Fotopolymerizačná tlač prešla v posledných rokoch dlhú cestu. To, čo bolo kedysi hračkou pre nadšencov, sa zmenilo na bežný výrobný nástroj na odlievanie šperkov, zubné modelovanie, prototypové figúrky a dokonca aj diely na priemyselné overovanie. Platformy SLA, DLP a LCD si každá vybojovala významný podiel na trhu. Ale ako používatelia tlačia na tieto stroje silnejšie, zostáva jedna pretrvávajúca bolesť hlavy: ako spoľahlivo a dôsledne pridávať živicu do kade.
Najskorším prístupom bolo ručné nalievanie. Požadovaný objem odhadnete pred začatím tlače – príliš veľa plytvá živicou, príliš málo a tlač je v polovici suchá. Potom prišlo gravitačné plnenie: zásobník visel vysoko nad strojom a spoliehal sa na kvapalinovú hlavu, ktorá dodáva živicu. V princípe jednoduché, ale v praxi sa prietok mení s klesajúcou hladinou kvapaliny, čo spôsobuje, že povrch nádoby stúpa a klesá počas tlače. Prvé vrstvy a posledné vrstvy končia s úplne inou kvalitou povrchu.
Niektorí skúšali membránové čerpadlá alebo peristaltické čerpadlá na automatické dopĺňanie. Pulzácia z týchto čerpadiel vytvára vlnky na povrchu vane a pridáva ďalšie vrstvy, ktoré by tam nemali byť.
Takže späť k základnej otázke: aký druh čerpadla skutočne potrebuje kŕmenie živicou?
Najprv pochopte „temperament“ živice
Fotopolymérová živica nie je voda. Jeho viskozita sa zvyčajne pohybuje od 200 do 1200 cps a silne plnené priemyselné živice môžu prekročiť 2000 cps. Aby sme to uviedli do perspektívy, voda pri izbovej teplote je asi 1 cps - živica je sto až tisíckrát hustejšia. Bežné odstredivé čerpadlo, ktoré sa spolieha na vysokorýchlostné obežné koleso, ktoré vyháňa vodu von, dramaticky stráca účinnosť pri manipulácii s niečím tak sirupovitým, ako je živica. Tok a hlava sa vrhajú do nosa.
Čo je viac problematické, je živicatixotropia. Mnohé živice vykazujú vysokú viskozitu, keď sú v pokoji, ale keď sú vystavené šmykovým silám, ako je stláčanie a trenie počas čerpania, ich viskozita dočasne klesá a stávajú sa tekutejšími. Táto vlastnosť môže byť výhodná, ak je správne zvolený typ čerpadla: prietokový odpor klesá, keď čerpadlo beží. Ak si však vyberiete nesprávne čerpadlo – povedzme čerpadlo s obežným kolesom s veľkými vôľami – živica prekĺzne späť cez medzery, plytvá energiou a vytvára teplo, ktoré v skutočnosti urýchľuje predčasné vytvrdzovanie vo vnútri dutiny čerpadla.
Ďalší často prehliadaný problém: fotoiniciátory a pigmentové častice v živici majú rôznu špecifickú hmotnosť. Ak sa nechajú nehybne sedieť dlhšie ako 4–6 hodín, pomaly sa usadia. Výsledkom je, že živica na dne kade sa stáva „ťažšou“ v zložení, zatiaľ čo vrchná časť sa stáva „ľahšou“. Diely vytlačené z rovnakej šarže môžu vykazovať rôzne mechanické vlastnosti medzi spodnou a hornou časťou. Ak dokáže čerpací systém udržiavať miernu cirkuláciu počas kŕmenia, tento problém s usadzovaním je účinne eliminovaný.
Prečo sa zubové čerpadlá môžu „zahryznúť“ do živice
Princíp činnosti zubového čerpadla je zdanlivo jednoduchý. V tesnom kryte sa otáčajú dve zaberajúce ozubené kolesá. Na vstupnej strane rozširujúce sa priestory medzi zubami ozubeného kolesa vytvárajú čiastočné vákuum, ktoré nasáva kvapalinu dovnútra. Kvapalina je potom unášaná okolo stien puzdra vo vreckách zubov a vypúšťaná na výstupnej strane, kde záber vytláča kvapalinu von. Toto je klasikakladný posunmechanizmus - každá otáčka dodáva pevný objem kvapaliny.
Táto pozitívna výtlačná charakteristika mení hru na kŕmenie živicou. Prietok je prísne úmerný rýchlosti otáčania, čo znamená, že ovládaním otáčok motora môžete presne odmerať množstvo živice dodanej do nádoby za jednotku času. V kombinácii so snímačom hladiny v nádrži na reguláciu v uzavretej slučke môže byť hladina kvapaliny stabilná v rozmedzí ± 0,5 mm, čo je viac, než je dostatočné pre stroje DLP s hrúbkou vrstvy 50–100 µm.
