La impresión por fotopolimerización ha avanzado mucho en los últimos años. Lo que alguna vez fue un juguete de nicho para aficionados ha madurado hasta convertirse en una herramienta de producción convencional para fundición de joyas, modelado dental, prototipos de figurillas e incluso piezas de validación industrial. Las plataformas SLA, DLP y LCD han conseguido una importante cuota de mercado. Pero a medida que los usuarios exigen más estas máquinas, persiste un dolor de cabeza persistente: cómo introducir resina en la tina de manera confiable y consistente.
El primer método fue el vertido manual. Usted estima el volumen requerido antes de comenzar una impresión: demasiada desperdicia resina, muy poca y la impresión se seca a mitad de camino. Luego vino la alimentación por gravedad: un depósito colgaba muy por encima de la máquina, dependiendo del cabezal líquido para suministrar resina. En principio es sencillo, pero en la práctica el caudal varía a medida que baja el nivel del líquido, lo que hace que la superficie de la tina suba y baje a lo largo de la impresión. Las primeras y las últimas capas obtienen superficies con calidades completamente diferentes.
Algunos probaron bombas de diafragma o bombas peristálticas para el llenado automático. La pulsación de estas bombas introduce ondas en la superficie de la tina, agregando líneas de capas adicionales que no deberían estar allí.
Así que volvamos a la pregunta fundamental: ¿qué tipo de bomba necesita realmente la alimentación de resina?
Primero, comprenda el "temperamento" de la resina
La resina de fotopolímero no es agua. Su viscosidad suele oscilar entre 200 y 1200 cps, y las resinas industriales muy cargadas pueden superar los 2000 cps. Para poner esto en perspectiva, el agua a temperatura ambiente tiene aproximadamente 1 cps y la resina es cientos o miles de veces más espesa. Una bomba centrífuga convencional, que depende de un impulsor de alta velocidad para expulsar el agua, pierde drásticamente su eficiencia cuando manipula algo tan almibarado como la resina. El flujo y la cabeza caen en picada.
Lo que es más problemático es la resina.tixotropía. Muchas resinas exhiben una alta viscosidad cuando están estacionarias, pero cuando se las somete a fuerzas de corte (como la compresión y la fricción durante el bombeo) su viscosidad cae temporalmente y se vuelven más fluidas. Esta propiedad puede resultar ventajosa si el tipo de bomba se elige correctamente: la resistencia al flujo disminuye a medida que la bomba funciona. Sin embargo, si se elige la bomba equivocada (por ejemplo, una bomba de impulsor con espacios libres grandes), la resina se desliza hacia atrás a través de los espacios, desperdiciando energía y generando calor que en realidad acelera el curado prematuro dentro de la cavidad de la bomba.
Otro tema que a menudo se pasa por alto: los fotoiniciadores y las partículas de pigmento en la resina tienen diferentes gravedades específicas. Si se los deja quietos durante más de 4 a 6 horas, se asientan lentamente. El resultado es que la resina en el fondo de la tina se vuelve "más pesada" en composición, mientras que la parte superior se vuelve "más liviana". Las piezas impresas del mismo lote pueden mostrar diferentes propiedades mecánicas entre las secciones inferior y superior. Si el sistema de bombeo puede mantener una circulación suave durante la alimentación, este problema de asentamiento se elimina efectivamente.
Por qué las bombas de engranajes pueden "morder" la resina
El principio de funcionamiento de una bomba de engranajes es engañosamente sencillo. Dos engranajes engranados giran dentro de una carcasa hermética. En el lado de entrada, los espacios en expansión entre los dientes del engranaje crean un vacío parcial que aspira líquido. Luego, el líquido se transporta alrededor de las paredes de la carcasa en las cavidades de los dientes y se descarga en el lado de salida, donde la acción de engrane fuerza el líquido hacia afuera. Este es un clásicodesplazamiento positivoMecanismo: cada revolución entrega un volumen fijo de líquido.
Esta característica de desplazamiento positivo cambia las reglas del juego para la alimentación de resina. El caudal es estrictamente proporcional a la velocidad de rotación, lo que significa que al controlar las RPM del motor, puede medir con precisión la cantidad de resina entregada a la tina por unidad de tiempo. Cuando se combina con un sensor de nivel de tina para control de circuito cerrado, la superficie del líquido se puede mantener estable dentro de ±0,5 mm, más que adecuado para máquinas DLP con espesores de capa de 50 a 100 µm.
