A fotopolimerizációs nyomtatás nagy utat tett meg az elmúlt években. Az egykor niche-hobbijáték az ékszeröntéshez, a fogászati modellezéshez, a prototípus figurákhoz és még az ipari hitelesítési alkatrészekhez is használható fősodorbeli gyártóeszközzé vált. Az SLA, a DLP és az LCD platformok mindegyike jelentős piaci részesedést szerzett. De ahogy a felhasználók keményebben nyomják ezeket a gépeket, egy állandó fejfájás marad: hogyan kell a gyantát megbízhatóan és következetesen adagolni a kádba.
A legkorábbi módszer a kézi öntés volt. A nyomtatás megkezdése előtt megbecsüli a szükséges mennyiséget – túl sok gyantát pazarol, túl kevés, és a nyomat félúton megszárad. Aztán jött a gravitációs adagolás: egy tartály lógott magasan a gép felett, és a folyékony fejre támaszkodott a gyanta ellátásában. Elvileg egyszerű, de a gyakorlatban az áramlási sebesség a folyadékszint csökkenésével változik, aminek következtében a kád felülete emelkedik és süllyed a nyomat során. Az első és az utolsó réteg teljesen eltérő felületi minőséget eredményez.
Néhányan membránszivattyúkkal vagy perisztaltikus szivattyúkkal próbálkoztak az automatikus utántöltéshez. Ezeknek a szivattyúknak a lüktetése hullámzást okoz a kád felületén, és további rétegvonalakat ad, amelyeknek nem kellene ott lenniük.
Tehát vissza az alapvető kérdéshez: milyen szivattyúra van valójában szüksége a gyanta adagolásához?
Először is, értse meg a gyanta "temperamentumát".
A fotopolimer gyanta nem víz. Viszkozitása jellemzően 200-1200 cps, az erősen töltött ipari gyanták pedig meghaladhatják a 2000 cps-t. A perspektíva szempontjából a víz szobahőmérsékleten körülbelül 1 cps, a gyanta pedig több száz-ezerszer vastagabb. A hagyományos centrifugálszivattyú, amely egy nagy sebességű járókerékre támaszkodik, hogy kifelé sodorja a vizet, drámaian veszít a hatékonyságából, ha olyan szirupos dolgokat kezel, mint a gyanta. Az áramlás és a fej egyaránt elnyomja az orrát.
Ami még zavaróbb, az a gyantatixotrópia. Sok gyanta magas viszkozitást mutat álló helyzetben, de amikor nyíróerőknek vannak kitéve, mint például a szivattyúzás közbeni préselés és súrlódás, viszkozitásuk átmenetileg csökken, és folyékonyabbá válnak. Ez a tulajdonság előnyös lehet a szivattyú típusának helyes megválasztása esetén: az áramlási ellenállás csökken a szivattyú működésével. Ha azonban rossz szivattyút választ – mondjuk egy nagy hézagú járókerekes szivattyút – a gyanta visszacsúszik a réseken, energiát pazarolva és hőt termelve, ami valójában felgyorsítja az idő előtti kikeményedést a szivattyú üregében.
Egy másik gyakran figyelmen kívül hagyott probléma: a gyantában lévő fotoiniciátorok és pigmentrészecskék fajsúlya eltérő. Ha 4-6 óránál tovább ülve hagyjuk, lassan leülepednek. Az eredmény az, hogy a kád alján lévő gyanta "nehezebb" összetételűvé válik, míg a teteje "könnyebbé". Az azonos kötegből nyomtatott alkatrészek eltérő mechanikai tulajdonságokat mutathatnak az alsó és a felső szakasz között. Ha a szivattyúrendszer enyhe keringést tud fenntartani az etetés során, akkor ez a letelepedési probléma hatékonyan kiküszöbölhető.
Miért „haraphatnak bele” a fogaskerék-szivattyúk a gyantába?
