من الأحبار منخفضة اللزوجة إلى معاجين السيراميك عالية اللزوجة: تحديد حدود الاختيار بين المضخات التروسية والمضخات التمعجية لسوائل الطباعة ثلاثية الأبعاد المتخصصة

تقع حدود معالجة السوائل بين المضخة الترسية والمضخة التمعجية حيث يتوقف السائل عن التدفق تحت الشفط ويبدأ في الحاجة إلى الضغط للتحرك. أقل من 1000 مللي باسكال تقريبًا، تعد المضخة الأنبوبية التمعجية هي المضخة الافتراضية الأكثر أمانًا. أعلى من 10000 مللي باسكال تقريبًا، تحتفظ المضخة الترسية بالضغط وعدادات القياس دون نبض. وفي المنتصف، يحدد توافق السوائل - التآكل والقص وحجم الجسيمات - المضخة التي ستستمر في أداء الخدمة.

الوجبات السريعة الرئيسية

يمتد نطاق اللزوجة لسوائل الطباعة ثلاثية الأبعاد المتخصصة لأكثر من خمسة أوامر من حيث الحجم: يتم نفث أحبار السيراميك النافثة للحبر عند 10-40 مللي باسكال، في حين أن معاجين الإذاعة الآلية المنشورة تقيس من 2 × 10⁵ مللي باسكال عند معدلات قص الطباعة إلى 2.6 × 10⁷ مللي باسكال.

مضخة التروس تغلق بالسائل نفسه. يرتفع الانزلاق مع انخفاض اللزوجة، وبالتالي تفقد الأحبار الرقيقة دقة القياس ما لم يتم تشديد الخلوصات، والحفاظ على الضغط التفاضلي منخفضًا وتصفية الجسيمات الصلبة.

يتم إغلاق المضخة التمعجية عن طريق إغلاق الأنبوب، لذا فإن الختم بالكاد يعتمد على اللزوجة. الضغط هو الحد الأقصى: تصل المضخات الأنبوبية إلى حوالي 3-7 بار، وتصل الرؤوس الدوارة إلى 8 بار، والمضخات الخرطومية ذات الحذاء تصل إلى حوالي 15 بار.

يتم فصل مدى ملاءمة المواد بشكل واضح عند التآكل والقص. ترتدي جزيئات السيراميك أطراف وألواح التروس، في حين أن جزء التآكل التمعجي عبارة عن أنبوب منخفض التكلفة؛ تفضل الأحبار الحساسة للقص مسار الأنبوب منخفض القص.

يوصي دليل الاختيار هذا بالمضخات التمعجية للسوائل منخفضة اللزوجة أو الحساسة للقص أو المعقمة، ومضخات التروس لواجبات قياس اللزوجة العالية أو الضغط العالي أو الخالية من النبض.

ما هو نطاق اللزوجة الذي يغطيه كل نوع من المضخات فعليًا؟

تغطي مضخات التروس نطاق اللزوجة الأوسع - معدلات Viking Pump لنماذج الخلوص القابلة للتعديل من 1 إلى 440,000 سنتي ستوك - بينما تغطي المضخات الأنبوبية التمعجية السوائل الرقيقة إلى المتوسطة اللزوجة، وتمتد المضخات الخراطيمية المعززة إلى الوسائط الصلبة المحملة بالمواد الصلبة عند ضغط أقل.

النطاق القابل للاستخدام أضيق مما تقترحه أي من ورقتي البيانات، لأن هناك سؤالين ينطبقان في وقت واحد: ما الذي يفعله السائل بالمضخة (التآكل، التآكل، إجهاد الأنبوب) وما الذي تفعله المضخة بالسائل (القص، النبض، التلوث). بالنسبة لسائل الطباعة ثلاثي الأبعاد المتخصص، يبدو هذا التعيين مثل الجدول 1.