Las bombas de engranajes son inherentemente adecuadas para fluidos de alta viscosidad. El cizallamiento generado durante el engrane de los engranajes funciona con la tixotropía de la resina: la resina se adelgaza temporalmente a medida que se aprieta entre los dientes del engranaje, lo que reduce la resistencia al flujo y, de hecho, hace que la bomba sea más eficiente que con agua fría. En entornos industriales, las bombas de engranajes son la opción ideal para bombear jarabe de chocolate, melaza, aceites lubricantes y otros materiales pegajosos; la física es la misma.
En comparación con las bombas de diafragma, las bombas de engranajes no tienen membrana alternativa, por lo que su flujo de salida es mucho más continuo. Cada golpe de una bomba de diafragma crea una breve interrupción, lo que se traduce en pequeños pero constantes temblores superficiales en la tina. Para la fotopolimerización, la estabilidad de la superficie del líquido durante cada exposición afecta directamente la uniformidad de la resina. En comparación con las bombas peristálticas, las bombas de engranajes no tienen tubos que se desgasten. Los tubos de las bombas peristálticas, generalmente de silicona, se hinchan y endurecen gradualmente con el contacto prolongado con disolventes de resina, lo que provoca una disminución notable del flujo en un plazo de 3 a 6 meses. Las bombas de engranajes, con sus engranajes metálicos o de plástico técnico, tienen una vida útil medida en años en ambientes de resina.
¿Qué hace que una bomba de alimentación de resina sea buena?
Teniendo en cuenta las propiedades de la resina y las ventajas de las bombas de engranajes, estas son las especificaciones clave que se deben tener en cuenta al seleccionar una bomba de engranajes en miniatura para la impresión con resina.
Primero, presión.La alimentación de resina generalmente requiere levantarla desde un depósito a nivel del piso hasta la tina de la impresora: una altura vertical de 1 a 2 m, más 3 a 5 m de tubería, con curvas y accesorios que agregan resistencia local. La contrapresión total del sistema suele estar entre 30 y 80 kPa. Si la presión máxima de trabajo de la bomba es inferior a esa, el caudal disminuirá bruscamente a medida que aumenta la contrapresión, e incluso puede detenerse por completo. Un rango de presión de trabajo de 40 a 150 kPa cubre la gran mayoría de los requisitos de alimentación de escritorio y de pequeñas industrias; incluso si el depósito se ubica en el piso y la impresora en un banco, la entrega permanece estable.
En segundo lugar, el caudal.El consumo de resina depende del área de impresión y del espesor de la capa. Una impresora DLP típica consume entre 50 y 150 ml por hora; Los modelos LCD más grandes pueden alcanzar entre 200 y 300 ml. El caudal de la bomba sólo necesita igualar o superar ligeramente el caudal de consumo; demasiado flujo en realidad dificulta el control del nivel. Una clasificación mayor o igual a 100 ml/min, con control de velocidad variable, cubre fácilmente las necesidades de escritorio hasta las de la industria media y mantiene una producción estable incluso a bajas RPM sin "deslizarse".
En tercer lugar, la compatibilidad material.Todas las partes internas que entren en contacto con la resina deben resistir los monómeros y fotoiniciadores. Las resinas a base de acrilato son levemente corrosivas para las aleaciones de cobre y aluminio, por lo que es mejor fabricar el cuerpo de la bomba con acero inoxidable o plásticos de ingeniería, y los engranajes necesitan un buen equilibrio entre resistencia al desgaste y resistencia química.
Cuarto, el ruido.Muchas impresoras de resina se utilizan en oficinas, clínicas o laboratorios, donde los límites de ruido son mucho más estrictos que en una fábrica. El sonido giratorio de una bomba de engranajes es inherentemente menos intrusivo que el martilleo de percusión de una bomba de diafragma. Agregar una almohadilla amortiguadora de goma entre la bomba y su soporte reduce aún más el ruido de vibración estructural.
Quinto, facilidad de conducción.La mayoría de las placas base de impresoras proporcionan una salida de 24 V CC. Hacer coincidir el voltaje de accionamiento de la bomba le evita agregar un módulo de potencia adicional. Mantener la corriente de funcionamiento por debajo de 200 mA evita sobrecargar la placa y elimina la necesidad de disipador de calor adicional.
Cómo se desempeña el SC2301CPW en la alimentación de resina
Ahora alineemos estos criterios con la bomba de engranajes en miniatura SC2301CPW: el ajuste se vuelve obvio.
24 V CCcoincide con los voltajes comunes de la placa base de la impresora, por lo que no se requiere ningún convertidor reductor o elevador.
