Guide för 3D-skrivare för vattenpumpens livslängd och brusreducering

En siffra för 3D-skrivares vattenpumps livslängd betyder ingenting utan dess driftmönster: 300 000 cykler är cirka 667 timmar vid 5-sekunders-på, 3-sekunders-av-mönstret som används i det publicerade testet, men 2 500 timmar vid 10 sekunder på och 20 sekunder av. Ljudet beror lika mycket på monteringen och drivinställningarna som på pumpen.

1. Vad en pumpens livslängdsklassning faktiskt mäter

En publicerad livslängdssiffra är bara meningsfull med tre saker bifogade: arbetsmönstret den testades vid, vätskan den testades med och definitionen av livets slut.

De publicerade testerna i denna familj använder olika mönster. Fem sekunder på och tre sekunder av är 62,5 procent drift och 450 cykler i timmen; tio sekunder på och tjugo sekunder av är 33,3 procent drift och 120 cykler i timmen. Samma betyg på 300 000 cykler beskriver därför cirka 667 timmars löpning under det första mönstret och cirka 2 500 timmars kalenderservice under det andra - nästan en faktor fyra, bara från testförhållandena.

Tabell 1. Publicerade livssiffror för samma pumpfamilj, och arbetsmönstret bakom var och en.

Källor: tillverkarens produktsida, tillämpningsartikel och specifikationssammanfattning; siffror som publicerats.

Figur 1. Användningsår antydda av varje publicerad cykelklassificering, mot påfyllningshändelser per dag.

Källa: författarens aritmetik - betyg dividerat med dagliga händelser gånger 365. Ingen nedskrivning tillämpas: ingen publiceras.

Är en livslängd på 480 000 cykler realistisk för en peristaltisk pump?

Siffran är publicerad, men den stämmer inte överens med tillverkarens egen produktsida, som anger mer än 300 000 cykler vid samma 5-sekunders-på, 3-sekunders-av-mönster och rapporterar ett separat test som tagits till 600 000 leveranscykler. Tre siffror för ett mönster betyder att minst två mäter olika saker, eller så är en fel. Behandla betyget som en testbeskrivning: fråga vad som avslutade testet och planera rörbyte på timmar, inte en cykelrubrik.

Läs nästa:SC2201RPW produktsida.

2. Delarna som avgör hur länge en pump håller

Livet bestäms av en slitdel per familj: slangen på en peristaltisk pump och kugghjulen, lagren och motorborstarna på en kugghjulspump.

På en peristaltisk pump lämnar vätskan aldrig röret, och röret misslyckas genom att ta en permanent kompressionssats, det beteende som täcks av standardkompressionstestning. Flödet faller innan pumpen stannar, och ett nytt rör förnyar vätskebanan. Publicerad vägledning för skrivarpåfyllning är flera månader till ett år av rörets livslängd.

På en kugghjulspump är vätskan också smörjmedlet. Den publicerade specifikationen förbjuder torrkörning längre än 20 sekunder, eftersom kugghjulen slits mot huset utan vätska och öppna spelrum permanent, vilket minskar flöde och tryck under resten av pumpens livstid. Kugghjulspumpar här är inte självsugande, och ett blockerat utlopp stoppar inte pumpen: det ökar internt läckage, värme och slitage.

Tabell 2. Slitdelar, felmekanism och det symptom som uppträder först.

Källor: tillverkarens produktsida, hartspåfyllningsartikel och specifikationssammanfattning; kompressionsuppsättning enligt ASTM D395.

Läs nästa:Peristaltisk vs kugghjulspump.

3. Buller: vad en dB-siffra gör och inte berättar

En brussiffra är jämförbar endast när fyra förhållanden följer med den: avstånd, montering, frekvensviktning och bakgrundsnivå. Ingen av de publicerade siffrorna här anger alla fyra.

3 V-pumpens sida är mer transparent: under 60 dB vid 30 cm, mätt vid 5 V DC med pumpen på en 5 cm svamp för att absorbera vibrationsljud. Det är en vibrationsisolerad bänkmätning, inte vad du får med pumpen fastskruvad i en styv ram. 24 V-pumpen publiceras vid 60 dB uppmätt 50 cm bort, utan angivet monteringsskick.

