Geräuschreduzierung bei 3D-Druckerpumpen: Leise und langlebige Mods

Die Geräuschreduzierung bei 3D-Druckerpumpen beginnt normalerweise bei der Pumpe: Die Halterung, die Schläuche und die Antriebseinstellung übertragen den größten Teil des Geräusches. Fixieren Sie zuerst den Montagepfad, verschieben Sie dann das PWM-Band auf 20–25 kHz und schützen Sie drittens das Verschleißteil. Bei einem veröffentlichten Wert von 60 dB handelt es sich eher um eine Testbedingung als um ein Versprechen für Ihre Maschine. Messen Sie daher vor und nach jeder Änderung einen Abstand von 30 cm.

Wo die Geräuschreduzierung der 3D-Druckerpumpe beginnt

Eine Pumpe macht an drei verschiedenen Stellen Geräusche, und jede erfordert eine andere Befestigung: den Flüssigkeitsweg, den Motor und seinen Antrieb sowie die Struktur, an der die Pumpe verschraubt ist.

Die Fehlerliste des Herstellers nennt fünf Ursachen, drei davon sind Wartungsprobleme: Leerlauf, Ablagerungen und ein verstopfter Einlass, der unter Unterdruck zittert. Bei den anderen beiden handelt es sich um eine Antriebsungleichheit, die einen schwachen Hochfrequenzton hinzufügt, sowie um Rotor- und Wellentoleranzen, die als die größte Ursache von allen genannt werden – eine Designvariable, die kein Bracket beheben kann.

Bürstenmotoren fügen eine zweite Signatur hinzu: Der Verschleiß der Kohlebürsten erzeugt Funken und Lärm, und Flüssigkeit, die in den Stator-Rotor-Spalt gelangt, kann den Motor beschädigen.

So trennen Sie PWM-Jammern von mechanischem Rauschen

Drei Tests trennen die Quellen, bevor Sie etwas kaufen. Halten Sie das Tastverhältnis konstant und ändern Sie nur die PWM-Frequenz: Wenn sich der Ton bewegt, ist das Geräusch elektrisch. Drücken Sie bei laufender Pumpe auf die Halterung: Ändert sich die Lautstärke, strahlt der Rahmen. Vergleichen Sie einen Kaltstart mit einem 30-minütigen Lauf: Ein Rumpeln, das über Wochen hinweg ansteigt, weist auf Maßstab hin, während Geräusche, die in dem Moment auftreten, in dem sich der Behälter leert, auf Leerlauf hinweisen.

Tabelle 1. Pumpengeräuschquellen, die jeweilige veröffentlichte Signatur und der Test, der sie identifiziert.

Quellen: Hinweis zur Geräuschbehebung des Herstellers und Spezifikationszusammenfassung; Die Körperschallreihe ist eine technische Praxis und keine veröffentlichte Messung.

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Messen Sie das Geräusch, bevor Sie Änderungen an der Pumpe vornehmen

Eine auf die gleiche Weise berechnete Grundlinie übertrifft jeden angegebenen Wert zweimal. Notieren Sie den Füllstand bei 30 cm und 1 m bei der von Ihnen betriebenen Maschine mit zusammengebauter Maschine und notieren Sie sich jedes Mal den Abstand und die Montage.

Die beiden veröffentlichten Zahlen sind nicht vergleichbar. Die 3-V-Pumpe liegt bei 30 cm unter 60 dB, gemessen bei 5 V Gleichstrom auf einem 5-cm-Schwamm; Die 24-V-Pumpe wird mit 60 dB bei 50 cm veröffentlicht, ohne Angabe der Montagebedingungen. Der Schalldruck sinkt bei jeder Verdoppelung des Abstands um etwa 6 dB, sodass 60 dB bei 50 cm im freien Feld etwa 64 dB bei 30 cm entsprechen. Auf vergleichbarer Basis liegen beide Pumpen nicht unter 60 dB.

