Reducción de ruido de la bomba de la impresora 3D: modificaciones silenciosas que duran

La reducción del ruido de la bomba de la impresora 3D generalmente comienza lejos de la bomba: el soporte, el tubo y la configuración del accionamiento transmiten la mayor parte del sonido. Primero fije la ruta de montaje, luego mueva la banda PWM a 20-25 kHz y en tercer lugar proteja la parte de desgaste. Una cifra publicada de 60 dB es una condición de prueba más que una promesa para su máquina, así que mida a 30 cm antes y después de cada cambio.

Dónde comienza la reducción del ruido de la bomba de la impresora 3D

Una bomba hace ruido en tres lugares separados, y cada uno requiere una solución diferente: la ruta del fluido, el motor y su accionamiento, y la estructura a la que está atornillada la bomba.

La lista de fallas del fabricante menciona cinco causas, y tres son problemas de mantenimiento: ralentí, incrustaciones y una entrada bloqueada que tiembla bajo presión negativa. Los otros dos son un desajuste en la transmisión que agrega un débil tono de alta frecuencia y tolerancia entre el rotor y el eje, nombrada como la mayor fuente de todas: una variable de diseño que ningún soporte puede solucionar.

Los motores con escobillas añaden una segunda característica: el desgaste de las escobillas de carbón produce chispas y ruido, y el fluido que llega al espacio entre el estator y el rotor puede dañar el motor.

Cómo separar el ruido PWM del ruido mecánico

Tres pruebas separan las fuentes antes de comprar algo. Mantenga el servicio constante y cambie solo la frecuencia PWM: si el tono se mueve, el ruido es eléctrico. Presione el soporte mientras la bomba funciona: si el volumen cambia, el marco irradia. Compare un arranque en frío con una carrera de treinta minutos: un ruido que crece con el paso de las semanas indica escala, mientras que el ruido que comienza en el momento en que se vacía el depósito indica ralentí.

Tabla 1. Fuentes de ruido de la bomba, firma publicada de cada una y prueba que la identifica.

Fuentes: nota del fabricante sobre solución de problemas de ruido y resumen de especificaciones; la fila soportada por la estructura es una práctica de ingeniería, no una medición publicada.

Lea a continuación:Soluciones de ruido de bomba de agua Micro DC.

Mida el ruido antes de modificar la bomba.

Una línea de base tomada de la misma manera supera dos veces cualquier cifra anunciada. Registre el nivel a 30 cm y 1 m en el servicio que ejecuta, con la máquina montada, y anote la distancia y el montaje en cada momento.

Las dos cifras publicadas no son comparables. La bomba de 3 V está por debajo de 60 dB a 30 cm, medida a 5 V CC en una esponja de 5 cm; la bomba de 24 V se publica a 60 dB a 50 cm sin indicar condiciones de montaje. La presión sonora cae unos 6 dB cada vez que la distancia se duplica, por lo que 60 dB a 50 cm son aproximadamente 64 dB a 30 cm en campo libre. En términos comparables, ambas bombas no están por debajo de los 60 dB.

Utilice una aplicación de teléfono para comparar el antes y el después, pero utilice un medidor según IEC 61672-1 cuando se publique el número, porque un teléfono no tiene una ponderación establecida. Juzgue el nivel con el brazo extendido, donde se sienta el oyente.

Lea a continuación:Bomba peristáltica versus bomba de engranajes para impresoras 3D.

Instalación amortiguadora para reducción de ruido de bomba de impresora 3D

Un aislador es un resorte y un amortiguador a la vez, y se comporta como un filtro mecánico de paso bajo: por encima de su frecuencia natural reduce la transmisión, en resonancia la amplifica. Es por eso que la misma almohadilla de goma puede hacer que una impresora sea más silenciosa y otra más ruidosa.

Instalación amortiguadora de bomba de impresora 3D

La carga y la geometría importan más que el material. Mantenga la compresión de trabajo dentro del rango elástico del aislador, porque una almohadilla aplastada es un vínculo rígido, y mantenga la frecuencia natural del aislador muy por debajo de la frecuencia que excita la bomba.

Tabla 2. Propiedades del elastómero para soportes de bombas, con el soporte utilizado en la prueba de ruido publicada.

Fuentes: tablas de propiedades de EPDM y silicona de las referencias de polímeros citadas; fila de montaje de la página de producto de la bomba de 3 V. "No indicado" significa que la fuente citada no publica el valor.

Las cinco formas en que falla una modernización de amortiguadores

Puenteando el aislador.Un perno a través de la almohadilla, una brida para cables o un soporte rígido crean un camino paralelo y el elastómero no hace nada.

