Von den Parametern zur Praxis: So wählen Sie genau die richtige Mikrowasserpumpe für 3D-Drucker aus

Bei der Auswahl einer Mikropumpe für einen 3D-Drucker kommt es auf sechs Zahlen an, die in einer festen Reihenfolge gelesen werden: Spannung, Strom, Durchfluss, Druck und Saugkraft, Geräusch und Lebensdauer. Die Spannung entscheidet darüber, ob die Pumpe überhaupt von Ihrer Maschine betrieben werden kann; Die anderen fünf entscheiden, wie gut es seine Aufgabe erfüllt und wie oft Sie es erneut anfassen.

Die beiden hier als Koffer eingesetzten Pumpen decken den größten Teil des Bodens ab. Die SC2601RPW ist eine peristaltische Pumpe für 6-V- bis 12-V-Maschinen mit einer Nennleistung von 100–300 ml/min, einem Druck von mehr als 120 kPa, einer Saugkraft von mehr als 60 kPa, unter 50 dB bei 30 cm und einem Lebensdauertest von 1.000 Stunden. Die SC2301CPW ist eine 24-V-Zahnradpumpe mit einer Nennleistung von 100 ml/min oder mehr und 40–150 kPa. Wer sie nebeneinander liest, erkennt am schnellsten, welche Parameter tatsächlich über einen Kauf entscheiden und welche nur scheinbar ausschlaggebend sind.

Sechs Parameter und die Frage, die jeder beantwortet

Jede Spezifikation in einem Pumpendatenblatt beantwortet genau eine Frage, und jede hinterlässt eine andere Art von Unsicherheit.

Aus diesem Grund ergibt eine Zahlentabelle, von oben nach unten gelesen, so oft die falsche Pumpe. Der Trick besteht darin, jede Zahl als Antwort auf eine Frage zu betrachten, die Sie bereits haben.

Sechs Parameter, die Frage, die jeder beantwortet, und die Lücke, die er hinterlässt

Spannung und Strom: Passen Sie die Pumpe an Ihre Schiene an

Passen Sie die Pumpe an eine Schiene an, die der Drucker bereits versorgt, und prüfen Sie dann, ob der Kanal, über den Sie sie schalten, den Strom führen kann.

Bei einem 3D-Drucker bedeutet das eine von vier Schienen, und jede davon verfügt über einen Haken, der leicht zu übersehen ist.

Druckerschienen von 3 V bis 24 V und was jeder tatsächlich antreiben kann

Warum eine Version mit höherer Spannung nicht automatisch stärker ist

Der Kauf der 24-V-Variante bedeutet weder mehr Druck noch mehr Durchfluss; es kauft einen geringeren Strom für die gleiche Leistung.

Dieser einzelne Satz verhindert die meisten Spannungsfehler. Bei gleicher Leistung führt eine Erhöhung der Versorgungsspannung zu einer geringeren Stromaufnahme des Motors, weshalb die größeren 24-V-Versionen eines Modells oft einen geringeren Stromwert aufweisen als ihre 12-V-Geschwister. Der eigene Vergleich des Herstellers macht es deutlich: Bei einer seiner Membranpumpen beträgt die Nennleistung der 12-V-Version weniger als 800 mA, während die Nennleistung der 24-V-Version bei gleicher Pumpaufgabe weniger als 300 mA beträgt.

Die praktischen Konsequenzen betreffen eher die Verkabelung als die Hydraulik. Ein geringerer Strom bedeutet ein dünneres Kabel, einen geringeren Spannungsabfall auf lange Sicht und weniger Wärme im Inneren einer versiegelten Maschine. Wenn eine Maschine bereits über eine 24-V-Schiene verfügt, ist eine 24-V-Pumpe die einfachere Lösung. Wenn sie über eine 12-V-Schiene verfügt, vermeidet eine 12-V-Pumpe einen Konverter, der Geld kostet und Schaltgeräusche in das gleiche Gehäuse abstrahlt.

Aktuell: Das Datenblatt reicht für Sie nicht aus

Addieren Sie, was der Kanal schalten muss, und halten Sie die Summe deutlich unter seiner Nennleistung, da ein Bürstenpumpenmotor keine konstante Widerstandslast darstellt.