Mayor o igual a 100 ml/minEl flujo proporciona mucho espacio para el ajuste. En la práctica, el control de velocidad PWM puede reducirla a 30-80 ml/min, igualando con precisión la tasa de consumo de varias impresoras.
40–150 kPaLa presión de trabajo soporta fácilmente una elevación vertical de 2 a 3 m y una resistencia compleja de los tubos, incluso con resinas de fundición de mayor viscosidad o composites rellenos de cerámica.
Menor o igual a 200 mAEl consumo de corriente significa alimentación directa a la placa base, sin cableado de alta corriente separado, lo que reduce el desorden interno y los puntos de falla.
Menor o igual a 60 dBEl ruido a 50 cm es aproximadamente el nivel de una conversación normal, perfectamente aceptable para entornos de oficina o clínica.
La bomba utiliza un eje de acero inoxidable y un par de engranajes resistentes al desgaste, probados para funcionamiento a largo plazo en medios resinosos. El mantenimiento de rutina se limita a revisar las juntas tóricas y limpiar el filtro de entrada, sin reemplazo frecuente de piezas de desgaste.
Más importante aún, la salida continua y suave de una bomba de engranajes se alinea perfectamente con los requisitos del proceso de impresión con resina. La superficie de la tina permanece libre de ondulaciones inducidas por pulsaciones, la resina se esparce uniformemente durante cada exposición y se conserva la consistencia del espesor de capa a capa. La resina en la línea de alimentación permanece en movimiento lento, por lo que los fotoiniciadores y pigmentos permanecen uniformemente suspendidos, mucho mejor que el almacenamiento estático. El sistema de alimentación evoluciona desde "esperar pasivamente a que baje el nivel" a "mantener activamente un nivel constante", una mejora fundamental del proceso.
Consejos prácticos de instalación
Incluso con la bomba adecuada, los detalles de la instalación son importantes.
Mantenga el tubo de entrada lo más corto y recto posible, minimizando curvaturas innecesarias.
Instale un filtro de acero inoxidable de malla de 60 a 100 en la entrada para atrapar partículas no disueltas o desechos externos antes de que ingresen a la cavidad de la bomba.
Dirija el tubo de salida de modo que entre en la tina por debajo de la superficie del líquido, evitando salpicaduras y formación de burbujas.
Monte la bomba más cerca de la tina que del depósito; acortar el recorrido de salida reduce la pérdida de presión. Si el espacio interno es reducido, monte la bomba externamente en el costado del gabinete con accesorios de conexión rápida para facilitar el mantenimiento.
La limpieza posterior a la impresión es igualmente importante. Los residuos que quedan dentro de la bomba durante períodos prolongados pueden fotocurarse o gelificarse. Después de cada impresión, ejecute un ciclo de limpieza corto con alcohol isopropílico o una solución de limpieza específica a través de la bomba. Si su impresora admite rutinas de limpieza automatizadas, integrar el lavado de la bomba en el programa de mantenimiento diario hace que el funcionamiento sea casi sin preocupaciones.
Repensar la alimentación con resina
Muchas personas, al construir o modernizar una impresora de resina, centran su atención en la fuente de luz, la pantalla, la precisión del eje Z: el hardware "visible". El sistema de alimentación a menudo se trata como una idea de último momento, añadiendo un trozo de tubo. Pero la impresión es un proceso a nivel de sistema; cada eslabón débil deja su huella en la parte final.
Ondulaciones de una superficie inestable, desviaciones de color de los pigmentos asentados, interrupciones de la impresión debido a recargas manuales: estas molestias "menores" a menudo se remontan a la configuración de alimentación. Invierta un poco de esfuerzo en conseguir el sistema de alimentación correcto y obtendrá una consistencia de impresión significativamente mejorada y una experiencia de usuario mucho más agradable.
Una bomba de engranajes no es la única solución, pero para la alimentación de resina, alcanza un punto ideal: equilibra la continuidad del flujo, la adaptabilidad de la presión, la compatibilidad del material y la confiabilidad a largo plazo. La SC2301CPW es un ejemplo representativo que valida la aplicabilidad de bombas de engranajes en miniatura en la impresión por fotopolimerización.
Si tiene problemas con la alimentación de resina, vale la pena revisar todo el recorrido del fluido desde la perspectiva de la bomba de engranajes. A veces, la clave para obtener una mejor impresión no es llevar los parámetros de exposición al límite, sino lograr los fundamentos de la alimentación correctos.