För en liten källa i fritt fält faller ljudtrycket med cirka 6 dB varje gång avståndet fördubblas, så 60 dB vid 30 cm motsvarar ungefär 54 dB vid 60 cm och 48 dB vid 120 cm (Figur 2). En siffra som anges vid 50 cm är därför en slappare mätpunkt än en vid 30 cm, och ingendera kan jämföras med en avläsning från tredje part om inte viktningen stämmer överens: A-vägda nivåer är konventionen, instrumenten som producerar dem specificeras i IEC 61672-1, och ett formellt bestämt ljudeffektvärde följer istället ISO 3744.

För sammanhanget är amerikanska yrkesgränser 85 dBA som en 8-timmars åtgärdsnivå och 90 dBA som den tillåtna exponeringsgränsen, så en pump uppmätt under 60 dB är väl inom båda; den användbara frågan är inte säkerhet utan om den är tyst nog att sitta bredvid.

Figur 2. De två publicerade påståendena plottades mot avstånd, med 6 dB per dubbleringsregel för en liten källa i fritt fält.

Källa: författarens beräkning från de publicerade påståendena (under 60 dB vid 30 cm; 60 dB vid 50 cm). En riktig hölje reflekterar ljud, så läs kurvorna som en trend, inte en förutsägelse.

Läs nästa:Micro DC pump bullerlösning.

4. Peristaltisk pumpdrift: PWM-inställningar som ändrar ljud och livslängd

En PWM-frekvensomriktare ställer in hastigheten genom sin arbetscykel och ställer in ljudet från frekvensomriktaren genom dess frekvens. Tillverkarens riktlinjer är att börja vid 20 kHz och använda 20 till 25 kHz för tyst drift; dess effektivitetstopp på 60 till 80 procent publiceras för membranpumpar, så mät den igen på en peristaltisk pump eller kugghjulspump.

PWM kopplar på och av matningsspänningen med en fast frekvens och varierar tillslagstiden; motorn sätter ett medelvärde av pulserna, så effektiv spänning och effekt ökar med belastning. Vid 50 procents drift är den effektiva spänningen ungefär hälften av tillförseln, drift och hastighet är ungefär proportionella och flödet följer hastigheten eftersom en peristaltisk pump är positiv deplacement. Under ett tröskelvärde startar inte pumpen - en dödzon som lätt förväxlas med ett fel.

Frekvensen avgör vad du hör. För lågt, och drevet gnäller, pulserar och levererar ojämnt vridmoment; för högt, och omkopplingsförlusterna värmer upp föraren och motorkärnan över ungefär 30 till 40 kHz. Kopparförlust är ström i kvadrat gånger motstånd, och motståndet stiger med cirka 0,4 procent per grad C, så en långsammare pump är inte automatiskt en svalare.

Den elektriska sidan har lika stor betydelse som kontrollsidan i en 3D-utskriftsvätskekontrolllösning. En skrivar-MCU genererar ungefär 25 till 40 mA per stift, medan små pumpar drar 100 till 500 mA, så ett MOSFET-steg är inte valfritt. Eftersom en pumpmotor är en induktor behöver scenen också en återgångsdiod, en grensäkring och en design dimensionerad för inrush. PWM styr medeleffekt, inte toppström, och det begränsar inte en motor som har stannat.

Fungerar PWM-hastighetskontroll på samma sätt på peristaltiska pumpar och kugghjulspumpar?

Principen är identisk: båda familjerna har positiv förskjutning, så flödet är proportionellt mot axelhastigheten och arbetscykeln ger dig ett flödesbörvärde. Belastningen skiljer sig. En kugghjulspumps ström stiger kraftigt med tryck och viskositet, och dess inre läckage ökar när vätskan förtunnas; en peristaltisk pumps belastning ställs in av trycket som röret täpper till mot, vilket stiger när röret tar en kompressionssats. Ingen av dem ska köras i full drift som standard: effektivitetstoppen ligger under maximal hastighet.

Tabell 3. PWM-enhetssymptom, orsaker och inställningen som fixar var och en.

Källor: tillverkarens PWM-applikationsguide och skrivarens moderkortsguide för spänning och strömmatchning.

Läs nästa:Hur PWM påverkar mikropumpar.

