yra 7 barai, o „Microdos“ originalios įrangos gamintojų diapazonas yra skirtas 3 barams. Sustiprinti žarnų siurbliai eina toliau – Verderflex Dura pasiekia 55 000 l/h ir iki 16 barų, su ±1 % matavimo tikslumu ir 9,5 m įsiurbimo pakilimu. Siurblio galvutės konstrukcija nustato visa kita: ritinėlių galvutės palaiko slėgį iki 8 barų, o batų galvutės paskirsto apkrovą didesniame plote ir yra tinkamiausios esant didesniam slėgiui, iki maždaug 15 barų, ir klampesniems skysčiams.

Klampių medžiagų siurbimas taip pat įtempia siurbimo fazę. Peristaltinis siurblys siurbia skystį, kai suspausta žarna atsitraukia; pasta su takumo įtempimu atspari tam atsigavimui ir gali kavituoti, o ne užpildyti vamzdelį. Todėl esant dideliam klampumui, reikalingas užtvindytas arba suslėgtas padavimas, o ne siurbimo pakėlimas, net jei siurblys lengvai užsipildo plonuose skysčiuose.

Paskutinė riba yra pats vamzdis. Peristaltinės žarnos sugenda dėl jų sutvirtinimo sluoksnio nuovargio, o vamzdeliui senstant srautas mažėja. „AxFlow“ pasirinkimo gairės yra padidinti siurblį ir paleisti jį lėčiau, o tai padidina vamzdžio tarnavimo laiką didesnės siurblio galvutės kaina. Kai purkštukui reikia didesnio slėgio, nei gali išlaikyti vamzdis, peristaltikos parinktis netaikoma: pastos ekstruzija pereina į teigiamo poslinkio ekstruderį, maitinamą cilindru arba stūmokliu, kur slėgį sukuria sukimo momentas, o ne vamzdžio stiprumas.

Kaip skysčių suderinamumas nulemia dviejų tipų siurblius?

Jautrumas dilimui ir kirpimui traukia priešingomis kryptimis. Kietos keraminės dalelės ardo mažo tarpo krumpliaračių siurblius, bet dėvi tik peristaltinį vamzdelį; šlyčiai jautrūs rašalai atlaiko peristaltinį siurblį, bet gali būti pažeisti krumpliaračio siurblio tarpuose.

Keramikos milteliai yra kieti, todėl Micropump rekomenduoja filtruoti net 5 µm, kur kietos dalelės: šios dalelės pagreitina dėvėjimąsi krumpliaračio siurblio viduje. Robocasting rašalas yra sudarytas iš daugiau nei 40 tūrio % keramikos miltelių, kurių dalelių dydis gerokai viršija tą filtro nominalą, todėl tikslaus krumpliaračio siurblio negalima apsaugoti atliekant šią funkciją nekeičiant rašalo. Ten, kur šiandien keramikoje naudojami krumpliaračio siurbliai, jie į skaitmeninių plytelių spausdintuvų spausdinimo galvutes cirkuliuoja smulkų, pigmentinį rašalą, o tiekėjai būtent dėl ​​šios priežasties nurodo trinčiai atsparias siurblių medžiagas.

Šlytis yra antroji ašis. Tiekėjai apibūdina peristaltinius siurblius kaip mažo šlyties galią, nes skystis stumiamas per vamzdelį, o ne per siaurus tarpus – tai reikalavimas kirpimui jautriems polimerams, geliams ir ląstelėms pripildytam biologiniam rašalui. Krumpliaračių siurblys veikia dideliu šlyties skysčiu prie krumpliaračio galiukų ir tinklelio, o tai priimtina naudojant pigmentinius rašalus ir pastos, tačiau rizikinga šlyčiai jautriose sistemose.

Užterštumo kontrolė yra trečia. Peristaltiniame siurblyje skystis liečiasi tik su vamzdeliu, todėl kryžminė tarša pašalinama ir tampa įmanomas vienkartinio skysčio kelias – dėl to peristaltiniai siurbliai dominuoja tvarkant sterilų skystį. Krumpliaračių siurblys atskleidžia skysčius ant krumpliaračių, plokštelių ir sandariklių, todėl valymo patvirtinimas, negyvas tūris ir medžiagų suderinamumas tampa konstrukcijos dalimi.

Temperatūra nustato praktišką langą. Verderflex vertina Verderprene vamzdžius nuo +10 laipsnio iki +85 laipsnio, o platina sukietėjusį silikoną nuo –20 laipsnių iki +80 laipsnio su USP VI klasės patvirtinimu ir nerekomenduoja siurbti skysčių, kurių temperatūra viršija 85 laipsnius. Krumpliaračių siurbliai, kurių sudrėkintos dalys yra iš nerūdijančio plieno, PTFE, Ryton arba PEEK, nėra varžomi vamzdžio elastingumo ribos.

Pavarų siurblys ir peristaltinis siurblys: tiesioginis siurblio tipo palyginimas

Budėjimo metu skilimas švarus. Peristaltiniai siurbliai laimi savaiminio įsiurbimo, sauso veikimo, mažos šlyties ir vienkartinio naudojimo skysčių keliuose. Krumpliaračių siurbliai laimi dėl slėgio, be impulsų srauto ir dozavimo stabilumo storoje, daug kietųjų medžiagų turinčioje terpėje.