Tubería rígida.Las condiciones de prueba documentadas utilizan silicona 45 Shore A con un diámetro interior de 2,5 mm y recorridos de entrada de 350 mm y salida de 250 mm. Un tubo corto y rígido transmite la vibración: demasiado duro puede no sellar la púa, demasiado blando puede colapsar bajo la succión.

Montaje en la frecuencia incorrecta.Una almohadilla suave debajo de un soporte de luz puede colocar la frecuencia natural del soporte dentro del rango de excitación de la bomba, donde se amplifica en lugar de aislar; más masa de soporte o un amortiguador aplana ese pico.

Sin pasar por el aislador con cableado.Cada cable o tubo que atraviesa el hueco es un cortocircuito por vibración; dejar un bucle de servicio en cada uno.

Apretar demasiado los sujetadores.La compresión más allá del rango elástico convierte al aislador en un espaciador rígido.

Figura 1. Transmisibilidad modelada de un soporte de bomba: la vibración se amplifica en resonancia y se atenúa solo por encima del punto de cruce, y una mayor amortiguación reduce el pico.

Fuente: modelo del autor que utiliza la relación estándar de transmisibilidad de un solo grado de libertad T=1 / sqrt((1 - r^2)^2 + (2 zeta r)^2) para r=f/fn, combinado con el hallazgo publicado de que un aislador pasivo es un filtro mecánico de paso bajo. Un modelo, no una medida.

Lea a continuación:SC2301CPW Especificaciones de la bomba de 24 V.

Modificación silenciosa con control de velocidad PWM de bomba peristáltica

PWM establece la velocidad según el servicio y el sonido según la frecuencia de conmutación. Los puntos de partida publicados son 20 kHz, una banda de 20-25 kHz para funcionamiento silencioso y una advertencia de que más allá de aproximadamente 30-40 kHz un controlador pequeño gasta energía real simplemente conmutando.

En funcionamiento bajo, la bomba entra en una zona muerta donde la fricción y el par de carga impiden su arranque: zumba, calienta el devanado y no mueve nada. Establezca el comando mínimo por encima del punto de inicio confiable y prefiera un controlador que ya maneje la conmutación, la limitación de corriente y el arranque suave.

Modificación silenciosa: elección de la banda de frecuencia

La Figura 2 sitúa la recomendación frente a la banda audible. La audición humana abarca aproximadamente entre 20 Hz y 20 kHz, por lo que cambiar a 20-25 kHz elimina el zumbido eléctrico, mientras que por encima de 30-40 kHz las pérdidas por conmutación comienzan a costar energía y calor reales.

Figura 2. Bandas de conmutación PWM publicadas en comparación con el rango audible del oído humano.

Fuentes: guía de aplicación de PWM del fabricante (punto de partida de 20 kHz, banda silenciosa de 20-25 kHz, pérdidas de conmutación superiores a aproximadamente 30-40 kHz); rango de audición de 20 Hz a 20 kHz de la referencia acústica citada.

Cableado: mantenga el ruido eléctrico fuera de la impresora

El ruido de conmutación de un motor con escobillas no permanece en el cableado de la bomba: en una impresora puede acoplarse a señales de termistor o voltajes de referencia de controlador paso a paso y provocar lecturas erráticas. Mantenga el cableado de la bomba alejado de los tramos del termistor y del tope, mantenga la ruta de retorno corta y proteja los tramos largos.

Las MCU de impresora suministran aproximadamente entre 25 y 40 mA por pin y entre 150 y 200 mA a través de sus pines de suministro, mientras que las bombas pequeñas consumen entre 100 y 500 mA, por lo que un puerto de ventilador necesita confirmar primero su MOSFET, fusible y espacio libre en el riel. Utilice un MOSFET de nivel lógico de lado bajo clasificado para corriente de pérdida con un fusible derivado y un diodo de retorno, y dimensione el suministro para la irrupción: un convertidor cambia el voltaje pero nunca crea corriente.

Lea a continuación:Cómo afecta el PWM a las microbombas.

Modificaciones de extensión de vida útil

La vida se agota a causa del calor, el funcionamiento en seco y las horas bajo carga, por lo que las modificaciones que la prolongan son térmicas, hidráulicas y operativas más que acústicas.

Vida útil de la bomba peristáltica: proteja el tubo

El tubo determina la vida útil de la bomba peristáltica y las pautas publicadas para el tiempo de recarga de la impresora son de varios meses a un año. Libere la oclusión cuando la máquina esté inactiva, porque un tubo mantenido comprimido sigue tomando un conjunto de compresión (el mecanismo cubierto por las pruebas estándar de conjunto de compresión) y mantiene la geometría documentada: silicona 45 Shore A, un orificio de 2,5 mm y una entrada de 350 mm con recorridos de salida de 250 mm.

