¿Qué voltaje elegir: 12 V o 24 V?

Muchos componentes de las impresoras 3D vienen en dos opciones: 12 V y 24 V, al igual que las propias impresoras 3D. Esta característica debe tenerse en cuenta cuando se realice cualquier actualización de la impresora 3D, como la sustitución de los extrusores, hotends o cualquier componente. Pero, ¿qué implica todo esto para el usuario?

12 V y 24 V son voltajes, y son más comunes en estas dos opciones. Más concretamente, son tensiones de salida y tienen que ver con la fuente de alimentación de la impresora 3D (PSU). Una fuente de alimentación es un dispositivo cuya tarea es suministrar energía eléctrica a una carga eléctrica, un dispositivo que toma la corriente eléctrica y la transforma en otras formas de energía como el calor o la luz. En las impresoras 3D, la fuente de alimentación suministra energía a todos los componentes esenciales, como los ventiladores, la cama térmica o el hotend. Sin la alimentación mínima necesaria o con una alimentación excesiva, estos elementos de la impresora 3D pueden no funcionar correctamente.

Imagen 1: Especificación de la tensión de salida en un controlador de paso. Fuente: Dyze Design.

Una fuente de alimentación recibe de la toma de corriente de 110 a 240 V y, con la ayuda de un transformador, la convierte en 12 a 24 V, un voltaje más adecuado para los dispositivos. Además, la fuente de alimentación también cuenta con un circuito rectificador, un elemento encargado de convertir la corriente alterna del enchufe en la corriente continua que necesita una impresora 3D.

Imagen 2: Puertos de entrada de CA y salida de CC en una fuente de alimentación. Fuente: Dyze Design.

La fuente de alimentación de una impresora 3D suele tener las siguientes especificaciones:

• La(s) tensión(es) nominal(es): estos valores indican qué tensión de entrada de CA toma la fuente de alimentación de la toma de corriente: 110 V @ 60 Hz o 240 V @ 50 Hz (como se ve en la imagen anterior). Normalmente, esto se puede cambiar pulsando un interruptor en el lateral de la fuente de alimentación.
• El voltaje de salida: este valor especifica el voltaje de la corriente continua que la fuente de alimentación puede proporcionar tras convertir la corriente alterna. Este valor varía entre las fuentes de alimentación, pero una fuente de alimentación sólo puede soportar un voltaje específico: 12 V o 24 V. Esto es crucial, ya que los componentes de una impresora 3D también están clasificados para un voltaje específico y deben coincidir con el voltaje de salida de la fuente de alimentación. Utilizar un componente de 12 V con un dispositivo de 24 V hará que el componente funcione al doble de la velocidad para la que ha sido diseñado, lo que puede provocar un sobrecalentamiento, la aparición de humo, o que se queme la placa base, e incluso provocar una explosión o un incendio. Otro problema surge en caso de que se produzca un cortocircuito. La fuente de alimentación podría descargar todo ese exceso de energía en el componente, causando daños. Esto puede ocurrir con cualquier fuente de alimentación, pero con una de menor potencia (12 V) se descargará menos energía en el componente conectado que con una fuente de 24 V. Para evitarlo, es aconsejable utilizar un convertidor CC-CC para bajar la tensión de 24 V a 12 V. A la inversa, el uso de componentes de 24 V con una impresora 3D de 12 V dará lugar a un rendimiento fallido, ya que los componentes no recibirán suficiente tensión para funcionar. En este caso, el usuario debe recurrir a un amplificador de tensión que convierta los 12 V proporcionados por la fuente de alimentación en los 24 V necesarios.
• La corriente de salida (amperaje): es el mayor número de amperios que puede proporcionar la fuente de alimentación. En el caso de la fuente de alimentación de la imagen anterior, este valor es de 30 A. La especificación de la corriente de salida afecta al número de calentadores que puede tener una impresora 3D y al calor que puede alcanzar una cama calefactora.
• La potencia total: este valor indica cuánta potencia por segundo puede proporcionar la fuente de alimentación. Se calcula multiplicando la tensión de salida y la corriente de salida (amperaje). Así, una fuente de 12 V con una corriente máxima de 30 A podrá proporcionar 360 W de potencia.

El propósito de la fuente de alimentación es principalmente recibir, convertir y suministrar energía, pero también tiene algunas otras tareas que realizar. La fuente de alimentación también es responsable de limitar la corriente recibida a niveles seguros, con la ayuda de la carga eléctrica, así como de cortar la corriente en caso de fallo eléctrico.

Otra de las tareas de la fuente de alimentación es limitar el ruido electrónico o las subidas de tensión para que no lleguen a la carga eléctrica, y almacenar energía para que, en caso de interrupción temporal del suministro eléctrico, la fuente de alimentación pueda seguir alimentando la carga eléctrica.

¿Qué voltaje es mejor?

Cuando se trata de elegir el voltaje de un componente para una impresora 3D, como un cartucho calefactor, un hotend, un extrusor o un ventilador, el voltaje de esos componentes debe coincidir siempre con el voltaje de salida de la impresora 3D, o bien debe utilizarse un convertidor CC-CC o un elevador de voltaje.