Verwenden Sie für den Vorher-Nachher-Vergleich eine Telefon-App, bei der Veröffentlichung der Nummer jedoch ein Messgerät gemäß IEC 61672-1, da für ein Telefon keine angegebene Gewichtung angegeben ist. Beurteilen Sie den Pegel auf Distanz zum Zuhörer.

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Stoßdämpfende Installation zur Geräuschreduzierung der 3D-Druckerpumpe

Ein Isolator ist eine Feder und ein Dämpfer zusammen und verhält sich wie ein mechanischer Tiefpassfilter: Oberhalb seiner Eigenfrequenz verringert er die Übertragung, bei Resonanz verstärkt er sie. Deshalb kann das gleiche Gummipolster einen Drucker leiser und einen anderen lauter machen.

Stoßdämpfende Installation der 3D-Druckerpumpe

Last und Geometrie sind wichtiger als Material. Halten Sie die Arbeitskompression innerhalb des elastischen Bereichs des Isolators, da ein gequetschtes Kissen eine starre Verbindung darstellt, und halten Sie die Eigenfrequenz des Isolators deutlich unter der Frequenz, die die Pumpe anregt.

Tabelle 2. Elastomereigenschaften für Pumpenhalterungen, wobei die Halterung im veröffentlichten Geräuschtest verwendet wurde.

Quellen: EPDM- und Silikoneigenschaftstabellen aus den zitierten Polymerreferenzen; Montagereihe von der Produktseite der 3-V-Pumpe. „Nicht angegeben“ bedeutet, dass die zitierte Quelle den Wert nicht veröffentlicht.

Die fünf Gründe, warum eine stoßdämpfende Nachrüstung scheitert

Überbrückung des Isolators.Ein Bolzen durch das Polster, ein Kabelbinder oder eine starre Halterung erzeugt einen parallelen Pfad, und das Elastomer tut dann nichts.

Starrer Schlauch.Die dokumentierten Testbedingungen verwenden 45 Shore A-Silikon mit einer 2,5-mm-Bohrung und 350-mm-Einlass- und 250-mm-Auslassstrecken. Ein kurzer, steifer Schlauch überträgt Vibrationen: Ein zu harter Schlauch dichtet möglicherweise nicht am Widerhaken ab, ein zu weicher Schlauch kann unter Sog zusammenbrechen.

Montage auf der falschen Frequenz.Eine weiche Unterlage unter einer leichten Halterung kann die Eigenfrequenz der Halterung in den Anregungsbereich der Pumpe bringen, wo sie verstärkt statt isoliert wird; mehr Halterungsmasse oder ein Dämpfer glättet diese Spitze.

Umgehen des Isolators durch Verkabelung.Jedes Kabel oder Rohr, das die Lücke kreuzt, ist ein Vibrationskurzschluss; Lassen Sie in jedem eine Serviceschleife.

Überdrehen Sie die Befestigungselemente.Durch die Kompression über den elastischen Bereich hinaus wird der Isolator zu einem starren Abstandshalter.

Abbildung 1. Modellierte Übertragungsfähigkeit einer Pumpenhalterung: Vibrationen werden bei Resonanz verstärkt und erst oberhalb des Kreuzungspunkts gedämpft, und mehr Dämpfung senkt die Spitze.

Quelle: Modell des Autors unter Verwendung der Standard-Übertragbarkeitsbeziehung mit einem Freiheitsgrad T=1 / sqrt((1 - r^2)^2 + (2 zeta r)^2) für r=f/fn, kombiniert mit der veröffentlichten Feststellung, dass ein passiver Isolator ein mechanischer Tiefpassfilter ist. Ein Modell, keine Messung.

Lesen Sie weiter:Spezifikation der 24-V-Pumpe SC2301CPW.