A fogaskerék-szivattyú működési elve megtévesztően egyszerű. Két egymáshoz kapcsolódó fogaskerék forog egy szoros házban. A bemeneti oldalon a fogaskerekek fogai közötti táguló terek részleges vákuumot hoznak létre, amely beszívja a folyadékot. A folyadék ezután körbekerül a ház falai között a fogzsebekben, és a kimeneti oldalon távozik, ahol a rácsosodás kikényszeríti a folyadékot. Ez egy klasszikuspozitív elmozdulásmechanizmus – minden fordulat meghatározott mennyiségű folyadékot szállít.
Ez a pozitív eltolási karakterisztikája megváltoztatja a gyanta adagolását. Az áramlási sebesség szigorúan arányos a forgási sebességgel, ami azt jelenti, hogy a motor fordulatszámának szabályozásával pontosan bemérheti az egységnyi idő alatt a kádba szállított gyanta mennyiségét. A zárt hurkú vezérléshez kádszint-érzékelővel kombinálva a folyadék felülete ±0,5 mm-en belül stabilan tartható, ami több, mint az 50–100 µm rétegvastagságú DLP gépeknél.
A fogaskerekes szivattyúk eleve jól illeszkednek a nagy viszkozitású folyadékokhoz. A fogaskerekek összekapcsolása során keletkező nyírás a gyanta tixotrópiájával működik – a gyanta átmenetileg elvékonyodik, amikor a fogaskerekek közé szorítják, csökkentve az áramlási ellenállást, és ténylegesen hatékonyabbá teszi a szivattyút, mint hideg vízzel. Ipari környezetben a fogaskerekes szivattyúk a legjobb választás csokoládészirup, melasz, kenőolajok és más ragadós anyagok pumpálására – a fizika ugyanaz.
A membránszivattyúkhoz képest a fogaskerekes szivattyúknak nincs dugattyús membránja, így a kimeneti áramlásuk sokkal folyamatosabb. A membránszivattyú minden egyes lökete egy rövid megszakítást okoz, ami apró, de állandó felületi remegést okoz a kádban. Fotopolimerizáció esetén a folyadék felületének stabilitása minden expozíció során közvetlenül befolyásolja a gyanta egyenletes eloszlását. A perisztaltikus szivattyúkhoz képest a fogaskerekes szivattyúknak nincs elhasználható csöve. A perisztaltikus szivattyúcsövek – általában szilikon – fokozatosan megduzzadnak és megkeményednek a gyanta oldószerekkel való hosszan tartó érintkezés során, ami 3–6 hónapon belül észrevehető áramlási romláshoz vezet. A fogaskerekes szivattyúk fém vagy műszaki műanyag fogaskerekeikkel élettartama években mérhető gyanta környezetben.
Mitől jó egy gyanta adagoló szivattyú?
Figyelembe véve a gyanta tulajdonságait és a fogaskerék-szivattyúk előnyeit, az alábbiakban felsoroljuk azokat a kulcsfontosságú specifikációkat, amelyekre figyelni kell a gyantanyomtatáshoz szükséges miniatűr fogaskerék-szivattyú kiválasztásakor.
Először is nyomás.A gyanta adagolásához általában a padlószintű tartályból a nyomtatókádba kell emelni – 1–2 m függőleges magasságban, plusz 3–5 méteres csővezetékkel, ahol a hajlítások és a szerelvények helyi ellenállást biztosítanak. A rendszer teljes ellennyomása általában a 30–80 kPa tartományba esik. Ha a szivattyú maximális üzemi nyomása ez alatt van, az áramlási sebesség meredeken csökken, ahogy az ellennyomás emelkedik, és akár teljesen le is állhat. A 40–150 kPa üzemi nyomástartomány lefedi az asztali és kisipari takarmányozási igények túlnyomó részét – még akkor is, ha a tartály a padlón, a nyomtató pedig egy padon van, a szállítás stabil marad.