Nehmen Sie die beiden Fälle. Der SC2601RPW verbraucht weniger als 200 mA bei 6 V und weniger als 320 mA bei 12 V, sodass die 12-V-Version etwa 3,8 W benötigt. Der SC2301CPW verbraucht weniger als 200 mA bei 24 V, also weniger als 5 W. Beide befinden sich innerhalb dessen, was normalerweise ein einzelner Mainboard-MOSFET-Kanal verarbeitet, aber drei Details entscheiden immer noch darüber, ob sich die Installation verhält.

Lassen Sie Kopffreiheit. Ein Kanal, der eine Pumpe mit halber Nennleistung antreibt, läuft kühl; Einer, der es mit neunzig Prozent der Nennleistung betreibt, teilt sich mit allem anderen auf der Platine einen Kühlkörper.

Erwarten Sie einen Anstieg beim Start. Ein Bürstenmotor verbraucht im ersten Sekundenbruchteil ein Vielfaches seines Nennstroms, und eine bereits durch Heizungen und Lüfter belastete Versorgung kann so weit abfallen, dass die Platine zurückgesetzt wird.

Halten Sie den Rückweg getrennt. Führen Sie die Pumpenmasse zurück zur Versorgung, anstatt eine gemeinsame Masse mit Thermistoren oder ADC-Eingängen zu nutzen, und bauen Sie eine Flyback-Diode ein, wenn ein MOSFET die Pumpe schaltet.

Durchflussrate: von der Bewertung bis zu dem, was Ihr Kreislauf tatsächlich sieht

Bemessen Sie die Pumpe entsprechend der Flüssigkeit, die für die Arbeit erforderlich ist, und lassen Sie dann genügend Spielraum, um den Druck zu decken, den Ihre eigenen Rohrleitungen verursachen.

Beginnen Sie mit der Nachfrageseite. Ein Kühlmittelkreislauf, eine Dosierstelle und eine Vakuumvorrichtung drücken alle ihre Anforderungen unterschiedlich aus, weshalb die gleiche Durchflussrate bei einem Aufbau großzügig und bei einem anderen marginal wirken kann.

Den Auftrag an den Ablauf anpassen, nicht den Ablauf an den Auftrag

Durchflussmessung in der Maschine

Trennen Sie die Rücklaufleitung, lassen Sie sie genau 60 Sekunden lang in einen Messzylinder laufen und lesen Sie das Volumen ab: Die Milliliter, die Sie sammeln, sind die Milliliter pro Minute, die Ihr Kreislauf tatsächlich liefert.

Vergleichen Sie diese Zahl mit der Bewertung, bevor Sie der Pumpe die Schuld geben. Ein korrekt vorbereiteter Kreislauf erreicht in der Regel etwa 70 bis 90 Prozent des veröffentlichten Werts, wobei der Unterschied auf die Schlauchlänge, Anschlüsse, einen Filter und den Kühlblock zurückzuführen ist. Wenn der gemessene Durchfluss weit unterschritten wird, suchen Sie nach einem Luftleck auf der Saugseite oder einer teilweise verstopften Kühlplatte, bevor Sie sich nach einer größeren Pumpe umsehen.

Druck und Sog: das Paar, das darüber entscheidet, ob die Schleife läuft

Der Druck bewegt die Flüssigkeit durch den Kreislauf und die Ansaugung entscheidet darüber, wo Sie den Behälter platzieren dürfen.

Die beiden Fälle stehen an ganz unterschiedlichen Punkten. Der SC2601RPW ist für einen Druck von über 120 kPa ausgelegt, was 1,2 bar oder etwa 17,4 psi entspricht, und für eine Saugleistung von über 60 kPa, was theoretisch ausreicht, um Wasser etwa 6 Meter hochzuheben. Der SC2301CPW arbeitet zwischen 40 und 150 kPa. Keine dieser Zahlen stellt die Einschränkung in einem normalen Druckerkreislauf dar, bei dem Schläuche, Anschlüsse, Filter und Block zusammen einige kPa bis einige zehn kPa ausmachen.