من أين تأتي حدود معالجة السوائل

تستخدم عائلتا المضخة إستراتيجيات الختم المعاكسة. تشكل المضخة التروسية ثلاثة أختام ديناميكية داخل رأس المضخة وتعتمد على طبقة سائلة داخل الخلوص لفصل مخرج الضغط العالي عن مدخل الضغط المنخفض. لا تسمح المضخة التمعجية أبدًا للسائل بالوصول إلى الختم: تعمل البكرات أو الأحذية على ضغط الأنبوب بشكل مسطح وينتقل السائل داخل جيب مغلق.

هذا الاختلاف الوحيد يفسر الحدود بأكملها. تهيمن اللزوجة على سلوك المضخة التروسية وبالكاد تؤثر على الختم التمعجي؛ يتم ضبط ضغط التفريغ بواسطة رأس المضخة في الحالة الأولى وبواسطة الأنبوب في الحالة الثانية.

لماذا تفقد مضخات التروس دقة القياس في الأحبار منخفضة اللزوجة؟

تقوم مضخة التروس بإغلاق طبقة سائلة داخل الخلوص الخاص بها. عندما يكون السائل رقيقًا، يتسرب المزيد منه من المخرج إلى المدخل - ينزلق - وبالتالي ينخفض ​​الحجم المسلم إلى ما دون الإزاحة النظرية، ويتغير الخطأ مع الضغط التفاضلي وتآكل التروس.

تصف المضخة الدقيقة ثلاث مناطق إغلاق ديناميكية في مضخة التروس: أطراف التروس مقابل جدار التجويف، ونقطة التشابك بين التروسين، وأسطح التزاوج حيث تلتقي التروس بالجسم والغطاء النهائي. لا يمكن تجنب الخلوص لأن الأجزاء يجب أن تتحرك، لذلك يتم دائمًا إعادة تدوير جزء من السائل داخليًا.

الانزلاق ليس رقما ثابتا. ويزداد الأمر سوءًا مع زيادة الضغط التفاضلي، ومع انخفاض اللزوجة ومع تآكل التروس. وهذا هو السبب في أن مضختين متطابقتين يمكنهما توفير أحجام مختلفة باستخدام حبرين مختلفين، ولهذا السبب ينحني منحنى التدفق مقابل الضغط في المضخة الترسية مع ارتفاع الضغط.

يجيب المصنعون بإستراتيجية التخليص بدلاً من مواصفات واحدة. توفر مضخة Viking خلوصات قابلة للتعديل تغطي من 1 إلى 440,000 سنت، لذلك يمكن إنشاء عائلة مضخة واحدة بشكل محكم للسوائل الرقيقة أو فضفاضة للمعاجين الثقيلة. يستخدم Micropump حذاء شفط محمّل بالضغط يتم إغلاقه مع ارتفاع الضغط التفاضلي، مما يحافظ على الانزلاق بالقرب من الصفر خلال عمر التروس.

هناك ثلاث قواعد تتبع للحبر منخفض اللزوجة. حافظ على الضغط التفاضلي منخفضًا، لأن الانزلاق يحركه الضغط. قم بتصفية الجسيمات الصلبة حتى 5 ميكرومتر، لأن التآكل يفتح الخلوصات ويزيد الانزلاق بشكل دائم. وقم بتغذية المضخة من مدخل مغمور بالمياه: مضخات التروس ليست ذاتية التحضير ويجب ألا تجف أبدًا. عندما لا يمكن استيفاء هذه القواعد، تكون المضخة التمعجية هي خيار القياس الأكثر استقرارًا، لأن حجمها المزاح يتم تحديده بواسطة الأنبوب وليس عن طريق الخلوص.

لماذا تتوقف المضخات التمعجية عن العمل بالمعجون عالي اللزوجة؟

لأن الأنبوب هو وعاء الضغط. تقوم المضخة التمعجية ببناء الضغط عن طريق الضغط على خرطوم أو أنبوب، وبالتالي فإن ضغط التفريغ الذي يمكن أن تصل إليه يكون محدودًا بقوة وعمر الكلال لذلك الأنبوب، وليس بالسائل.