Leise Modifikation mit peristaltischer Pumpen-PWM-Geschwindigkeitsregelung

PWM stellt die Geschwindigkeit anhand der Einschaltdauer und den Ton anhand der Schaltfrequenz ein. Die veröffentlichten Ausgangspunkte sind 20 kHz, ein 20-25-kHz-Band für den stillen Betrieb und eine Warnung, dass ein kleiner Treiber jenseits von etwa 30-40 kHz echte Leistung nur beim Schalten aufwendet.

Bei niedriger Leistung gerät die Pumpe in eine Totzone, in der Reibung und Lastdrehmoment den Start verhindern: Sie brummt, erwärmt die Wicklung und bewegt sich nichts. Stellen Sie den Mindestbefehl über dem zuverlässigen Startpunkt ein und bevorzugen Sie einen Treiber, der bereits Kommutierung, Strombegrenzung und Sanftanlauf beherrscht.

Leise Modifikation: Auswahl des Frequenzbandes

In Abbildung 2 wird die Empfehlung gegen den hörbaren Bereich ausgesprochen. Das menschliche Gehör erstreckt sich über etwa 20 Hz bis 20 kHz, sodass beim Schalten bei 20–25 kHz das elektrische Rauschen eliminiert wird, während Schaltverluste oberhalb von 30–40 kHz beginnen, echte Energie und Wärme zu verbrauchen.

Abbildung 2. Veröffentlichte PWM-Schaltbänder im Vergleich zum hörbaren Bereich des menschlichen Gehörs.

Quellen: Hersteller-PWM-Anwendungsleitfaden (20-kHz-Startpunkt, 20-25-kHz-Ruheband, Schaltverluste über etwa 30-40 kHz); Hörbereich von 20 Hz bis 20 kHz aus der zitierten Akustikreferenz.

Verkabelung: Halten Sie elektrische Störungen vom Drucker fern

Das Kommutierungsgeräusch eines Bürstenmotors bleibt nicht in der Pumpenverkabelung: In einem Drucker kann es in Thermistorsignale oder Referenzspannungen von Schritttreibern einkoppeln und fehlerhafte Messwerte verursachen. Halten Sie die Pumpenverkabelung von Thermistor- und Endanschlagstrecken fern, halten Sie den Rückweg kurz und schirmen Sie lange Strecken ab.

Drucker-MCUs liefern ungefähr 25–40 mA pro Pin und 150–200 mA über ihre Versorgungspins, während kleine Pumpen 100–500 mA verbrauchen. Daher muss bei einem Lüfteranschluss zunächst der MOSFET, die Sicherung und der Schienenspielraum überprüft werden. Verwenden Sie einen Low-Side-Logikpegel-MOSFET, der für Blockierstrom ausgelegt ist, mit einer Abzweigsicherung und einer Flyback-Diode und dimensionieren Sie die Versorgung für den Einschaltstrom: Ein Wandler ändert die Spannung, erzeugt aber nie Strom.

Lesen Sie weiter:Wie sich PWM auf Mikropumpen auswirkt.

Modifikationen zur Verlängerung der Lebensdauer

Die Lebensdauer wird durch Hitze, Trockenlauf und Stunden unter Last bestimmt, daher sind die Veränderungen, die sie verlängern, eher thermischer, hydraulischer und betrieblicher Natur als akustischer Natur.

Lebensdauer der Peristaltikpumpe: Schützen Sie den Schlauch

Der Schlauch entscheidet über die Lebensdauer der Peristaltikpumpe, und die veröffentlichte Richtlinie für die Nachfüllpflicht des Druckers liegt bei mehreren Monaten bis einem Jahr. Lösen Sie die Okklusion, wenn die Maschine im Leerlauf ist, da ein zusammengedrückt gehaltener Schlauch weiterhin einen Druckverformungsrest erfährt – den Mechanismus, der durch Standard-Druckverformungsresttests abgedeckt wird – und behalten Sie die dokumentierte Geometrie bei: 45 Shore A Silikon, eine 2,5 mm Bohrung und 350 mm Einlass mit 250 mm Auslassstrecken.