Specialioje 3D spausdinimo sistemoje du siurblių tipai dažnai derinami, o ne pasirenkami. Peristaltinis siurblys dozuoja arba recirkuliuoja skystį iš rezervuaro, nes jis lengvai susidoroja su siurbimu, kietosiomis medžiagomis ir užteršimu, o krumpliaračių siurblys tiekia slėgį ir be impulsų srautą, kurio reikia purkštukui arba spausdinimo galvutei. Tada kyla ribos klausimas, kuriam siurbliui priklauso dozavimo funkcija.

Jei skystis yra plonas ir dozavimo paklaida vidutinė, peristaltiniam siurbliui jis turėtų priklausyti. Jei skystis yra storas, abrazyvinis arba turi būti tiekiamas slėgiu į nedidelę angą, jis turi priklausyti krumpliaračio siurbliui, o bet koks peristaltinis siurblys grandinėje turėtų būti traktuojamas kaip tiekimo siurblys.

Kurios skysčio savybės, be klampumo, perkelia ribą?

Derlingumo įtempis, kietųjų dalelių apkrova, dalelių dydis ir forma, temperatūra, tiksotropija ir darbo ciklas – visa tai keičia naudotiną ribą – kartais tam tikru mastu bet kuria kryptimi.

Kaip turėčiau nustatyti skysčio kelią kiekvienam siurblio tipui?

Apibūdinkite skysčio spausdinimo temperatūrą ir šlyties greitį, kurį matys siurblys, nustatykite darbo tašką, tada pasirinkite siurblį, kuris tenkina abu reikalavimus. Dešimt žingsnių apima daugumą specialių 3D spausdinimo skysčių.

Matuojamąjį klampumą išmatuokite daugiau nei vienu šlyties greičiu, esant temperatūrai, kurią skystis pasieks siurblyje. Neniutono medžiagoms naudokite sukimosi metodą (ISO 3219-2, ASTM D2196) ir kūgio ir plokštelės didelio šlyties metodą, kai skystis praeina per mažą angą (ASTM D4287). Tekimo puodelis (ISO 2431) yra tinkamas tik greitam beveik Niutono rašalo patikrinimui parduotuvės aukšte.

Prieš lygindami katalogus konvertuokite vienetus. Kinematinę ir dinaminę klampą sieja savitasis sunkis: cSt × savitasis sunkis=cP ir cP ÷ savitasis sunkis=cSt.

Nustatykite darbo tašką: reikiamą srautą, reikiamą slėgį antgalyje arba spausdinimo galvutėje ir sąlygas aplink rezervuarą.

Taikykite ribines taisykles: pirmiausia klampumo juosta, tada dilimas, kirpimas ir sterilumas. 1 lentelė yra atskaitos taškas.

Jei naudojate peristaltinį siurblį, jo dydis viršija darbo tašką ir veikia lėčiau; Vamzdžio tarnavimo laikas pailgėja, kai rotoriaus greitis mažėja.

Jei peristaltinis siurblys maitina antgalį, įrenkite pulsacijos slopintuvą; tolygus, pastovus srautas apsaugo pasroviui skirtas dalis.

Krumpliaračio siurbliui suprojektuokite užtvindytą įleidimo angą ir niekada neleiskite jos išdžiūti. Pridėkite reljefo kelią, nes slydimas ir sistemos slėgis keičiasi esant bet kokiam apribojimui pasroviui.

Nurodykite filtravimą pagal dalelių kietumą - 5 µm kietoms dalelėms, stambesnę tik ten, kur dalelės yra minkštos – ir patvirtinkite, kad paties rašalo kietosios medžiagos yra žemiau ribos.

Pasirinkite vamzdžio ar žarnos mišinį pagal chemijos, temperatūros ir norminius reikalavimus ir prisiminkite 85 laipsnių praktiškas lubas.

Kalibruokite ties spausdinimo galvute, o ne prie siurblio išleidimo angos, o vamzdeliui senstant patikrinkite dar kartą, nes peristaltinis srautas silpnėja dėl vamzdelio nuovargio.

Kurį siurblį turėtumėte pasirinkti 3D spausdinimo skysčiui?

Pasirinkite peristaltiką, skirtą ploniems, kirpimui jautriems arba steriliems skysčiams, esant vidutiniam slėgiui, ir pavarą, skirtą tirštam, abrazyviniam arba aukšto slėgio darbui. Daugumą atvejų išsprendžia penkios taisyklės.

Mažiau nei 1000 mPa·s be abrazyvinių kietųjų dalelių ir vidutinio slėgio: peristaltinis vamzdinis siurblys. Jis matuoja pagal vamzdelio tūrį, gerai toleruoja plonus skysčius ir išlaiko skystį vamzdžio viduje.

Mažesnis nei 1 000 mPa·s, bet skystis turi būti įpurškiamas į spausdinimo galvutę esant slėgiui: mažo tarpo krumpliaračio siurblys su 5 µm filtravimu, žemu slėgio skirtumu ir gravimetriniu kalibravimu.

