Выбор напряжения для 3D-принтера: 12 В против 24 В

Многие компоненты 3D-принтеров выпускаются в двух вариантах: 12 В и 24 В, и сами 3D-принтеры тоже. Эту характеристику нужно иметь в виду при любых апгрейдах 3D-принтера, таких как замена экструдеров, хотэндов или любых компонентов для них. Но что всё это означает для пользователя?

12 В и 24 В — это напряжения, и они самые распространенные в этих двух вариантах. Точнее, это выходные напряжения и они связаны с блоком питания (БП) 3D-принтера. Блок питания — это устройство, задача которого — снабжать электрической энергией электрическую нагрузку, устройство, которое берет электрический ток и преобразует его в другие формы энергии, как тепло или свет. В 3D-принтерах БП подает питание на все ключевые компоненты, такие как вентиляторы, стол или хотэнд. Без минимально необходимого питания или с избыточным питанием эти элементы 3D-принтера могут не функционировать правильно.

БП получает 110–240 В из розетки и, с помощью трансформатора, преобразует его в 12–24 В, напряжение, более подходящее для устройств. Кроме того, БП также имеет выпрямительную цепь, элемент, отвечающий за преобразование переменного тока из розетки в постоянный ток, который нужен 3D-принтеру.

Блок питания 3D-принтера обычно имеет следующие спецификации:

• Номинальное(ые) входное(ые) напряжение(я): эти значения указывают, какое входное переменное напряжение БП берет из розетки — 110 В @ 60 Гц или 240 В @ 50 Гц (как видно на фото выше). Обычно это можно переключить переключателем на стороне БП.
• Выходное напряжение: это значение указывает напряжение постоянного тока, которое БП может обеспечить после преобразования переменного тока. Это значение варьируется между БП, но один БП может поддерживать только одно конкретное напряжение: либо 12 В, либо 24 В. Это критично, так как компоненты 3D-принтера также рассчитаны на конкретное напряжение и должны соответствовать выходному напряжению БП. Использование 12-вольтового компонента с 24-вольтовым устройством заставит компонент работать в два раза быстрее, чем он был спроектирован, что может привести к перегреву, дымлению, горению материнской платы, даже взрыву или пожару. Другая проблема возникает в случае короткого замыкания. БП может разрядить всю эту избыточную энергию в компонент, вызывая повреждение. Это может случиться с любым БП, но с менее мощным (12 В) в компонент было бы разряжено меньше энергии, чем с 24-вольтовым БП. Рекомендуется использовать DC-DC преобразователь для снижения напряжения с 24 В до 12 В для предотвращения этого. Наоборот, использование 24-вольтовых компонентов с 12-вольтовым 3D-принтером приведет к неудачной работе, так как компоненты не получат достаточно напряжения для работы. В этом случае пользователь должен прибегнуть к повышающему преобразователю, который преобразует 12 В от БП в требуемые 24 В.
• Выходной ток (амперность): это наибольшее количество ампер, которое БП может обеспечить. В случае БП на фото выше это значение 30 А. Спецификация выходного тока влияет на то, сколько нагревательных элементов может иметь 3D-принтер и насколько горячим может стать стол.
• Общая мощность: это значение указывает, сколько энергии в секунду может обеспечить БП. Рассчитывается умножением выходного напряжения и выходного тока (амперности). Так БП 12 В с максимальным током 30 А сможет обеспечить 360 Вт мощности.

Назначение БП — в основном получать, преобразовывать и подавать питание, но он также выполняет другие задачи. БП также отвечает за ограничение полученного тока до безопасных уровней, с помощью электрической нагрузки, а также отключение тока в случае электрической неисправности.

Еще одна задача БП — ограничение электронного шума или скачков напряжения от попадания к электрической нагрузке, и накопление энергии для того, чтобы в случае временного прерывания питания БП мог продолжать питать электрическую нагрузку.

Какое напряжение лучше?

Когда речь идет о выборе напряжения компонента для 3D-принтера, например нагревательного картриджа, хотэнда, экструдера или вентилятора, напряжение этих компонентов всегда должно соответствовать выходному напряжению 3D-принтера, или нужно использовать DC-DC преобразователь или повышающий преобразователь.