Zyklusbewertungen verdienen die gleiche Skepsis wie Lärmzahlen. Auf der Produktseite werden mehr als 300.000 Zyklen bei einem 5-Sekunden-An- und 3-Sekunden-Aus-Muster sowie ein separater Test mit 600.000 Auslieferungszyklen angegeben, während in einem Anwendungsartikel eine getestete Lebensdauer von 480.000 Zyklen angegeben wird. Behandeln Sie jeden als Testbeschreibung und planen Sie den Röhrenwechsel nach Stunden, nicht nach einer Zyklusüberschrift.

Wartung der Zahnradpumpe: Abstände und Grundierung

Die Wartung einer Zahnradpumpe beginnt mit der Flüssigkeit, die sowohl Schmiermittel als auch Lager ist. Die veröffentlichte Spezifikation verbietet einen Trockenlauf über 20 Sekunden hinaus, da die Zahnräder am Gehäuse verschleißen und Spielräume dauerhaft freigeben. Ein verstopfter Auslass stoppt die Pumpe nicht: Dies führt zu interner Leckage, Hitze und Verschleiß. Filtern Sie den Einlass, entlüften Sie ihn vor jedem Start und halten Sie die Umgebungstemperatur zwischen 5 und 45 °C ein, wobei der Luftstrom um die Motorendkappe herum strömt.

Tabelle 3. Retrofit-Modifikationen, der Mechanismus dahinter und die Stärke der Beweise.

Quellen: Hersteller-PWM-Anwendungsleitfaden, Wartungsleitfaden für Flüssigkeitssysteme, Zusammenfassung der 24-V-Spezifikationen und 3-V-Produktseite; Kompressionsverformungsmechanismus gemäß ASTM D395.

Lesen Sie weiter:SC2201RPW-Pumpe zum Nachfüllen von Harz.

Fehlerbehebung bei Zahnradpumpen und zustandsbasierte Wartung

Der schnellste Weg zur Fehlerbehebung bei Zahnradpumpen ist Arithmetik statt Raten: Vergleichen Sie den aktuellen Durchfluss, Strom und Druck mit den bei der Inbetriebnahme aufgezeichneten Zahlen. Die meisten Ausfälle von Flüssigkeitssystemen sind auf fünf Variablen zurückzuführen – Verdrängung pro Umdrehung, Arbeitsdruck, Viskosität, Ansaugzustand und Arbeitszyklus – daher besteht der größte Teil der Diagnose darin, herauszufinden, welche sich bewegt hat.

Der veröffentlichte Wartungsplan für Zahnradpumpen liefert die Kriterien. Führen Sie alle 40 Stunden Pumpzeit eine zeitgesteuerte Dosisprüfung und einen aktuellen Messwert durch: Die Dosis liegt innerhalb von 5 % des in Betrieb genommenen Volumens, der Strom innerhalb von 20 %. Überprüfen Sie wöchentlich das Rohr an der Rollenbahn auf flache Stellen, Schwellungen und feuchte Ringe und reinigen Sie das Einlasssieb. Überprüfen Sie die Kalibrierung monatlich nach jedem Flüssigkeitswechsel erneut. Ersetzen Sie vierteljährlich das Sieb, überprüfen Sie den Mindeststartbefehl und überprüfen Sie die Flyback-Diode.

Tabelle 4. Fehlerbehebungsmatrix für Druckerpumpen, erstellt aus den veröffentlichten Fehler- und Wartungslisten.

Quellen: Hinweis zur Geräuschbehebung des Herstellers; Anleitung zur Wartung des Flüssigkeitssystems (40-Stunden-Intervall, 5 % Dosis und 20 % aktuelle Kriterien).

Lesen Sie weiter:Behebung von Verstopfungen, Blasen und Undichtigkeiten.