Wenn der Behälter unter der Maschine sitzen muss

Die Druckfähigkeit ist der Parameter, der über das Layout eines kleinen Druckers entscheidet, und dieser wird am häufigsten zu spät entdeckt.

Eine selbstansaugende Pumpe mit einer Saugleistung von über 60 kPa saugt Kühlmittel aus einer auf dem Boden stehenden Flasche an und reinigt die Luft aus einer Frischleitung. Bei einer Pumpe ohne diese Nennleistung muss der Einlass geflutet werden: Der Behälter befindet sich über der Pumpe und die Leitung wird einmal von Hand vorgefüllt. Keine der beiden Anordnungen ist in der Zusammenfassung besser, aber die zweite schränkt das Design der Maschine ein, und es lohnt sich, vor der Zeichnung des Fahrgestells zu bestätigen, welche Anordnung Sie kaufen.

Wenn die Flüssigkeit dick ist

Bei einer viskosen oder gefüllten Flüssigkeit ist es die Druckgrenze und nicht die Durchflussrate, die darüber entscheidet, ob die Pumpe den Einsatz übersteht.

Dicke Flüssigkeiten fließen nicht so sehr, sondern verformen sich, und der Druck, der nötig ist, um sie durch eine enge Leitung zu drücken, steigt schnell an. Eine Pumpe mit einem Nenndruck von 150 kPa behält ihre volumetrische Fördermenge bei, während sich dieser Widerstand aufbaut, da die Verdrängung positiv ist; Eine Pumpe, die nahe ihrer Druckgrenze arbeitet, verlangsamt lediglich den Motor und wandelt die Differenz in Wärme um. Wenn eine Paste oder Schlämme Teil des Plans ist, wählen Sie das Modell mit der höheren Druckobergrenze und betrachten Sie die Durchflusszahl als zu überprüfendes Ziel und nicht als Versprechen.

Rauschen: Normalisieren Sie den Abstand, bevor Sie vergleichen

Eine Rauschzahl bedeutet ohne ihren Abstand nichts. Wenn Sie also beide Pumpen auf denselben Referenzpunkt umstellen, wird der Vergleich einfacher.

Der Schall einer kleinen Quelle nimmt bei jeder Verdoppelung des Abstands um etwa 6 dB ab, was rechnerisch ausreicht, um zwei veröffentlichte Zahlen direkt vergleichbar zu machen.

Die gleichen zwei Figuren, bezogen auf einen gemeinsamen Abstand

Quellen: Lärmdaten des Herstellers; Umkehrquadratgesetz für Schall im freien Feld.

Der Abstand der beiden Pumpen auf einem Meter beträgt etwa 14 dB, was kein kleiner Unterschied ist: Es handelt sich um den Abstand zwischen einer leisen Maschine und einer Maschine, die man aus dem Nebenraum wahrnimmt. Zwei Vorbehalte halten diesen Vergleich ehrlich. Die Berechnung geht von einem freien Feld aus und eine Pumpe, die in ein Gehäuse mit reflektierenden Wänden geschraubt ist, verhält sich anders. Es wird auch die gleiche Montage vorausgesetzt, und eine starre Montage kann mehr zum gemessenen Füllstand beitragen, als das Design der Pumpe selbst beiträgt.

Strömung gegen Lärm ausgleichen

Wenn ein Gebäude mehr Durchfluss benötigt, als eine leise Pumpe bei voller Geschwindigkeit liefert, ist die Antwort normalerweise, dass eine größere Pumpe langsam läuft und nicht eine kleine Pumpe, die mit Vollgas läuft.

Die Geschwindigkeit ist die dominierende Geräuschvariable einer Mikropumpe: Die Hersteller geben an, dass das Geräusch mit der Laufgeschwindigkeit zunimmt, und ihr peristaltischer Bereich wird für die gesamte Modellreihe zwischen etwa 30 und 50 dB angegeben. Auch bei 60 bis 80 Prozent der Höchstgeschwindigkeit ist die Effizienz meist am höchsten, daher ist die leise Einstellung oft auch die effizienteste. Daraus ergeben sich zwei Fahrplanänderungen.

