Фотополимеризационният печат измина дълъг път през последните години. Това, което някога беше играчка за ниша за любители, се превърна в основен производствен инструмент за отливане на бижута, моделиране на зъби, прототипни фигурки и дори индустриални части за валидиране. SLA, DLP и LCD платформите имат значителен пазарен дял. Но тъй като потребителите натискат тези машини по-силно, остава едно постоянно главоболие: как да подават смола във ваната надеждно и последователно.
Най-ранният подход беше ръчното изливане. Преценявате необходимия обем, преди да започнете печат – твърде много губи смола, твърде малко и печатът изсъхва по средата. След това дойде гравитационното захранване: резервоар висеше високо над машината, разчитайки на течната глава да доставя смола. Просто по принцип, но на практика скоростта на потока варира с падането на нивото на течността, което кара повърхността на ваната да се издига и спуска по целия печат. Първите и последните слоеве завършват с напълно различно качество на повърхността.
Някои пробваха диафрагмени помпи или перисталтични помпи за автоматично презареждане. Пулсацията от тези помпи въвежда вълни на повърхността на ваната, добавяйки допълнителни линии на слоя, които не трябва да са там.
И така, обратно към основния въпрос: от какъв тип помпа наистина се нуждае захранването със смола?
Първо, разберете "темперамента" на смолата
Фотополимерната смола не е вода. Неговият вискозитет обикновено варира от 200 до 1200 cps, а силно напълнените индустриални смоли могат да надхвърлят 2000 cps. За да го поставим в перспектива, водата при стайна температура е около 1 cps – смолата е стотици до хиляди пъти по-дебела. Конвенционалната центробежна помпа, която разчита на високоскоростно работно колело, за да изхвърля вода навън, губи ефективност драстично, когато работи с нещо толкова сиропообразно като смола. Потокът и главата се гмуркат.
Това, което е по-неприятно, е смолататиксотропия. Много смоли показват висок вискозитет, когато са неподвижни, но когато са подложени на сили на срязване - като притискане и триене по време на изпомпване - техният вискозитет временно пада и те стават по-течни. Това свойство може да бъде предимство, ако типът на помпата е избран правилно: съпротивлението на потока намалява, докато помпата работи. Въпреки това, ако изберете грешна помпа - да речем, помпа с работно колело с големи хлабини - смолата се плъзга обратно през пролуките, губейки енергия и генерирайки топлина, която всъщност ускорява преждевременното втвърдяване в кухината на помпата.
Друг често пренебрегван проблем: фотоинициаторите и пигментните частици в смолата имат различно специфично тегло. Ако се оставят да седят неподвижни повече от 4–6 часа, те бавно се утаяват. Резултатът е, че смолата на дъното на ваната става "по-тежка" по състав, докато горната става "по-лека". Частите, отпечатани от една и съща партида, могат да показват различни механични свойства между долната и горната част. Ако помпената система може да поддържа лека циркулация по време на хранене, този проблем с утаяването е ефективно елиминиран.
Защо зъбните помпи могат да "захапят" смолата
Принципът на работа на зъбната помпа е измамно прост. Две зацепени зъбни колела се въртят в стегнат корпус. От страната на входа, разширяващите се пространства между зъбите на зъбното колело създават частичен вакуум, който изтегля течността. След това течността се пренася около стените на корпуса в джобовете на зъбите и се изпуска от страната на изхода, където действието на зацепването изтласква течността навън. Това е класикаположително изместванемеханизъм - всяко завъртане доставя фиксиран обем течност.
Тази характеристика на положителното изместване променя играта при подаването на смола. Скоростта на потока е строго пропорционална на скоростта на въртене, което означава, че чрез контролиране на оборотите на двигателя можете точно да измервате количеството смола, доставено във ваната за единица време. Когато се комбинира със сензор за ниво във ваната за управление в затворен контур, повърхността на течността може да се поддържа стабилна в рамките на ±0,5 mm – повече от достатъчно за DLP машини с дебелина на слоя от 50–100 µm.