Eine Retrofit-Sequenz für ein Wochenende

Führen Sie zuerst die kostengünstigen, umkehrbaren Schritte durch und messen Sie nach jedem Schritt, damit Sie wissen, welche Änderung tatsächlich funktioniert hat.

Grundlinie.Notieren Sie den Füllstand bei 30 cm und 1 m im Betriebszustand sowie eine zeitgesteuerte Dosis, Motorstrom, Förderdruck und Umgebungstemperatur.

Montieren.Montieren Sie Elastomere, die innerhalb ihres elastischen Bereichs belastet sind, entfernen Sie alles, was das Polster überbrückt, und lassen Sie in jedem Schlauch und Kabel eine Wartungsschlaufe.

Fluidpfad und Antrieb.Halten Sie die dokumentierte Rohrhärte und Bohrung ein, füllen Sie das Rohr mit geflutetem Einlass, stellen Sie das PWM-Band auf 20–25 kHz über der Totzone ein und überprüfen Sie den MOSFET, die Sicherung und die Flyback-Diode, wenn die Pumpe an einen Lüfteranschluss angeschlossen ist.

Erneut messen und protokollieren.Wiederholen Sie die Grundlinie genau und wiederholen Sie sie dann nach 24 Stunden Druckzeit: Eine Änderung, die einen Tag Hitze nicht übersteht, ist keine Lösung.

Lesen Sie weiter:Leise, aber kraftvoll: 24-V-Druckerpumpe.

Was eine Nachrüstung nicht beheben kann

Die größte veröffentlichte Geräuschquelle in dieser Familie ist die Rotor- und Wellentoleranz, die bei der Konstruktion und Herstellung festgelegt wird. Eine Pumpe, die bei jeder Drehzahl, ob überflutet oder trocken, laut ist, wird durch eine Halterung oder eine PWM-Einstellung nicht leise: Geben Sie die Toleranz an und überprüfen Sie sie am Beispiel.

Auch Wartungsprobleme sind keine akustischen Probleme. Ein verstopfter Einlass, Ablagerungen und ein verschlissenes Rohr erhöhen den Lärm und verbrauchen die Lebensdauer. Daher ist die günstigste Geräuschreduzierung oft die Wartung, die die Maschine bereits schuldet.

Fünf veröffentlichte Ansprüche stehen ebenfalls im Widerspruch und jeder sollte schriftlich geklärt werden, bevor diese Leitlinien eine Spezifikation erreichen. Auf einigen Seiten werden die gleichen Modellnummern als Zahnradpumpen und auf anderen als Schlauchpumpen bezeichnet. Ein Arbeitsmuster trägt drei Zykluszahlen: mehr als 300.000, getestet 480.000 und bis zu 600.000. Die eingestellte Spannung wird mit 3/5/8 V und mit 3/6/12 V angegeben. Auf einer Seite wird angegeben, dass kein Schlauchverbrauchsmaterial vorhanden ist, während auf der Produktseite ein Silikonschlauch-Flüssigkeitsweg beschrieben wird. Dieselbe Pumpe wird mit mehr als 30 kPa und mindestens 6 psi, etwa 41 kPa, angegeben.

Lesen Sie weiter:3,0 V oder 24 V? Passend zum Mainboard.

Wichtige Erkenntnisse

Trennen Sie die drei Geräuschpfade, bevor Sie etwas kaufen: den Flüssigkeitspfad, den Motorantrieb und die Struktur, an der die Pumpe verschraubt ist.

Ein Isolator ist ein Tiefpassfilter, kein Schwamm: Er verstärkt sich bei Resonanz und dämpft oberhalb dieses Punktes, sodass Last, Halterungsmasse und Geometrie wichtiger sind als das Material.

Überbrücken Sie niemals den Isolator: Eine Schraube durch das Polster, ein Kabelbinder oder eine starre Rohrführung leitet die Vibration direkt zurück in den Rahmen.