الفئتان التمعجيتان لهما أسقف مختلفة. تم تصميم المضخات الأنبوبية الدقيقة للضغط المنخفض والجرعات: توفر Verderflex Ds500 ما يصل إلى 30 لترًا في الساعة عند ضغط تفريغ أقصى يبلغ 7 بار، ويتم تصنيف نطاق Microdos OEM إلى 3 بار. تذهب المضخات الخراطيمية المقواة إلى أبعد من ذلك - تصل مضخة Verderflex Dura إلى 55000 لتر/ساعة وما يصل إلى 16 بارًا، مع دقة قياس تبلغ ±1% ورفع شفط يصل إلى 9.5 متر. يضبط تصميم رأس المضخة الباقي: تدعم الرؤوس الدوارة ضغوطًا تصل إلى 8 بار، بينما تقوم رؤوس الأحذية بتوزيع الحمل على مساحة أكبر وهي مفضلة للضغوط الأعلى، حتى 15 بارًا تقريبًا، وللسوائل الأكثر لزوجة.

كما أن ضخ المواد اللزجة يجهد مرحلة الشفط. تقوم المضخة التمعجية بسحب السائل عندما يعود الخرطوم المضغوط إلى الخلف؛ العجينة ذات إجهاد الخضوع تقاوم هذا الاسترداد ويمكن أن تتجويف بدلاً من ملء الأنبوب. وبالتالي فإن واجب اللزوجة العالية يحتاج إلى تغذية مغمورة أو مضغوطة بدلاً من رفع الشفط، على الرغم من أن المضخة تجهز نفسها بسهولة في السوائل الرقيقة.

الحد الأخير هو الأنبوب نفسه. تفشل الخراطيم التمعجية بسبب إجهاد طبقة التسليح الخاصة بها، ويضعف التدفق مع تقدم عمر الأنبوب. تتمثل إرشادات اختيار AxFlow في زيادة حجم المضخة وتشغيلها بشكل أبطأ، مما يزيد من عمر الأنبوب على حساب رأس مضخة أكبر. عندما تحتاج الفوهة إلى ضغط أكبر مما يمكن أن يتحمله الأنبوب، لا ينطبق أي خيار تمعجي: ينتقل بثق العجينة إلى طارد ذو إزاحة موجبة يتغذى بواسطة مكبس أو مكبس، حيث يولد عزم الدوران الضغط بدلاً من قوة الأنبوب.

كيف يتم تحديد توافق السوائل بين نوعي المضخة؟

حساسية التآكل والقص تسحب في اتجاهين متعاكسين. تدمر جزيئات السيراميك الصلبة مضخات التروس ذات الخلوص القريب ولكنها ترتدي فقط أنبوبًا تمعجيًا؛ الأحبار الحساسة للقص تنجو من المضخة التمعجية ولكن يمكن أن تتلف داخل خلوص المضخة الترسية.

مسحوق السيراميك صلب، ولهذا السبب تنصح شركة Micropump بالترشيح بدقة تصل إلى 5 ميكرومتر في أي مكان تكون فيه الجزيئات صلبة: تعمل هذه الجزيئات على تسريع التآكل داخل مضخة التروس. يتكون الحبر الآلي من أكثر من 40% من مسحوق السيراميك، مع أحجام جسيمات أعلى بكثير من تصنيف الفلتر، لذلك لا يمكن حماية مضخة تروس دقيقة في هذه المهمة دون تغيير الحبر. حيث يتم استخدام المضخات الترسية في صناعة السيراميك اليوم، فإنها تقوم بتدوير الحبر الناعم ذو الحجم الصبغي إلى رؤوس الطباعة لطابعات البلاط الرقمية، ويحدد الموردون مواد المضخة المقاومة للتآكل لهذا السبب بالضبط.

القص هو المحور الثاني. يصف موردوها المضخات التمعجية بأنها منخفضة القص، لأن السائل يُدفع عبر أنبوب بدلاً من دفعه عبر الخلوصات الضيقة - وهو شرط للبوليمرات الحساسة للقص، والمواد الهلامية، والأحبار الحيوية المحملة بالخلايا. تعرض مضخة التروس السائل لقص عالي عند أطراف التروس وفي الشبكة، وهو أمر مقبول بالنسبة للأحبار والمعاجين المصبوغة ولكنه محفوف بالمخاطر بالنسبة للأنظمة الحساسة للقص.