En cuanto a la elección de una nueva fuente de alimentación para una impresora 3D, hay que tener en cuenta algunos factores. Una fuente de alimentación de 24 V sólo necesita aproximadamente la mitad de cableado que una de 12 V. El motivo es que cuanto mayor es el voltaje, menos corriente circula por la fuente de alimentación (para obtener la misma potencia, sólo se necesita la mitad de corriente), lo que permite reducir el tamaño de los cables. Esto, a su vez, supone una reducción del coste del cable y de la cantidad de cobre que hay que extraer para producirlo.

Imagen 3: Un cable de 12 V (arriba) y otro de 24 V (abajo). Fuente: Dyze Design.

Algunas ventajas notables de utilizar una fuente de alimentación de 24 V en la impresión 3D son que:

• El heatbed y el hotend necesitan menos tiempo para calentarse.
• Hay más par de los steppers, lo que es muy evidente en el extrusor.
• Los steppers producen menos ruido.

En cuanto a las fuentes de alimentación de 12 V, son útiles para hacer funcionar aparatos directamente desde las baterías. La desventaja de una fuente de alimentación de 12 V es que necesita un amplificador de voltaje para hacer funcionar aparatos de 24 V, y su cableado es más costoso, ya que necesita más cobre.

Cómo comprobar la fuente de alimentación de la impresora 3D

Al comprar una impresora 3D, ya sea nueva o de segunda mano, el usuario debe asegurarse de averiguar el voltaje real de la fuente de alimentación de la impresora 3D. A veces no basta con consultar la ficha técnica, ya que la fuente de alimentación puede haber sido modificada por el fabricante y la ficha técnica no estaba actualizada. En cuanto a las impresoras 3D de segunda mano, el propietario anterior puede haber modificado la fuente de alimentación sin dejarlo claro. Por lo tanto, es mejor comprobar siempre la PSU de la impresora 3D directamente en la impresora antes de comprar o instalar cualquier componente de actualización. Si se compra una nueva PSU, también hay que asegurarse de que funciona correctamente antes de instalarla en la impresora 3D.

La fuente de alimentación suele ser una gran caja rectangular plateada. Algunas fuentes de alimentación son piezas independientes del equipo, como en la impresora 3D Creality CR-10 V3, mientras que otras impresoras las tienen integradas en la estructura principal, como la impresora 3D Anycubic Vyper o la impresora 3D Artillery Genius.

Imagen 4: De izquierda a derecha, la fuente de alimentación de las impresoras 3D Creality CR-10 V3, Anycubic Vyper y Artillery Genius. Fuente: Creality, Anycubic y Artillery.

En primer lugar, hay que verificar el voltaje de salida de la fuente de alimentación mirando la etiqueta de la misma, como se muestra en la imagen siguiente.

Imagen 5: La especificación del voltaje de salida en una fuente de alimentación. Fuente: E3D.

Si la fuente de alimentación no tiene ninguna información sobre el voltaje de salida, se puede comprobar con la ayuda de un voltímetro o multímetro. Hay que tener en cuenta que los equipos electrónicos deben manejarse siempre con el máximo cuidado y con medidas de seguridad. La detección correcta del voltaje de salida de una impresora 3D se muestra en el vídeo tutorial de Anycubic.

Vídeo 1: Un tutorial sobre cómo detectar y sustituir una PSU. Fuente: Anycubic.

Este proceso se puede resumir en los siguientes 3 pasos:

1. Antes de tocar la fuente de alimentación o desconectar cualquier cable, la impresora debe estar desconectada de la toma de corriente. Si no hay medidas de seguridad ESD, como una alfombrilla de conexión a tierra, la conexión a tierra puede hacerse tocando cualquier cosa que sea metálica, por ejemplo un radiador. La corriente acumulada pasará al metal porque éste es un mejor conductor de la electricidad.
2. Luego, después de 30 segundos, se puede tocar la fuente de alimentación de la impresora 3D con seguridad. Es crucial asegurarse de que no se produzcan eventos de ESD cerca de la impresora 3D. Incluso aunque no se sienta la descarga, al descargarse, puede dañar los componentes electrónicos de la impresora. El período de 30 segundos es crucial, ya que algunas placas/PSU más baratas no están equipadas con resistencias de purga para descargar rápidamente los condensadores.
3. El tercer paso es comprobar el voltaje en todos los terminales de salida, teniendo mucho cuidado de no tocar o cortocircuitar los terminales de alimentación de CA de entrada. La lectura del voltímetro debe ser casi igual al voltaje de salida indicado. Un voltaje ligeramente más alto ayudará con una cama de calor poco potente, otros componentes pueden estar sobrealimentados.

Conocer el voltaje de salida de la fuente de alimentación y de la impresora 3D es crucial para elegir correctamente los componentes de la impresora y evitar las peligrosas consecuencias de una alimentación insuficiente o excesiva de los componentes y de la impresora 3D. Aunque las impresoras 3D pueden funcionar tanto con fuentes de alimentación de 12 V como de 24 V, o incluso tienen la opción de alternar entre voltajes, la opción más ventajosa es una fuente de alimentación de 24 V, ya que requiere menos potencia para producir la misma cantidad de corriente, su cableado es más pequeño y ofrece algunas ventajas para el rendimiento de la impresora 3D.