Wählen Sie das Modell mit freiem Durchfluss aus und stellen Sie es dann mit PWM wieder ein. Das 100-300-ml/min-Band des SC2601RPW und der 100-ml/min-Untergrenze des SC2301CPW lassen beide Spielraum dafür, ohne dass eine der Pumpen an ihre Grenzen läuft.

Gehen Sie nicht mit einer niedrigeren Versorgungsspannung der Ruhe nach. Durch die Reduzierung der Spannung einer 12-V-Pumpe auf 6 V verschiebt sich der Motor von seinem Auslegungspunkt, und der Durchfluss lässt sich schwerer steuern, ohne dass die Geräuschentwicklung wirklich zunimmt.

Lebensdauer: von Teststunden bis zum Serviceplan

Bei einer Lebensdauerangabe handelt es sich um eine Testdauer und nicht um eine Garantie. Rechnen Sie sie also in die Kalenderzeit für den Betrieb um, in dem Ihre Maschine tatsächlich läuft.

Der SC2601RPW verfügt über einen 1.000-Stunden-Lebenstest. Was das bedeutet, hängt ganz davon ab, wie der Drucker verwendet wird.

Eine 1.000-Stunden-Zahl, umgerechnet in Kalenderzeit

Quellen: Lebenstestdaten des Herstellers; Arithmetik, gerundet auf das nächste praktische Intervall.

Was trägt sich zuerst?

Bei einer Peristaltikpumpe ist der Schlauch das Verbrauchsmaterial, der Motor jedoch nicht. Bei einer Zahnradpumpe nehmen die Zahnflächen und Lager den Verschleiß auf, den die Flüssigkeit zulässt.

Dieser Unterschied entscheidet darüber, was Sie auf Lager haben. Ein peristaltischer Schlauch gibt eine Warnung: Er fühlt sich weich an, wird unter den Rollen flacher und der Fluss beginnt abzudriften, bevor er versagt, und der Austausch kostet nur sehr wenig. Bei einer Zahnradpumpe gibt es kein solches Verbrauchsmaterial, was von Vorteil ist, solange die Flüssigkeit keinen abrasiven Füllstoff enthält. Dann muss zunächst der Spalt entfernt werden, der die Pumpe effizient macht. In jedem Fall ist der Motor hinter dem Pumpenkopf in der Regel das langlebigste Teil, wobei Miniaturpumpenmotoren in der Regel zwischen einigen hundert Stunden im anspruchsvollen Betrieb und mehreren tausend Stunden im schonenden, gut gefilterten Betrieb ausgelegt sind.

Was verkürzt die Zahl

Vier Bedingungen verkürzen das Ergebnis eines Lebensdauertests im Feld, und alle vier sind eher Designentscheidungen als Pech. Beim Trockenlauf wird der Film entfernt, der den Pumpenkopf schmiert und kühlt. Durch Hitze altern die Motorwicklungen und die Schläuche werden weicher. Partikel zermahlen die Zwischenräume. Und wiederholte Stopp-Start-Zyklen belasten einen Motor mehr als die gleichen Stunden Dauerbetrieb, weshalb eine intermittierende Dosierung eine Pumpe schneller verschleißen kann als eine kontinuierliche Zirkulation.

Zwei Builds, zwei Antworten

Die beiden nebeneinander liegenden Gehäuse unterscheiden sich sauber durch Spannung, Saugkraft und Druck und nicht durch den Durchfluss.

Beide Pumpen fördern eine ähnliche Wassermenge. Die entscheidenden Unterschiede bestehen darin, ob die Maschine bereits über die Schiene verfügt, ob der Behälter über der Pumpe sitzen kann und wie stark die Flüssigkeit einem Druck standhält.

Die beiden Fälle nebeneinander, nach den Parametern, die sie trennen

Quellen: Produktdaten des Herstellers für beide Modelle.

Fall eins: eine 12-V-Maschine mit dem Tank unter dem Rahmen

Für diesen Aufbau ist die 12-V-Version SC2601RPW erforderlich, da die Schiene vorhanden ist, der Vorratsbehälter niedrig sitzt und der Drucker in einem Schlafzimmer untergebracht ist.