Másodszor, az áramlási sebesség.A gyantafogyasztás a nyomtatási területtől és a rétegvastagságtól függ. Egy tipikus DLP nyomtató körülbelül 50–150 ml-t fogyaszt óránként; A nagyobb LCD modellek 200-300 ml-t is elérhetnek. A szivattyú áramlási sebességének csak egyeznie kell a fogyasztási sebességgel, vagy kissé meg kell haladnia a fogyasztási sebességet – a túl sok áramlás valójában megnehezíti a szintszabályozást. A 100 ml/perc vagy annál nagyobb besorolás változtatható sebességszabályozással könnyedén kielégíti az asztali gépek és a közepes ipari igényeket, és stabil kimenetet tart alacsony fordulatszámon is, „csúszás” nélkül.
Harmadszor, az anyagok kompatibilitása.A gyantával érintkező minden belső résznek ellenállnia kell a monomereknek és a fotoiniciátoroknak. Az akrilát alapú gyanták enyhén maró hatásúak a réz- és alumíniumötvözetekre, ezért a szivattyúházat a legjobb, ha rozsdamentes acélból vagy mesterséges műanyagból készítik, és a fogaskerekeknek jó egyensúlyra van szükségük a kopásállóság és a vegyszerállóság között.
Negyedszer, zaj.Számos gyantanyomtatót használnak irodákban, klinikákon vagy laboratóriumokban, ahol a zajhatárok sokkal szigorúbbak, mint a gyári padlókon. A fogaskerék-szivattyú forgó hangja eleve kevésbé tolakodó, mint a membránszivattyú ütős kalapálása. A szivattyú és a tartó közé gumi csillapító alátét hozzáadása tovább csökkenti a szerkezeti vibrációs zajt.
Ötödször, könnyű vezetés.A legtöbb nyomtató alaplapja 24 V DC kimenetet biztosít. A szivattyú hajtási feszültségének megfeleltetése megkíméli Önt egy extra tápmodul hozzáadása alól. Ha az üzemi áramot 200 mA alatt tartja, elkerülhető a kártya túlterhelése, és nincs szükség további hűtőbordára.
Hogyan teljesít az SC2301CPW a gyanta adagolásban
Most vessük össze ezeket a kritériumokat az SC2301CPW miniatűr fogaskerék-szivattyúval – az illeszkedés nyilvánvalóvá válik.
24 V DCilleszkedik a nyomtató alaplapi feszültségeihez, így nincs szükség csökkentési vagy boost konverterre.
100 ml/perc vagy nagyobbAz áramlás sok mozgásteret biztosít a beállításhoz. Gyakorlatilag a PWM sebességszabályozás 30-80 ml/perc sebességre képes lecsökkenteni, így pontosan illeszkedik a különféle nyomtatók fogyasztási arányához.
40-150 kPaAz üzemi nyomás könnyedén kezeli a 2–3 m-es függőleges emelést és az összetett csövek ellenállását, még nagyobb viszkozitású öntőgyanták vagy kerámiával töltött kompozitok esetén is.
200 mA vagy annál kisebbAz áramfelvétel közvetlen alaplapi tápellátást jelent – nincs külön nagyáramú vezeték, így csökken a belső zűrzavar és a hibapontok.
60 dB vagy annál kisebbAz 50 cm-es zaj körülbelül a normál beszélgetés szintjének felel meg – tökéletesen elfogadható irodai vagy klinikai környezetben.
A szivattyú rozsdamentes acél tengelyt és kopásálló hajtóműpárt használ, amely bizonyítottan tartósan működik gyanta közegben. A rendszeres karbantartás az O-gyűrűk ellenőrzésére és a bemeneti szűrő tisztítására korlátozódik – a kopó alkatrészek gyakori cseréje nélkül.