Las valoraciones de los ciclos merecen el mismo escepticismo que las cifras de ruido. La página del producto indica más de 300.000 ciclos con un patrón de 5 segundos de encendido y 3 segundos de apagado, además de una prueba separada que alcanza los 600.000 ciclos de entrega, mientras que un artículo de la aplicación cita una vida útil probada de 480.000 ciclos. Trate cada uno como una descripción de la prueba y planifique el reemplazo del tubo en horas, no en un título de ciclo.

Mantenimiento de la bomba de engranajes: holguras y cebado.

El mantenimiento de la bomba de engranajes comienza con el fluido, que es a la vez lubricante y cojinete. La especificación publicada prohíbe el funcionamiento en seco más de 20 segundos, porque los engranajes se desgastan contra la carcasa y abren los espacios de forma permanente, y una salida bloqueada no detiene la bomba: genera fugas internas, calor y desgaste. Filtre la entrada, cebe antes de cada arranque y mantenga el rango ambiental de 5 a 45 C con flujo de aire alrededor de la tapa del extremo del motor.

Tabla 3. Modificaciones de modernización, el mecanismo detrás de cada una y la solidez de la evidencia.

Fuentes: guía de aplicación de PWM del fabricante, guía de mantenimiento del sistema de fluidos, resumen de especificaciones de 24 V y página del producto de 3 V; Mecanismo de ajuste por compresión según ASTM D395.

Lea a continuación:SC2201RPW bomba para recarga de resina.

Solución de problemas de bombas de engranajes y mantenimiento basado en estados

La ruta más rápida para solucionar problemas de bombas de engranajes es aritmética en lugar de conjeturas: compare el flujo, la corriente y la presión actuales con los números registrados en la puesta en servicio. La mayoría de las fallas en los sistemas de fluidos se deben a cinco variables (desplazamiento por revolución, presión de trabajo, viscosidad, condición de succión y ciclo de trabajo), por lo que encontrar cuál se movió es la mayor parte del diagnóstico.

El plan de mantenimiento de bombas de engranajes publicado proporciona los criterios. Cada 40 horas de funcionamiento de la bomba, ejecute una verificación de dosis cronometrada y una lectura actual: la dosis dentro del 5 % del volumen encargado, la corriente dentro del 20 %. Semanalmente, inspeccione el tubo en la pista de rodillos para detectar puntos planos, hinchazones y anillos húmedos, y limpie el filtro de entrada. Mensualmente, vuelva a verificar la calibración después de cualquier cambio de fluido. Trimestralmente, reemplace el filtro, verifique el comando de arranque mínimo y verifique el diodo de retorno.

Tabla 4. Matriz de solución de problemas para bombas de impresora, elaborada a partir de las listas de fallas y mantenimiento publicadas.

Fuentes: nota de solución de problemas de ruido del fabricante; Guía de mantenimiento del sistema de fluidos (intervalo de 40 horas, 5 % de dosis y 20 % de los criterios actuales).

Lea a continuación:Solucionar atascos, burbujas y fugas.

Una secuencia de modernización durante un fin de semana

Realice primero los pasos económicos y reversibles y mida después de cada uno para saber qué cambio realmente funcionó.

Base.Registrar el nivel a 30 cm y 1 m en el turno de trabajo, más una dosis temporizada, corriente del motor, presión de entrega y temperatura ambiente.

Montar.Coloque elastómeros cargados dentro de su rango elástico, retire todo lo que puentee la almohadilla y deje un bucle de servicio en cada tubo y cable.

Ruta de fluido y accionamiento.Mantenga la dureza y el diámetro del tubo documentados, cebe con la entrada inundada, configure la banda PWM a 20-25 kHz por encima de la zona muerta y confirme el MOSFET, el fusible y el diodo de retorno si la bomba está conectada a un puerto de ventilador.

Vuelva a medir y registrar.Repita la línea de base exactamente, luego repítala después de 24 horas de impresión: un cambio que no sobrevive a un día de calor no es una solución.

Lea a continuación:Silenciosa pero potente: bomba de impresora de 24 V.

Lo que una modernización no puede solucionar

La mayor fuente de ruido publicada en esta familia es la tolerancia del rotor y del eje, decidida durante el diseño y la fabricación. Una bomba que hace ruido a cualquier velocidad, inundada o seca, no se silenciará debido a un soporte o a un ajuste PWM: especifique la tolerancia y verifíquela en la muestra.