Что касается выбора нового БП для 3D-принтера, есть некоторые факторы для учета. 24-вольтовый БП нуждается лишь примерно в половине количества проводов по сравнению с 12-вольтовым БП. Причина в том, что чем выше напряжение, тем меньше ток течет через БП (чтобы получить ту же мощность, нужно лишь половину тока), что позволяет уменьшить сечение проводов. Это, в свою очередь, означает сокращение стоимости провода и количества меди, которое нужно добыть для его производства.

Некоторые заметные преимущества использования 24-вольтового БП в 3D-печати:

• Стол и хотэнд нуждаются в меньшем времени для нагрева.
• Больший крутящий момент от шаговых двигателей, что очень заметно на экструдере.
• Шаговые двигатели производят меньше шума.

Что касается 12-вольтовых БП, они полезны для работы приборов напрямую от батарей. Недостаток 12-вольтового БП в том, что ему нужен повышающий преобразователь для работы 24-вольтовых устройств, и его проводка дороже, так как нужна больше меди.

Как проверить БП 3D-принтера

При покупке 3D-принтера, будь то новый или б/у, пользователь должен убедиться в реальном напряжении блока питания 3D-принтера. Иногда изучение технической документации недостаточно, так как БП мог быть изменен производителем, а техническая документация не обновлена. Что касается б/у 3D-принтеров, предыдущий владелец мог изменить БП, не прояснив это. Поэтому лучше всегда проверять БП 3D-принтера прямо на принтере перед покупкой или установкой любых компонентов апгрейда. Если покупается новый БП, также нужно убедиться, что он работает правильно перед установкой в 3D-принтер.

БП обычно — большой серебристый прямоугольный коробок. Некоторые блоки питания являются отдельными автономными единицами оборудования, как в Creality CR-10 V3, в то время как другие принтеры имеют их встроенными в основную структуру, как Anycubic Vyper или Artillery Genius.

Сначала выходное напряжение БП нужно проверить, глядя на наклейку на БП, как показано на фото ниже.

Если на БП нет никакой информации об выходном напряжении, его можно проверить с помощью вольтметра или мультиметра. Нужно помнить, что электронное оборудование всегда должно обрабатываться с крайней осторожностью и мерами безопасности. Правильное определение выходного напряжения 3D-принтера демонстрируется в обучающем видео от Anycubic.

Этот процесс можно резюмировать в следующих 3 шагах:

1. Перед тем как касаться БП или отключать какие-либо провода, принтер должен быть отключен от розетки. Если нет мер ESD-безопасности, таких как заземляющий коврик, заземление можно сделать, коснувшись чего-либо металлического, например батареи. Накопленный ток уйдет в металл, потому что металл — лучший проводник электричества.
2. Затем, через 30 секунд, БП 3D-принтера можно безопасно касаться. Критически важно избегать ESD-событий возле 3D-принтера. Даже если разряд остается незамеченным, он ощущается при разряде, он все равно может повредить электронные компоненты принтера. 30-секундный период критичен, так как некоторые дешевые платы/БП не оснащены резисторами разрядки для быстрого разрядки конденсаторов.
3. Третий шаг — проверить напряжение на всех выходных терминалах, очень осторожно не касаясь и не замыкая входные терминалы переменного тока. Показания вольтметра должны быть почти такими же, как указанное выходное напряжение. Небольшое повышение напряжения поможет с недостаточно мощным столом, другие компоненты могут быть перегружены.

Знание выходного напряжения БП и 3D-принтера критично для правильного выбора компонентов принтера и избежания опасных последствий недопитания или перепитания компонентов и 3D-принтера. Хотя 3D-принтеры могут работать как на 12-вольтовых, так и на 24-вольтовых БП, или даже иметь возможность переключения между напряжениями, более выгодный вариант — 24-вольтовый БП, так как он требует меньше энергии для производства того же тока, его проводка меньше, и он предлагает некоторые преимущества для производительности 3D-принтера.