5. Ljudreducering av växelpump

Växelljud är tonalt och ökar med hastighet och tryck, så växelpumpens brusreducering börjar med att sakta ner pumpen och ta bort de hydrauliska förhållandena som förstärker den, inte med skum. Kugghjulspumpar ersätter vätska genom att växla kugghjul inuti ett tätt hålrum, och litteraturen noterar att enheter som trycks till högre tryck och hastigheter tenderar att vara bullriga och behöver särskilda försiktighetsåtgärder.

Monteringen är den andra spaken: den publicerade ljudsiffran för 3 V-pumpen togs med pumpen på en 5 cm svamp för att absorbera vibrationsljud. Om en svamp ändrar numret bestämmer konsolen vad operatören hör. Styv metall-mot-metall montering förvandlar pumpen till en högtalare som drivs av ramen; elastomerkuddar, ett flytande fäste och en flexibel slangögla bryter den vägen.

Tillverkarens fellista är kort och praktisk, och Tabell 4 parar varje orsak med sin motåtgärd. Tre av de fem är underhållsproblem snarare än designfel, och rotor- och axeltoleransen anges som den största enskilda källan.

Tabell 4. Publicerade bullerorsaker och motåtgärden för var och en.

Källor: felsökningsnota för tillverkarens buller och analys av skrivarpumpen; kugghjulspumpens beteende enligt den allmänna kugghjulspumpreferensen.

Läs nästa:Täppor, bubblor och läckor.

6. Underhåll som förlänger 3D-skrivarens vattenpumps livslängd

En kalender slår ett felsvar. Publicerad vägledning körs veckovis, månadsvis och kvartalsvis, med förbrukningsmaterialet bytt till ungefär 500 timmar eller två tredjedelar av beräknad livslängd, beroende på vad som inträffar först; Tabell 5 visar varje intervall och felet det tar bort.

Miljön först: det publicerade omgivningsintervallet är 5 till 45 grader C, och kontinuerlig drift höjer motortemperaturen och kan förkorta borstens livslängd, så planera luftflödet runt motorn. Orientering: motorändlocket håller borstarna, kretskortet och anslutningarna, så dra slangen med en droppögla och placera pumpen så att en gråtande koppling inte kan rinna in i den.

Instrumentera sedan slingan. Loggning av flöde, tryck och arbetscykel per konstruktion förvandlar underhåll till en trend: fallande flöde vid konstant drift är en rörkompressionssats eller en igensättningssil, och stigande ström vid konstant flöde är ett lager- eller borstproblem.

Tabell 5. En underhållskalender för skrivarpumpar och det fel som varje intervall tar bort.

Källa: tillverkarens vägledning för underhåll av vätskesystem, utökad med omgivningsområdet, anteckningar om ändlock och rekommendationer om loggning.

Läs nästa:Peristaltisk pumpområde.

7. Vad du ska verifiera innan du anger

Fem publicerade påståenden i denna familj går inte ihop. Var och en bör lösas skriftligen innan en pump går på en stycklista.

Pumpfamilj.Samma modellnummer beskrivs som kugghjulspumpar på vissa sidor och peristaltiska pumpar på andra. En peristaltisk pump har inga blöta kugghjul och ingen axeltätning, så båda kan inte vara rätt. Den tekniska detaljen - en 190 mm kropp, invändiga växlar, en borstad gavel, läckage vid avstängning och ingen självsugande - sitter med växelbeskrivningen.

Antal cykler.Samma 5-sekunders-på, 3-sekunders-av-mönster anges som mer än 300 000 cykler, som en testad 480 000-cykellivslängd och som ett test som tagits upp till 600 000 leveranscykler. Fråga vad som är betyget, vilket är ett testtak och vad som avslutade varje test.

Spänningsuppsättning.En sida listar 3 V, 5 V och 8 V; en annan listar 3 V, 6 V och 12 V för samma modell. En 5 V-förare kan inte tjäna en 6 V-pump, och skillnaden förändrar omvandlaren och järnvägsbudgeten.

Förbrukningsmaterial status.En sida anger att det inte finns någon slangförbrukning att byta ut; produktsidan beskriver vätskebanan som silikonslang med angiven längd. Rörbytesintervall är en underhållskostnad, så detta ändrar ägandekostnad.

Tryck.Samma pump är noterad för mer än 30 kPa och vid minst 6 psi, vilket är cirka 41 kPa. Fixa en enhet och ett nummer i specifikationen.

Läs nästa:Moderkortets spänning och strömmatchning.