مكافحة التلوث هو الثالث. في المضخة التمعجية، يتصل السائل بالأنبوب فقط، لذلك يتم التخلص من التلوث المتبادل ويصبح مسار السائل للاستخدام مرة واحدة ممكنًا - وهو السبب الذي يجعل المضخات التمعجية تهيمن على التعامل مع السائل المعقم. تعرض مضخة التروس السوائل للتروس والألواح والأختام، لذا يصبح التحقق من صحة التنظيف والحجم الميت وتوافق المواد جزءًا من التصميم.

تحدد درجة الحرارة النافذة العملية. تقوم Verderflex بتقييم أنابيب Verderprene من +10 درجة إلى +85 درجة والسيليكون المعالج بالبلاتين من -20 درجة إلى +80 درجة بموافقة USP Class VI، وتنصح بعدم ضخ السوائل فوق 85 درجة. المضخات التروسية ذات الأجزاء المبللة المتوفرة في الفولاذ المقاوم للصدأ أو PTFE أو Ryton أو PEEK، ليست مقيدة بالحد المطاطي للأنبوب.

مضخة التروس مقابل المضخة التمعجية: مقارنة مباشرة لنوع المضخة

في الخدمة، الانقسام نظيف. تفوز المضخات التمعجية في مسارات التشغيل الذاتي والتشغيل الجاف والقص المنخفض ومسارات السوائل ذات الاستخدام الواحد. تفوز مضخات التروس بالضغط والتدفق الخالي من النبض واستقرار القياس في الوسائط السميكة عالية الصلابة.

في نظام الطباعة ثلاثية الأبعاد المتخصص، غالبًا ما يتم الجمع بين نوعي المضخات بدلاً من الاختيار بينهما. تقوم المضخة التمعجية بجرعات أو إعادة تدوير السوائل من الخزان، لأنها تتعامل مع الشفط والمواد الصلبة والتلوث بسهولة، بينما توفر المضخة الترسية الضغط والتدفق الخالي من النبض الذي تحتاجه الفوهة أو رأس الطباعة. يصبح السؤال الحدودي بعد ذلك هو أي المضخة تمتلك وظيفة القياس.

عندما يكون السائل رقيقًا وتحمل القياس معتدلاً، يجب أن تمتلكه المضخة التمعجية. عندما يكون السائل سميكًا أو كاشطًا أو يجب توصيله تحت الضغط إلى فتحة صغيرة، فيجب أن تمتلكه المضخة الترسية - ويجب التعامل مع أي مضخة تمعجية في الدائرة كمضخة إمداد.

ما هي خصائص السوائل، إلى جانب اللزوجة، التي تحرك الحدود؟

إن إجهاد الخضوع، وتحميل المواد الصلبة، وحجم الجسيمات وشكلها، ودرجة الحرارة، وتغير الانسيابية، ودورة العمل، كلها تحرك الحدود القابلة للاستخدام - أحيانًا بأمر من الحجم في أي من الاتجاهين.

كيف يمكنني إعداد مسار السوائل لكل نوع من أنواع المضخة؟

قم بتمييز السائل عند درجة حرارة الطباعة ومعدل القص الذي ستشهده المضخة، ثم حدد نقطة التشغيل، ثم اختر المضخة التي تلبي كلا الأمرين. تغطي عشر خطوات معظم سوائل الطباعة ثلاثية الأبعاد المتخصصة.

قياس اللزوجة الظاهرة عند أكثر من معدل قص، عند درجة الحرارة التي سيصل إليها السائل في المضخة. استخدم طريقة التدوير للمواد غير النيوتونية (ISO 3219-2، ASTM D2196) وطريقة القص العالية المخروطية واللوحة حيث يمر السائل عبر فتحة صغيرة (ASTM D4287). يعتبر كوب التدفق (ISO 2431) مناسبًا فقط لإجراء فحوصات سريعة في المتجر للأحبار القريبة من النيوتونية.

تحويل الوحدات قبل مقارنة الكتالوجات. ترتبط اللزوجة الحركية والديناميكية بالثقل النوعي: cSt × الثقل النوعي=cP، و cP ÷ الثقل النوعي=cSt.