Los problemas de mantenimiento tampoco son problemas acústicos. Una entrada bloqueada, incrustaciones y un tubo desgastado aumentan el ruido y consumen vida, por lo que la reducción de ruido más barata suele ser el servicio que ya se le debe a la máquina.

Cinco reclamaciones publicadas también entran en conflicto, y cada una de ellas debe resolverse por escrito antes de que esta guía llegue a una especificación. Los mismos números de modelo se describen como bombas de engranajes en algunas páginas y bombas peristálticas en otras. Un patrón de trabajo conlleva tres cifras de ciclos: más de 300.000, 480.000 probados y hasta 600.000. El conjunto de voltaje aparece como 3/5/8 V y 3/6/12 V. Una página indica que no hay consumibles de tubería, mientras que la página del producto describe una ruta de fluido de tubo de silicona. La misma bomba se cotiza a más de 30 kPa y a no menos de 6 psi, unos 41 kPa.

Lea a continuación:¿3,0 V o 24 V? Coincidencia de placa base.

Conclusiones clave

Separe las tres rutas de ruido antes de comprar cualquier cosa: la ruta del fluido, el motor y la estructura a la que está atornillada la bomba.

Un aislador es un filtro de paso bajo, no una esponja: se amplifica en resonancia y se atenúa por encima de ese punto, por lo que la carga, la masa del soporte y la geometría importan más que el material.

Nunca puentee el aislador: un perno a través de la almohadilla, una brida para cables o un tubo rígido devuelven la vibración directamente al marco.

20-25 kHz es la banda PWM silenciosa publicada; por debajo del funcionamiento de arranque fiable, la bomba sólo zumba y calienta el devanado.

Los pines de la MCU suministran de 25 a 40 mA, mientras que las bombas pequeñas consumen de 100 a 500 mA: utilice un MOSFET clasificado para corriente estática con un fusible y un diodo de retorno, dimensionado para irrupción.

La vida útil sigue las mismas soluciones: libere la oclusión del tubo cuando esté inactivo, reemplace el tubo a las 500 horas o dos tercios de su vida útil y nunca haga funcionar en seco una bomba de engranajes más allá de los 20 segundos.

Preguntas frecuentes

¿Cuánto se puede lograr con la reducción del ruido de la bomba de la impresora 3D?

Depende cuál de los tres caminos transmite el sonido más fuerte, así que mide antes y después. Las cifras publicadas en esta familia son de 60 dB o menos, pero se tomaron a diferentes distancias y montajes, y las mayores ganancias generalmente provienen de la eliminación del acoplamiento estructural en lugar del interior de la bomba.

¿Por qué la bomba de mi impresora 3D hace más ruido que antes?

Primero verifique las causas del mantenimiento: la incrustación agrega un ruido sordo progresivo, una entrada parcialmente bloqueada produce temblores, el aire en la línea de succión hace que el arranque sea ruidoso y un tubo con puntos planos o hinchados cambia el flujo y el sonido. Compare la dosis y la corriente con los valores puestos en servicio antes de culpar a la bomba.

¿Puede el control de velocidad PWM de la bomba peristáltica reducir el ruido por sí solo?

Elimina el chirrido eléctrico y nada más. Mueva la banda de conmutación a 20-25 kHz y mantenga el comando mínimo por encima de la zona muerta; Si presionar el soporte cambia el volumen, el problema es estructural más que eléctrico.

¿Cómo evito que la vibración de la bomba llegue al marco de la impresora?

Monte la bomba sobre un aislador de elastómero cargado dentro de su rango elástico, elimine los caminos paralelos, como un perno a través de la almohadilla o un tubo rígido, deje un bucle de servicio en cada tubo y cable, y agregue masa si el soporte es liviano. Luego mida nuevamente a la misma distancia.

¿Cuánto dura el tubo de una bomba peristáltica en una impresora 3D?

La guía publicada para el tiempo de recarga de la impresora es de varios meses a un año, y el plan de mantenimiento exige el reemplazo a las 500 horas o dos tercios de la vida útil calculada del tubo. Inspeccione semanalmente para detectar zonas planas, hinchazón y anillos húmedos.

¿Qué debo comprobar primero cuando una bomba de engranajes deja de funcionar?

Consulte el orden de falla publicado: funcionamiento en seco después de 20 segundos, que abre los espacios de manera permanente; una salida bloqueada, lo que genera fugas y calor en lugar de detener la bomba; un filtro de entrada bloqueado; y líquido demasiado frío o demasiado espeso. El flujo y la corriente contra la línea base separan el desgaste de una obstrucción.