Der Vorratsbehälter ist eine Flasche auf der Ablage unter dem Rahmen, daher muss die Pumpe beim ersten Befüllen ihr eigenes Kühlmittel anheben und die Luft aus einer neuen Leitung entfernen: Genau dafür ist die Saugleistung von 60 kPa gedacht. Bei der Maschine handelt es sich um ein Single-Hotend-Setup, das 20 bis 50 ml/min benötigt, und zwar deutlich innerhalb des Pumpenbands, sodass die Pumpe bei niedriger Leistung und nicht bei voller Geschwindigkeit läuft, was auch die Einstellung ist, die sie leise hält. Die Geräuschzahl unterstützt die Platzierung: Unter 50 dB in 30 cm Entfernung sind es etwa 40 dB in einem Meter, unterhalb der Schrittmotoren, mit denen es den Raum teilt. Bei drei Stunden pro Tag entspricht der 1.000-Stunden-Test einer Druckzeit von etwa elf Monaten. Der Plan sieht also vor, eine Ersatzröhre im Regal zu haben und zu prüfen, wann der Druck zu schwächeln beginnt.

Fall zwei: eine 24-V-Maschine mit eingedicktem Kühlmittel

Für diesen Aufbau ist der SC2301CPW erforderlich, da die Maschine bereits über eine 24-V-Schiene verfügt und der Kreislauf eher einen Druckspielraum als eine Saugleistung benötigt.

Die Maschine trägt neben dem Hotend eine Laser-Kühlplatte, und das Kühlmittel ist eine Glykolmischung, die den für die Bewegung erforderlichen Druck erhöht. Der 40-150-kPa-Bereich der Pumpe deckt diesen Bereich bequem ab, und da es sich um eine 24-V-Einheit handelt, hängt sie an der vorhandenen Schiene, ohne Konverter und ohne zusätzliche Schaltgeräusche im Gehäuse. Da sie nicht selbstansaugend ist, reicht der Behälter über die Pumpe und die Leitung wird bei der ersten Befüllung einmal vorgefüllt. Da der Motor luftgekühlt ist, bleibt das Pumpengehäuse außerhalb der beheizten Kammer. Der geringere Stromverbrauch bei 24 V ist eher ein Bonus als der Grund, sich dafür zu entscheiden: Dadurch bleibt die Verkabelung dünn und der Platinenkanal kühl.

Drei Fragen, die das Datenblatt nicht beantworten kann

Einige der teuersten Auswahlfehler passieren nach der Prüfung der Parameter, denn drei Dinge sind Eigenschaften der Maschine und nicht der Pumpe.

Wie viel Widerstand wird Ihre Schleife hinzufügen? Schlauchlänge, Anschlüsse, ein Filter und der Kühlblock bestimmen zusammen den Druck, gegen den die Pumpe arbeitet. Schätzen Sie sie und bestätigen Sie sie dann mit einer Druckmessung beim ersten Aufbau.

Wie wird die Umgebung der Pumpe sein? Der SC2601RPW ist für 0 bis 50 Grad und 75 Prozent relative Luftfeuchtigkeit ausgelegt, was für die meisten Drucker angenehm und in einer beheizten Kammer nicht angenehm ist. Wo die Pumpe sitzt, entscheidet häufig später derjenige, der das Gehäuse auslegt.

Wie hoch ist der tatsächliche Arbeitszyklus? Eine Maschine, die alle paar Minuten zehn Sekunden lang dosiert, und eine Maschine, die acht Stunden lang ununterbrochen zirkuliert, sind nicht die gleiche Anwendung, auch wenn die Gesamtstundenzahl ähnlich aussieht. Die Pflicht entscheidet sowohl über das Wartungsintervall als auch über das Geräuschbudget.

Häufig gestellte Fragen

Wie vergleiche ich zwei Pumpendatenblätter fair?

Legen Sie zunächst die Reihenfolge fest: Spannung, dann Strom, dann Durchfluss, dann Druck und Sog, dann Geräusch, dann Lebensdauer. Die Spannung eliminiert Pumpen, die die Maschine nicht antreiben kann, die Saugfunktion eliminiert Pumpen, die nicht aus Ihrem Reservoir saugen können, und die übrigen Parameter ordnen, was übrig bleibt. Wenn man zunächst die Schlagzeilen-Durchflusszahlen vergleicht, erkennt man, dass zwei inkompatible Pumpen auf derselben engeren Auswahlliste landen.