Зъбните помпи по своята същност са много подходящи за течности с висок вискозитет. Срязването, генерирано по време на зацепването на зъбното колело, работи с тиксотропията на смолата - смолата временно изтънява, докато се притиска между зъбите на зъбното колело, намалява съпротивлението на потока и всъщност прави помпата по-ефективна, отколкото със студена вода. В промишлени условия зъбните помпи са най-добрият избор за изпомпване на шоколадов сироп, меласа, смазочни масла и други лепкави материали - физиката е същата.
В сравнение с мембранните помпи, зъбните помпи нямат възвратно-постъпателна мембрана, така че изходният им поток е много по-непрекъснат. Всеки удар на мембранна помпа създава кратко прекъсване, което се изразява в малки, но постоянни повърхностни тремори във ваната. За фотополимеризацията стабилността на повърхността на течността по време на всяка експозиция пряко влияе върху това колко равномерно се разнася смолата. В сравнение с перисталтичните помпи, зъбните помпи нямат тръби, които да се износват. Тръбите на перисталтичната помпа - обикновено силиконови - постепенно набъбват и се втвърдяват при продължителен контакт със смолни разтворители, причинявайки забележимо намаляване на потока в рамките на 3-6 месеца. Зъбните помпи с техните метални или инженерно-пластмасови зъбни колела имат експлоатационен живот, измерен в години в среда със смола.
Какво прави една добра помпа за подаване на смола?
Имайки предвид свойствата на смолата и предимствата на зъбните помпи, ето основните спецификации, които трябва да търсите, когато избирате миниатюрна зъбна помпа за печат със смола.
Първо, натиск.Захранването със смола обикновено изисква повдигане от резервоар на нивото на пода до ваната на принтера - вертикална височина от 1–2 m, плюс 3–5 m тръби, с извивки и фитинги, добавящи локално съпротивление. Общото противоналягане на системата обикновено попада в диапазона 30–80 kPa. Ако максималното работно налягане на помпата е под това, дебитът ще спадне рязко с повишаване на противоналягането и дори може напълно да спре. Диапазонът на работно налягане от 40–150 kPa покрива по-голямата част от изискванията за подаване на настолни компютри и малки промишлени устройства – дори ако резервоарът стои на пода, а принтерът е на маса, доставката остава стабилна.
Второ, дебит.Консумацията на смола зависи от областта на печат и дебелината на слоя. Типичният DLP принтер консумира около 50–150 ml на час; по-големите LCD модели могат да достигнат 200–300 ml. Дебитът на помпата трябва само да съответства или леко да надвишава дебита - твърде големият дебит всъщност прави контрола на нивото по-труден. Рейтинг По-голям или равен на 100 mL/min, с контрол на променливата скорост, лесно покрива нуждите на настолен компютър до средно индустриални нужди и поддържа стабилна производителност дори при ниски обороти в минута без „приплъзване“.
Трето, съвместимост на материалите.Всички вътрешни части, които влизат в контакт със смола, трябва да са устойчиви на мономерите и фотоинициаторите. Смолите на основата на акрилат са леко корозивни за медни и алуминиеви сплави, така че корпусът на помпата е най-добре направен от неръждаема стомана или пластмаса, а зъбните колела се нуждаят от добър баланс между устойчивост на износване и химическа устойчивост.
Четвърто, шум.Много принтери със смола се използват в офиси, клиники или лаборатории, където ограниченията за шум са много по-строги, отколкото във фабриката. Ротационният звук на зъбна помпа по своята същност е по-малко натрапчив от ударното чукване на мембранна помпа. Добавянето на гумена амортисьорна подложка между помпата и нейната стойка допълнително намалява шума от структурни вибрации.
Пето, лекота на шофиране.Повечето дънни платки на принтери осигуряват 24 V DC изход. Съответствието на задвижващото напрежение на помпата ви спестява от добавянето на допълнителен захранващ модул. Поддържането на работния ток под 200 mA избягва претоварването на платката и елиминира необходимостта от допълнителен радиатор.
Как се представя SC2301CPW при подаване на смола
Сега нека съпоставим тези критерии спрямо миниатюрната зъбна помпа SC2301CPW – съответствието става очевидно.
24 V DCотговаря на обичайните напрежения на дънната платка на принтера, така че не е необходим понижаващ или усилващ преобразувател.