Zubové čerpadlá sú vo svojej podstate vhodné pre kvapaliny s vysokou viskozitou. Šmyk vznikajúci počas záberu ozubených kolies pracuje s tixotropiou živice – živica sa dočasne stenčuje, keď je stlačená medzi zuby ozubeného kolesa, čím sa znižuje prietokový odpor a čerpadlo je v skutočnosti efektívnejšie ako so studenou vodou. V priemyselnom prostredí sú zubové čerpadlá tou správnou voľbou na čerpanie čokoládového sirupu, melasy, mazacích olejov a iných lepkavých materiálov – fyzika je rovnaká.
V porovnaní s membránovými čerpadlami nemajú zubové čerpadlá žiadnu vratnú membránu, takže ich výstupný tok je ďaleko plynulejší. Každý zdvih membránového čerpadla spôsobí krátke prerušenie, ktoré sa premietne do drobných, ale konštantných povrchových chvenia v nádrži. Pri fotopolymerizácii stabilita povrchu kvapaliny počas každej expozície priamo ovplyvňuje, ako rovnomerne sa živica šíri. V porovnaní s peristaltickými čerpadlami nemajú zubové čerpadlá žiadne hadičky, ktoré by sa opotrebovali. Rúry peristaltického čerpadla – zvyčajne silikón – pri dlhšom kontakte so živicovými rozpúšťadlami postupne napučiavajú a tvrdnú, čo spôsobuje znateľný pokles prietoku v priebehu 3–6 mesiacov. Zubové čerpadlá s ich kovovými alebo inžiniersko-plastovými prevodmi majú životnosť meranú v rokoch v prostredí živice.
Čo robí dobré čerpadlo na kŕmenie živice?
Vzhľadom na vlastnosti živice a výhody zubových čerpadiel uvádzame kľúčové špecifikácie, ktoré treba hľadať pri výbere miniatúrneho zubového čerpadla na tlač živicou.
Po prvé, tlak.Podávanie živice si zvyčajne vyžaduje zdvihnutie zo zásobníka na úrovni podlahy až do vane tlačiarne – vertikálna výška 1–2 m, plus 3–5 m hadičky, s ohybmi a armatúrami, ktoré zvyšujú lokálny odpor. Celkový protitlak systému sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí 30–80 kPa. Ak je maximálny pracovný tlak čerpadla nižší, prietok prudko klesne so stúpajúcim protitlakom a môže sa dokonca úplne zastaviť. Rozsah pracovného tlaku 40–150 kPa pokrýva veľkú väčšinu požiadaviek na podávanie stolových počítačov a malých priemyselných podnikov – aj keď je zásobník umiestnený na podlahe a tlačiareň na stole, dodávka zostáva stabilná.
Po druhé, prietok.Spotreba živice závisí od oblasti tlače a hrúbky vrstvy. Typická tlačiareň DLP spotrebuje približne 50–150 ml za hodinu; väčšie modely LCD môžu dosiahnuť 200–300 ml. Prietok čerpadla sa musí iba zhodovať alebo mierne prevyšovať spotrebu – príliš veľký prietok v skutočnosti sťažuje kontrolu hladiny. Hodnotenie väčšie alebo rovné 100 ml/min, s reguláciou otáčok s premenlivou rýchlosťou, ľahko pokryje potreby stolného počítača až po stredne priemyselné potreby a udržuje stabilný výkon aj pri nízkych otáčkach bez „skĺznutia“.
Po tretie, materiálová kompatibilita.Všetky vnútorné časti, ktoré prichádzajú do styku so živicou, musia odolávať monomérom a fotoiniciátorom. Živice na báze akrylátu sú mierne korozívne pre meď a hliníkové zliatiny, takže telo čerpadla je najlepšie vyrobené z nehrdzavejúcej ocele alebo umelých plastov a ozubené kolesá potrebujú dobrú rovnováhu medzi odolnosťou proti opotrebovaniu a chemickou odolnosťou.
Po štvrté, hluk.Mnoho tlačiarní na báze živice sa používa v kanceláriách, na klinikách alebo v laboratóriách, kde sú limity hluku oveľa prísnejšie ako v továrni. Rotačný zvuk zubového čerpadla je vo svojej podstate menej rušivý ako nárazové búchanie membránového čerpadla. Pridanie gumenej tlmiacej podložky medzi čerpadlo a jeho držiak ďalej znižuje štrukturálny hluk vibrácií.
Po piate, jednoduchosť jazdy.Väčšina základných dosiek tlačiarne poskytuje výstup 24 V DC. Prispôsobenie hnacieho napätia čerpadla vám ušetrí pridanie ďalšieho napájacieho modulu. Udržiavanie prevádzkového prúdu pod 200 mA zabraňuje preťaženiu dosky a eliminuje potrebu dodatočného chladiča.
Ako sa SC2301CPW správa pri podávaní živice
Teraz porovnajme tieto kritériá s miniatúrnym zubovým čerpadlom SC2301CPW – vhodnosť je zrejmá.
24 V DCzhoduje sa s bežným napätím základnej dosky tlačiarne, takže nie je potrebný žiadny znižovací alebo zosilňovací konvertor.