20–25 kHz ist das veröffentlichte leise PWM-Band; Unterhalb des zuverlässigen Anlaufbetriebs brummt die Pumpe nur und erwärmt die Wicklung.

MCU-Pins liefern 25–40 mA, während kleine Pumpen 100–500 mA verbrauchen: Verwenden Sie einen MOSFET, der für Blockierstrom ausgelegt ist, mit einer Sicherung und einer Flyback-Diode, die für den Einschaltstrom ausgelegt ist.

Für die Lebensdauer gelten dieselben Maßnahmen: Lösen Sie den Schlauchverschluss im Leerlauf, tauschen Sie den Schlauch nach 500 Stunden oder zwei Dritteln der Lebensdauer aus und lassen Sie eine Zahnradpumpe niemals länger als 20 Sekunden trocken laufen.

Häufig gestellte Fragen

Wie viel kann die Geräuschreduzierung der 3D-Druckerpumpe bewirken?

Es hängt davon ab, welcher der drei Pfade den lautesten Ton überträgt. Messen Sie daher vorher und nachher. Die veröffentlichten Werte in dieser Familie liegen bei 60 dB oder weniger, wurden jedoch bei unterschiedlichen Abständen und Montagen gemessen, und die größten Gewinne werden normalerweise durch die Entfernung der Körperschallkopplung und nicht aus dem Inneren der Pumpe erzielt.

Warum ist die Pumpe meines 3D-Druckers lauter als früher?

Überprüfen Sie zunächst die Ursachen für die Wartung: Der Kalk erzeugt ein zunehmendes Rumpeln, ein teilweise verstopfter Einlass verursacht Zittern, Luft in der Saugleitung macht den Start geräuschvoll und ein Schlauch mit flachen Stellen oder Schwellungen verändert den Durchfluss und das Geräusch. Vergleichen Sie Dosis und Strom mit den in Auftrag gegebenen Werten, bevor Sie der Pumpe die Schuld geben.

Kann die PWM-Geschwindigkeitsregelung einer Schlauchpumpe den Lärm allein reduzieren?

Es beseitigt das elektrische Jammern und sonst nichts. Verschieben Sie das Schaltband auf 20–25 kHz und halten Sie den minimalen Befehl über der Totzone. Wenn durch Drücken auf die Halterung die Lautstärke verändert wird, ist das Problem eher struktureller als elektrischer Natur.

Wie verhindere ich, dass Pumpenvibrationen den Druckerrahmen erreichen?

Montieren Sie die Pumpe auf einem Elastomerisolator, der innerhalb seines elastischen Bereichs belastet ist, entfernen Sie parallele Pfade wie eine Schraube durch das Polster oder ein starres Rohr, lassen Sie in jedem Rohr und Kabel eine Wartungsschleife und fügen Sie Masse hinzu, wenn die Halterung leicht ist. Dann noch einmal im gleichen Abstand messen.

Wie lange hält ein peristaltischer Pumpenschlauch in einem 3D-Drucker?

Die veröffentlichte Richtlinie für die Nachfüllpflicht des Druckers beträgt mehrere Monate bis ein Jahr, und der Wartungsplan sieht einen Austausch nach 500 Stunden oder zwei Dritteln der berechneten Lebensdauer der Röhren vor. Überprüfen Sie es wöchentlich auf flache Stellen, Schwellungen und feuchte Ringe.

Was muss ich zuerst prüfen, wenn eine Zahnradpumpe nicht mehr fördert?

Überprüfen Sie die veröffentlichte Fehlerreihenfolge: Trockenlauf nach 20 Sekunden, wodurch die Abstände dauerhaft geöffnet werden; ein verstopfter Auslass, der zu Leckagen und Hitze führt, anstatt die Pumpe anzuhalten; ein verstopftes Einlasssieb; und Flüssigkeit, die zu kalt oder zu dick ist. Strömung und Strömung gegen die Grundlinie trennen Verschleiß von einer Verstopfung.