По-голяма или равна на 100 ml/minпотокът дава достатъчно пространство за регулиране. На практика PWM контролът на скоростта може да я намали до 30–80 ml/min, точно съвпадайки с потреблението на различни принтери.
40–150 kPaработното налягане лесно се справя с 2–3 m вертикално повдигане и сложна устойчивост на тръбите, дори при леярски смоли с по-висок вискозитет или композити с керамичен пълнеж.
По-малко или равно на 200 mAКонсумацията на ток означава директно захранване на дънната платка - без отделно високотоково окабеляване, намалявайки вътрешното безпорядък и точките на повреда.
По-малко или равно на 60 dBшумът на 50 см е приблизително нивото на нормален разговор - напълно приемливо за офис или клиника.
Помпата използва вал от неръждаема стомана и устойчива на износване зъбна двойка, доказана за дългосрочна работа в среда със смола. Рутинната поддръжка е ограничена до проверка на О-пръстените и почистване на входящия филтър - без честа смяна на износващите се части.
По-важното е, че непрекъснатият, плавен изход на зъбна помпа се подравнява перфектно с изискванията на процеса на печатане със смола. Повърхността на ваната остава свободна от вълни, предизвикани от пулсации, смолата се разпространява равномерно по време на всяко излагане и се запазва консистенцията на дебелината слой до слой. Смолата в захранващата линия остава в забавено движение, така че фотоинициаторите и пигментите остават равномерно окачени - много по-добре от статичното съхранение. Системата за захранване се развива от „пасивно изчакване нивото да спадне“ до „активно поддържане на постоянно ниво“ – фундаментално надграждане на процеса.
Практически съвети за инсталиране
Дори и с правилната помпа, подробностите за монтажа са от значение.
Поддържайте входящата тръба възможно най-къса и права, свеждайки до минимум ненужните завои.
Инсталирайте филтър от неръждаема стомана от 60 до 100 меша на входа, за да улавяте неразтворени частици или външни отпадъци, преди да влязат в кухината на помпата.
Насочете изходящата тръба така, че да влезе във ваната под повърхността на течността, като избягвате пръски и образуване на мехурчета.
Монтирайте помпата по-близо до ваната, отколкото до резервоара - скъсяването на изходящия ход намалява загубата на налягане. Ако вътрешното пространство е тясно, монтирайте помпата външно отстрани на корпуса с фитинги за бързо свързване за лесна поддръжка.
Почистването след печат е също толкова важно. Остатъците, оставени вътре в помпата за продължителни периоди, могат да фотовтвърдят или желират. След всеки печат пуснете кратък цикъл на почистване с изопропилов алкохол или специален почистващ разтвор през помпата. Ако вашият принтер поддържа автоматизирани процедури за почистване, интегрирането на промиването на помпата в графика за ежедневна поддръжка прави работата почти безпроблемна.
Преосмисляне на храненето със смола
Много хора, когато изграждат или преоборудват полимерен принтер, насочват вниманието си към източника на светлина, екрана, точността на Z-ос – „видимия“ хардуер. Системата за захранване често се третира като последваща мисъл, закрепена с парче тръба. Но отпечатването е процес на системно ниво; всяко слабо звено оставя своя отпечатък върху финалната част.
Вълни от нестабилна повърхност, цветови отклонения от утаени пигменти, прекъсвания на печата от ръчно презареждане – тези „незначителни“ неприятности често се дължат на настройката за подаване. Инвестирайте малко усилия в правилната система за подаване и ще получите значително подобрена консистенция на печат и много по-приятно потребителско изживяване.
Зъбната помпа не е единственото решение, но за подаване на смола, тя постига добра непрекъснатост на потока, балансираща точката, адаптивност на налягането, съвместимост на материалите и дългосрочна надеждност. SC2301CPW е представителен пример, който потвърждава приложимостта на миниатюрни зъбни помпи при фотополимеризационен печат.
Ако се борите с проблеми с подаването на смола, струва си да преразгледате целия си флуиден път от гледна точка на зъбна помпа. Понякога ключът към по-добрия печат не е да натискате параметрите на експозицията си до краен предел – това е правилното подаване на основите.