8. Ett bänktest som avgör det på tio minuter

Mest osäkerhet försvinner i ett bänkpass. Kör med arbetstryck, inte fritt flöde, och registrera de tre siffrorna som definierar driftspunkten: flöde, tryck och drift.

Sopa plikten.Mät flödet vid 40, 60, 80 och 100 procent drift vid arbetstryck, och notera driften under vilken pumpen inte längre startar tillförlitligt: ​​din dödzon.

Upprepa när det är varmt.Kör 30 minuter och upprepa. Flöde som faller vid konstant drift är ett rör som tar ett kompressionsset eller en förtunnad vätska.

Mät ljudet två gånger.Läs vid 30 cm och vid 1 m på fästet du tänker skicka. Om gapet inte stämmer överens med figur 2, utstrålar ramen buller, inte pumpen.

Sopa frekvensen.Kör 8 till 30 kHz vid fast drift, lyssna och kontrollera förartemperaturen med den inställning du väljer.

Läs nästa:24 V pumpspecifikation.

Nyckel takeaways

En cykelklassificering betyder ingenting utan dess arbetsmönster: 300 000 cykler är 667 timmar vid 5 s på / 3 s av, men 2 500 timmar vid 10 s på / 20 s av.

En slitdel avgör livet i varje familj - slangen på en peristaltisk pump, kugghjulen, lagren och borstarna på en kugghjulspump.

En dB-figur behöver avstånd, montering, viktning och bakgrundsnivå.

PWM duty ställer in hastighet och flöde; PWM-frekvensen avgör vad du hör. Börja vid 20 kHz, använd 20-25 kHz för tyst drift och förvänta dig verkliga kopplingsförluster över 30-40 kHz.

Effektiviteten toppar under maximal hastighet; full duty köper flöde slingan får inte använda och betalar in värme, buller och slitage.

Underhåll är en kalender, inte en reaktion: veckokontroller, månatlig verifiering, kvartalsvis byte av sil och byte av förbrukningsmaterial vid cirka 500 timmar.

Läs nästa:SC2301CPW 24 V pump.

Vanliga frågor

Hur länge håller en 3D-skrivare vattenpump?

Det beror på arbetsmönstret och slitdelen, inte ett enda betyg. En peristaltisk pump i påfyllningsarbete begränsas av sitt rör, publicerat på flera månader till ett år; en kugghjulspump begränsas av växlar, lager och borstar. Konvertera valfri cykelklassificering till timmar med hjälp av dess eget driftmönster innan du jämför pumpar.

Varför är min 3D-skrivarpump så hög?

Kontrollera de billiga orsakerna först: tillverkarens lista sätter att köra utan vätska, kalk, ett begränsat inlopp och felaktig elektronik före mekaniska fel, och namnger rotortolerans som den största källan. Kontrollera sedan monteringen: den publicerade figuren togs på en svamp, så en styv konsol kan få en tyst pump att låta högt.

Kan man köra en peristaltisk pump torr?

Bättre än en kugghjulspump, eftersom det inte finns något metalliskt i vätskebanan och röret är slitdelen. Kugghjulspumpar i denna klass förbjuder torrkörning längre än 20 sekunder, eftersom kugghjulen slits mot huset och öppna utrymmen permanent. Hur som helst, förbered innan start.

Håller en lägre PWM-driftcykel en pump längre?

Vanligtvis ja, upp till en punkt. Verkningsgraden toppar under maximal hastighet, och full drift tillför värme, buller och slitage utan användbart flöde, så en lägre drift vid samma levererade flöde är den skonsammare inställningen, förutom vid mycket låg drift, där motorn sitter i sin dödzon och kyler dåligt.

Ska jag byta ut slangen eller hela pumpen?

Byt ut slangen på en peristaltisk pump: det är slitdelen, bytet tar minuter och det förnyar vätskebanan. En kugghjulspump har inget sådant förbrukningsmaterial, varför inloppsfiltrering och priming är viktigare för den designen.

Vilken är den bästa PWM-frekvensen för en 3D-skrivarpump?

Börja vid 20 till 25 kHz, strax ovanför det hörbara området, vilket tar bort det mesta av växlingsgnället. Verifiera istället för att anta: svepa från 8 till 30 kHz vid fast drift, lyssna och titta på förarens temperatur vid arbetstryck