Ennél is fontosabb, hogy a fogaskerék-szivattyú folyamatos, egyenletes teljesítménye tökéletesen illeszkedik a gyantanyomtatás folyamatkövetelményeihez. A kád felülete mentes marad a lüktetés okozta hullámosságoktól, a gyanta minden expozíció során egyenletesen terjed, és a rétegvastagság konzisztenciája megmarad. Az adagolósorban lévő gyanta lassított mozgásban marad, így a fotoiniciátorok és a pigmentek egyenletesen felfüggesztve maradnak – sokkal jobban, mint a statikus tárolás. Az etetési rendszer a "passzívan a szint csökkenésére váró" állapotból az "állandó szint aktív fenntartásába" fejlődik, ami egy alapvető folyamatfrissítés.
Gyakorlati telepítési tippek
Még megfelelő szivattyú esetén is számítanak a telepítés részletei.
A bemeneti cső legyen a lehető legrövidebb és egyenes legyen, minimalizálva a szükségtelen hajlításokat.
Szereljen be egy 60–100 mesh méretű rozsdamentes acél szűrőt a bemenetre, hogy felfogja a fel nem oldódott részecskéket vagy a külső törmeléket, mielőtt azok bejutnának a szivattyú üregébe.
Irányítsa a kimeneti csövet úgy, hogy a folyadék felszíne alatt kerüljön a kádba, elkerülve a fröccsenést és a buborékképződést.
Szerelje fel a szivattyút közelebb a kádhoz, mint a tartályhoz – a kimeneti futás lerövidítése csökkenti a nyomásveszteséget. Ha szűk a belső tér, szerelje fel a szivattyút kívülről a ház oldalára gyorscsatlakozós szerelvényekkel az egyszerű karbantartás érdekében.
Ugyanilyen fontos a nyomtatás utáni tisztítás. A pumpában huzamosabb ideig hagyott maradékok fényre kötődhetnek vagy gélesedhetnek. Minden nyomtatás után futtasson egy rövid tisztítási ciklust izopropil-alkohollal vagy erre a célra szolgáló tisztítóoldattal a szivattyún keresztül. Ha nyomtatója támogatja az automatizált tisztítási rutinokat, a szivattyú öblítését a napi karbantartási ütemtervbe integrálva szinte gondtalan a működés.
A gyantaetetés újragondolása
Sokan a műgyantanyomtató építésekor vagy utólagos felszerelésekor a fényforrásra, a képernyőre, a Z-tengely pontosságára – a „látható” hardverre – fordítják figyelmüket. Az etetőrendszert gyakran utólagos gondolatként kezelik, amelyet egy csődarabbal rögzítenek. A nyomtatás azonban rendszerszintű folyamat; minden gyenge láncszem nyomot hagy az utolsó részben.
Instabil felületről származó hullámok, színeltérések a lerakódott pigmentektől, nyomtatási megszakítások a kézi utántöltésből – ezek az „apró” zavarok gyakran az adagolási beállításokra vezethetők vissza. Fektessen egy kis erőfeszítést az adagolórendszer megfelelő kialakításába, és jelentősen jobb nyomtatási konzisztenciát és sokkal kellemesebb felhasználói élményt kaphat.
A fogaskerék-szivattyú nem az egyetlen megoldás, de a gyanta adagolásához eléri az édes ponton kiegyensúlyozó áramlási folytonosságot, a nyomáshoz való alkalmazkodást, az anyagkompatibilitást és a hosszú távú megbízhatóságot. Az SC2301CPW egy reprezentatív példa, amely igazolja a miniatűr fogaskerekes szivattyúk alkalmazhatóságát a fotopolimerizációs nyomtatásban.
Ha gyantadagolási problémákkal küszködik, érdemes átnézni a teljes folyadékút a fogaskerék-szivattyú szemszögéből. Néha a jobb nyomat kulcsa nem az expozíciós paraméterek határértékre szorítása, hanem az adagolás alapjainak a helyes megszerzése.