قم بتثبيت نقطة العمل: معدل التدفق المطلوب، والضغط المطلوب عند الفوهة أو رأس الطباعة، والظروف المحيطة بالخزان.

قم بتطبيق قواعد الحدود بالترتيب: شريط اللزوجة أولاً، ثم التآكل والقص والعقم. الجدول 1 هو نقطة البداية.

بالنسبة للمضخة التمعجية، يكون حجمها أعلى من نقطة التشغيل وتعمل بشكل أبطأ؛ يزداد عمر الأنبوب مع انخفاض سرعة الدوار.

عندما تقوم المضخة التمعجية بتغذية الفوهة، يتم تركيب مخمد النبض؛ معدل التدفق الثابت والمتساوي يحمي المكونات النهائية.

بالنسبة لمضخة التروس، قم بتصميم مدخل مغمور بالمياه ولا تجففه أبدًا. قم بإضافة مسار تخفيف، لأن الانزلاق وضغط النظام يتغيران مع أي قيود على مجرى النهر.

حدد الترشيح حسب صلابة الجسيمات - 5 ميكرومتر للجسيمات الصلبة، والأكثر خشونة فقط عندما تكون الجسيمات ناعمة - وتأكد من أن المواد الصلبة الموجودة في الحبر تكون أقل من الحد.

حدد مركب الأنبوب أو الخرطوم للكيمياء ودرجة الحرارة والمتطلبات التنظيمية، وتذكر السقف العملي البالغ 85 درجة.

قم بالمعايرة عند رأس الطباعة وليس عند مخرج المضخة، وأعد التحقق مع تقدم عمر الأنبوب، لأن التدفق التمعجي يتحلل مع تعب الأنبوب.

ما هي المضخة التي يجب أن تختارها لسائل الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

اختر التمعجية للسوائل الرقيقة أو الحساسة للقص أو المعقمة عند الضغط المتوسط، والعتاد للسوائل السميكة أو الكاشطة أو عالية الضغط. خمس قواعد تحل معظم الحالات.

أقل من 1000 مللي باسكال · ثانية مع عدم وجود مواد صلبة كاشطة وضغط معتدل: مضخة أنبوبية تمعجية. فهو يقيس حجم الأنبوب، ويتحمل السوائل الرقيقة جيدًا ويحافظ على السائل داخل الأنبوب.

أقل من 1000 مللي باسكال ولكن يجب حقن السائل في رأس الطباعة عند الضغط: مضخة تروس ذات خلوص محكم مع ترشيح 5 ميكرومتر، وضغط تفاضلي منخفض ومعايرة وزنية.

ما بين 1000 إلى 10000 مللي باسكال · ثانية مع المواد الصلبة الناعمة أو الذائبة: مضخة تروس، لأن اللزوجة الآن تغلق الخلوصات ويعمل التدفق الخالي من النبض على تحسين الترسيب.

أكثر من 10000 مللي باسكال · ثانية مع جزيئات خزفية صلبة: مضخة تروس فقط إذا كان التصميم يتحمل التآكل والتغذية المغمورة؛ بخلاف ذلك، يتم تغذية الطارد بالإزاحة الإيجابية، نظرًا لأن المضخات الأنبوبية تقع خارج نطاق الضغط الخاص بها.

معقمة، للاستخدام مرة واحدة أو للتلوث المتبادل الحرجة: مضخة تمعجية مع أنابيب USP Class VI، عند أي لزوجة داخل تصنيف ضغط الأنبوب.

إذا كنت تحدد مسار السائل لبثق المعجون أو نفث المواد، فيمكن لمهندسينا مراجعة اختيار المضخة وترتيب التغذية وواجهة رأس الطباعة مقابل بيانات السوائل الخاصة بك. شارك منحنى الريولوجيا ونقطة الواجب من خلال موقعناخدمة الطباعة ثلاثية الأبعادصفحة أوطلب عرض أسعاروسنقوم بتأكيد نوع المضخة الذي يجب أن يمتلك وظيفة القياس.