Väčšie alebo rovné 100 ml/minprietok poskytuje dostatok priestoru na nastavenie. V praxi môže regulácia rýchlosti PWM znížiť rýchlosť na 30–80 ml/min, čo presne zodpovedá rýchlosti spotreby rôznych tlačiarní.
40–150 kPapracovný tlak ľahko zvládne 2–3 m vertikálny zdvih a zložitý odpor potrubia, dokonca aj pri odlievacích živiciach s vyššou viskozitou alebo kompozitoch plnených keramikou.
Menší alebo rovný 200 mAodber prúdu znamená priame napájanie základnej dosky – žiadne samostatné vysokoprúdové vedenie, čím sa znižuje vnútorný neporiadok a miesta zlyhania.
Menšia alebo rovná 60 dBhluk na 50 cm je približne na úrovni bežnej konverzácie – dokonale prijateľný pre kancelárske alebo klinické prostredie.
Čerpadlo používa hriadeľ z nehrdzavejúcej ocele a pár ozubených kolies odolných voči opotrebovaniu, osvedčené pre dlhodobú prevádzku v živicových médiách. Bežná údržba sa obmedzuje na kontrolu O-krúžkov a čistenie vstupného filtra – bez častej výmeny opotrebovaných dielov.
Ešte dôležitejšie je, že nepretržitý, plynulý výstup zubového čerpadla je dokonale v súlade s procesnými požiadavkami živicovej tlače. Povrch vane zostáva bez zvlnenia vyvolaného pulzáciou, živica sa rovnomerne rozprestiera počas každej expozície a je zachovaná konzistencia medzi jednotlivými vrstvami. Živica v prívodnom potrubí zostáva v spomalenom pohybe, takže fotoiniciátory a pigmenty zostávajú rovnomerne suspendované – oveľa lepšie ako statické skladovanie. Systém podávania sa vyvíja z „pasívneho čakania na pokles hladiny“ k „aktívnemu udržiavaniu konštantnej hladiny“ – základná modernizácia procesu.
Praktické tipy na inštaláciu
Aj pri správnom čerpadle záleží na detailoch inštalácie.
Udržujte prívodnú hadičku čo najkratšiu a najrovnejšiu, čím minimalizujete zbytočné ohyby.
Na vstup nainštalujte filter z nehrdzavejúcej ocele s veľkosťou 60 až 100 ôk, ktorý zachytí nerozpustené častice alebo vonkajšie nečistoty predtým, ako sa dostanú do dutiny čerpadla.
Výstupnú hadičku nasmerujte tak, aby sa dostala do vane pod hladinu kvapaliny, aby sa zabránilo rozstrekovaniu a tvorbe bublín.
Čerpadlo namontujte bližšie k vani ako k nádrži - skrátenie výstupného chodu znižuje tlakovú stratu. Ak je vnútorný priestor tesný, namontujte čerpadlo externe na bočnú stranu krytu pomocou rýchlospojok pre jednoduchú údržbu.
Čistenie po tlači je rovnako dôležité. Zvyšky ponechané vo vnútri pumpy dlhší čas môžu vytvrdnúť svetlom alebo gélovať. Po každej tlači vykonajte krátky čistiaci cyklus s izopropylalkoholom alebo špeciálnym čistiacim roztokom cez čerpadlo. Ak vaša tlačiareň podporuje automatické čistiace postupy, integrácia preplachovania čerpadla do plánu dennej údržby robí prevádzku takmer bezstarostnou.
Prehodnotenie kŕmenia živicou
Mnoho ľudí pri stavbe alebo dodatočnej montáži živicovej tlačiarne upriamuje svoju pozornosť na svetelný zdroj, obrazovku, presnosť osi Z – „viditeľný“ hardvér. Systém kŕmenia sa často považuje za dodatočný nápad, ktorý je pripevnený kusom hadičky. Tlač je však proces na úrovni systému; každý slabý článok zanechá svoju stopu v záverečnej časti.
Vlnenie z nestabilného povrchu, farebné odchýlky od usadených pigmentov, prerušovanie tlače pri ručnom dopĺňaní – tieto „drobné“ nepríjemnosti často súvisia s nastavením podávania. Investujte trochu úsilia do správneho podávacieho systému a získate výrazne lepšiu konzistenciu tlače a oveľa príjemnejšiu používateľskú skúsenosť.
Zubové čerpadlo nie je jediným riešením, ale pri podávaní živice dosahuje optimálnu kontinuitu prietoku, prispôsobivosť tlaku, materiálovú kompatibilitu a dlhodobú spoľahlivosť. SC2301CPW je reprezentatívnym príkladom, ktorý potvrdzuje použiteľnosť miniatúrnych zubových čerpadiel pri fotopolymerizačnej tlači.
Ak zápasíte s problémami s podávaním živice, oplatí sa prehodnotiť celú cestu tekutiny z pohľadu zubového čerpadla. Niekedy nie je kľúčom k lepšej tlači tlačiť na limity vašich expozičných parametrov – ide o správne nastavenie základov podávania.