Nuo 1 000 iki 10 000 mPa·s su minkštomis arba ištirpusiomis kietosiomis medžiagomis: krumpliaratinis siurblys, nes dabar klampumas užsandarina tarpus, o srautas be impulsų pagerina nusėdimą.

Virš 10 000 mPa·s su kietomis keraminėmis dalelėmis: krumpliaratinis siurblys tik tuo atveju, jei konstrukcija toleruoja nusidėvėjimą ir užtvindytą padavimą; kitu atveju tai yra stūmoklio padavimo teigiamo tūrio ekstruderis, nes vamzdiniai siurbliai yra už jų slėgio diapazono ribų.

Sterilus, vienkartinis arba labai svarbus kryžminiam užteršimui: peristaltinis siurblys su USP VI klasės vamzdeliais, esant bet kokiam klampumui vamzdžio slėgio normos ribose.

Jei nurodote pastos ekstruzijos ar medžiagos purškimo skysčio kelią, mūsų inžinieriai gali peržiūrėti siurblio pasirinkimą, tiekimo išdėstymą ir spausdinimo galvutės sąsają pagal jūsų skysčio duomenis. Pasidalykite reologine kreive ir darbo tašku per mūsų3D spausdinimo paslaugapuslapis arbaprašyti kainos pasiūlymo, ir mes patvirtinsime, kuriam siurblio tipui turėtų priklausyti matavimo funkcija.

Dažnai užduodami klausimai

Ar peristaltinis siurblys gali susidoroti su keramine pasta?

Per ribas. Žarnų siurbliai judina kietą, kietų medžiagų prikrautą terpę, tačiau tik esant tokiam slėgiui, kokį gali išlaikyti žarna – vidutinės klasės Verderflex Dura modeliai pasiekia 12 barų ir daleles praleidžia iki 2,5 mm. Tikslus vamzdinis siurblys yra kitoks atvejis: didelės kietosios masės robotizavimo pastai reikia daugiau slėgio nei vamzdis gali atgauti, todėl pastos ekstruzijai paprastai naudojamas cilindras arba stūmoklis.

Ar krumpliaračių siurblys gali susidoroti su mažo klampumo rašalu?

Taip, bet tikslumas priklauso nuo dizaino. Slydimas didėja mažėjant klampumui, todėl nustatykite mažus tarpus, laikykite žemą slėgio skirtumą ir filtruokite kietąsias daleles iki 5 µm. Tikėtis, kad kalibruosite spausdinimo galvutę, o ne pasitikėkite teoriniu poslinkio skaičiumi.

Koks klampumas yra per didelis peristaltiniam siurbliui?

Vieno skaičiaus nėra, nes tikroji riba yra slėgis, o ne klampumas. Vamzdinis siurblys, kurio slėgis yra 3–7 barai, nustoja būti praktiškas, kai skysčiui judėti reikia didesnio slėgio, nei gali išlaikyti vamzdis. Kieta 10⁵ mPa·s klasės keraminė pasta yra už vamzdinių siurblių ribų, o žarniniai siurbliai ją apdoroja tik esant mažesniam srautui.

Kuris siurblys yra geresnis abrazyvinėms keraminėms srutoms?

Peristaltinė žarna arba vamzdinis siurblys, nes vienintelė susidėvinti dalis yra žarna arba vamzdis ir jie reguliariai keičiami – nereikia laikyti tarpo. Pavarų siurbliai gali naudoti abrazyvinius skysčius, tačiau susidėvėjimas atveria tarpus ir visam laikui padidina slydimą, todėl kietoms dalelėms rekomenduojama filtruoti 5 µm.

Kaip išmatuoti klampumą pasirenkant siurblį?

Naudokite rotacinį reometrą arba viskozimetrą ne Niutono skysčiams (ISO 3219-2, ASTM D2196), kūgio ir plokštelės didelio šlyties metodą, kai skystis praeina per mažą angą (ASTM D4287), ir srauto taurę (ISO 2431), kad galėtumėte greitai palyginti beveik Niutono inkstus. Visada nurodykite temperatūrą ir šlyties greitį kartu su verte.

Ar krumpliaračių siurbliai pažeidžia šlyčiai jautrius skysčius?

Jie gali. Skystis, einantis per tarpus ir krumpliaračio tinklelį, patiria didelį šlytį, todėl peristaltiniai siurbliai rekomenduojami šlyčiai jautriems produktams, tokiems kaip geliai, polimerai ir ląstelių kultūros. Pigmentiniams rašalams ir keraminėms pastoms toks šlytis nėra problema.

Apatinė eilutė

Riba tarp krumpliaratinių siurblių ir peristaltinių siurblių yra slėgio riba, išreikšta klampumu: peristaltiniai siurbliai sandarina mechaniškai, bet negali sukurti didelio slėgio, o krumpliaračių siurbliai sukuria slėgį, bet sandarina tik tiek, kiek leidžia skystis. Pritaikykite klampumą, dilimą ir šlytį su šiais apribojimais, tada patikrinkite spausdinimo galvute kalibruodami.