الأسئلة المتداولة

هل تستطيع المضخة التمعجية التعامل مع معجون السيراميك؟

ضمن الحدود. تقوم المضخات الخرطومية بتحريك الوسائط الصلبة المحملة بالمواد الصلبة، ولكن فقط عند الضغط الذي يمكن للخرطوم تحمله - تصل موديلات Verderflex Dura متوسطة المدى إلى 12 بار وتمرير جزيئات يصل حجمها إلى 2.5 مم. تعتبر المضخة الأنبوبية الدقيقة حالة مختلفة: يحتاج معجون الصب الآلي عالي المواد الصلبة إلى ضغط أكبر مما يمكن للأنبوب توصيله، لذلك يستخدم بثق المعجون عادةً مكبسًا أو تغذية مكبس.

هل يمكن لمضخة التروس التعامل مع الحبر منخفض اللزوجة؟

نعم، ولكن الدقة تعتمد على التصميم. يزداد الانزلاق مع انخفاض اللزوجة، لذا حدد خلوصًا محكمًا، وحافظ على الضغط التفاضلي منخفضًا وقم بتصفية الجسيمات الصلبة حتى 5 ميكرومتر. توقع المعايرة عند رأس الطباعة بدلاً من الثقة في رقم الإزاحة النظري.

ما هي اللزوجة العالية جدًا بالنسبة للمضخة التمعجية؟

لا يوجد رقم واحد، لأن الحد الحقيقي هو الضغط وليس اللزوجة. تتوقف المضخة الأنبوبية التي يصل ضغطها إلى 3 إلى 7 بار عن كونها عملية بمجرد أن يحتاج السائل إلى ضغط أكبر للتحرك مما يمكن للأنبوب تحمله. إن المعجون الخزفي الصلب من فئة 10⁵ مللي باسكال يتجاوز المضخات الأنبوبية، ولا تتعامل معه المضخات الخراطيمية إلا عند انخفاض التدفق.

ما هي المضخة الأفضل لملاط السيراميك الكاشطة؟

خرطوم تمعجي أو مضخة أنبوبية، لأن الجزء المتآكل الوحيد هو الخرطوم أو الأنبوب ويتم استبداله بشكل روتيني - لا يلزم الاحتفاظ بالخلوص. يمكن للمضخات التروسية تشغيل السوائل الكاشطة، لكن التآكل يفتح الخلوصات ويزيد الانزلاق بشكل دائم، ولهذا السبب ينصح بترشيح 5 ميكرومتر للجسيمات الصلبة.

كيف يمكنني قياس اللزوجة لاختيار المضخة؟

استخدم مقياس الدوران أو مقياس اللزوجة للسوائل غير النيوتونية (ISO 3219-2، ASTM D2196)، وهي طريقة عالية القص مخروطية ولوحة حيث يمر السائل بفتحة صغيرة (ASTM D4287)، وكوب التدفق (ISO 2431) فقط لإجراء مقارنات سريعة للأحبار القريبة من النيوتونية. قم دائمًا بالإبلاغ عن درجة الحرارة ومعدل القص إلى جانب القيمة.

هل تؤدي مضخات التروس إلى إتلاف السوائل الحساسة للقص؟

يمكنهم ذلك. يشهد السائل الذي يمر عبر الخلوصات وشبكة التروس قصًا عاليًا، ولهذا السبب يوصى بالمضخات التمعجية للمنتجات الحساسة للقص مثل المواد الهلامية والبوليمرات ومزارع الخلايا. بالنسبة للأحبار المصبوغة ومعاجين السيراميك، لا يمثل هذا القص مشكلة.

خلاصة القول

الحد بين المضخات الترسية والمضخات التمعجية هو حد الضغط المعبر عنه بمصطلحات اللزوجة: المضخات التمعجية تغلق ميكانيكيًا ولكنها لا تستطيع تطوير ضغط مرتفع، بينما تعمل المضخات الترسية على تطوير الضغط ولكنها تغلق فقط بالقدر الذي يسمح به السائل. قم بمطابقة اللزوجة والتآكل والقص مع تلك القيود، ثم تحقق من خلال إجراء معايرة على رأس الطباعة.