Erzeugt eine Pumpe mit höherer Spannung mehr Durchfluss oder Druck?

Nicht von alleine. Die Spannung bestimmt die Drehzahl und den Strom des Motors für ein bestimmtes mechanisches Design, erhöht jedoch keinen Druck und macht die Pumpe auch nicht grundsätzlich stärker. Bei gleicher Leistung verbraucht eine Variante mit höherer Spannung weniger Strom, weshalb 24-V-Geräte bei Maschinen bevorzugt werden, die bereits über eine 24-V-Schiene, lange Kabelwege oder Batterieversorgung verfügen.

Ist ein größerer Durchfluss immer besser?

Nein. Eine Pumpe, deren Nennleistung weit über dem liegt, was der Kreislauf benötigt, wird mit niedriger Leistung betrieben oder gedrosselt, und der zusätzliche Spielraum hilft nur, wenn Sie beabsichtigen, ihn mit PWM zurückzudrehen. Wichtiger ist, dass der gemessene Durchfluss nach Schläuchen, Anschlüssen, einem Filter und dem Kühlblock immer noch die Wärme oder Dosis abdeckt, die für die Aufgabe erforderlich ist.

Wie vergleiche ich Lärmwerte, die in verschiedenen Entfernungen gemessen wurden?

Beziehen Sie sie auf die gleiche Entfernung. Der Schall einer kleinen Quelle nimmt bei jeder Verdoppelung der Entfernung um etwa 6 dB ab, so dass aus 60 dB bei 50 cm etwa 64 dB bei 30 cm und aus 50 dB bei 30 cm etwa 40 dB bei einem Meter werden. Wenn beide Figuren im gleichen Abstand stehen, beträgt der Unterschied zwischen beiden Fällen hier etwa 14 dB, was einen spürbaren und sinnvollen Spielraum darstellt.

Wie lange hält eine 3D-Drucker-Mikropumpe tatsächlich?

Behandeln Sie die veröffentlichte Lebenszahl als Testdauer und wandeln Sie sie in die Aufgabe um, die Sie ausführen werden. Ein 1.000-Stunden-Test umfasst etwa elf Monate bei drei Stunden pro Tag und etwa sechs Wochen Rund-um-die-Uhr-Betrieb, sodass dieselbe Pumpe je nach Maschine eine feste Größe oder ein Verbrauchsmaterial sein kann. Bei einer Peristaltikpumpe ist der Schlauch das zu ersetzende Teil; Bei einer Zahnradpumpe ist es die Sauberkeit der Flüssigkeit, die das Spiel schützt.

Wohin dich das führt

Wählen Sie in der Reihenfolge aus, in der die Parameter eintreffen, nicht in der Reihenfolge, in der sie gedruckt werden. Zuerst die Spannung, denn sie entscheidet darüber, ob die Pumpe überhaupt laufen kann. Stromsekunde, denn sie entscheidet darüber, wie die Pumpe verkabelt wird. Durchfluss und Druck an dritter und vierter Stelle, da dies die beiden Zahlen sind, denen der Kreislauf genügen muss. Lärm und Lebensdauer bleiben an letzter Stelle, denn das sind die Parameter, die Sie gegen alles andere eintauschen, und die beiden Fälle hier zeigen, wie unterschiedlich dieser Kompromiss ausfallen kann: Die leisere Pumpe gewinnt bei kleinen 6-12-V-Maschinen mit niedrigem Behälter, und die 24-V-Zahnradpumpe gewinnt dort, wo die Schiene bereits vorhanden ist und die Flüssigkeit dem Drücken widersteht.

Sagen Sie uns, worauf Ihre Maschine läuft.Teilen Sie uns die Schienenspannung, die Schleifenlänge und die Flüssigkeit mit, und wir bestätigen, welcher der beiden Fälle zu Ihrem Aufbau passt, einschließlich der Verrohrung und des Betriebspunkts.Fordern Sie eine Parameterprüfung und ein Muster an