Quale tensione scegliere: 12 V o 24 V?

Molti componenti delle stampanti 3D sono disponibili in due opzioni: 12 V e 24 V, proprio come le stampanti 3D stesse. Questa caratteristica deve essere tenuta in considerazione quando si effettuano aggiornamenti alla stampante 3D, come la sostituzione degli estrusori, degli hotend o di qualsiasi altro componente. Ma cosa significa tutto ciò per l'utente?

12 V e 24 V sono tensioni, e sono le opzioni più comuni in questo contesto. Più specificamente, sono tensioni di uscita e sono correlate all'alimentatore della stampante 3D (PSU). Un alimentatore è un dispositivo il cui compito è fornire energia elettrica a un carico elettrico, un dispositivo che prende la corrente elettrica e la converte in altre forme di energia come calore o luce. Nelle stampanti 3D, l'alimentatore fornisce energia a tutti i componenti essenziali, come le ventole, il letto riscaldato o l'hotend. Senza l'alimentazione minima necessaria o con un'alimentazione eccessiva, questi elementi della stampante 3D potrebbero non funzionare correttamente.

Immagine 1: Specifica della tensione di uscita su un driver di passo. Fonte: Dyze Design.

Un alimentatore riceve energia dalla presa di corrente da 110 a 240 V e, con l'aiuto di un trasformatore, la converte in 12 a 24 V, una tensione più adatta per i dispositivi. Inoltre, l'alimentatore ha anche un circuito raddrizzatore, che converte la corrente alternata dalla presa in corrente continua necessaria per una stampante 3D.

Immagine 2: Porte di ingresso CA e uscita CC su un alimentatore. Fonte: Dyze Design.

L'alimentatore di una stampante 3D solitamente ha le seguenti specifiche:

• Le tensioni nominali: questi valori indicano quale tensione di ingresso in CA l'alimentatore preleva dalla presa di corrente: 110 V @ 60 Hz o 240 V @ 50 Hz (come mostrato nell'immagine sopra). Di solito, questo può essere modificato premendo un interruttore sul lato dell'alimentatore.
• La tensione di uscita: questo valore specifica la tensione della corrente continua che l'alimentatore può fornire dopo la conversione della corrente alternata. Questo valore varia tra gli alimentatori, ma un alimentatore può supportare solo una tensione specifica: 12 V o 24 V. Questo è cruciale, poiché anche i componenti di una stampante 3D sono classificati per una tensione specifica e devono corrispondere alla tensione di uscita dell'alimentatore. Utilizzare un componente da 12 V con un dispositivo da 24 V farà funzionare il componente al doppio della velocità per cui è stato progettato, il che potrebbe causare surriscaldamento, fumo, o la bruciatura della scheda madre, e potrebbe persino provocare un'esplosione o un incendio. Un altro problema sorge in caso di cortocircuito. L'alimentatore potrebbe scaricare tutta quella sovrabbondante energia nel componente, causando danni. Questo può accadere con qualsiasi alimentatore, ma con uno di potenza inferiore (12 V) verrà scaricata meno energia nel componente collegato rispetto a un alimentatore da 24 V. Per evitarlo, è consigliabile utilizzare un convertitore CC-CC per abbassare la tensione da 24 V a 12 V. Al contrario, l'uso di componenti da 24 V con una stampante 3D da 12 V porterà a un funzionamento errato, poiché i componenti non riceveranno tensione sufficiente per funzionare. In questo caso, l'utente deve ricorrere a un amplificatore di tensione che converte i 12 V forniti dall'alimentatore nei necessari 24 V.
• La corrente di uscita (ampiezza): è il numero massimo di ampere che l'alimentatore può fornire. Nel caso dell'alimentatore nell'immagine precedente, questo valore è di 30 A. La specifica della corrente di uscita influisce sul numero di riscaldatori che una stampante 3D può avere e sul calore che il letto riscaldato può raggiungere.
• La potenza totale: questo valore indica quanta potenza l'alimentatore può fornire al secondo. Si calcola moltiplicando la tensione di uscita e la corrente di uscita (ampiezza). Quindi, un alimentatore da 12 V con una corrente massima di 30 A può fornire 360 W di potenza.

Il compito dell'alimentatore è principalmente ricevere, convertire e fornire energia, ma ha anche altre funzioni da svolgere. L'alimentatore è anche responsabile di limitare la corrente ricevuta a livelli sicuri, con l'aiuto del carico elettrico, nonché di interrompere la corrente in caso di guasto elettrico.

Un'altra funzione dell'alimentatore è limitare il rumore elettronico o le sovratensioni in modo che non raggiungano il carico elettrico e immagazzinare energia in modo che, in caso di interruzione temporanea dell'alimentazione elettrica, l'alimentatore possa continuare a fornire energia al carico elettrico.

Quale tensione è migliore?

Quando si tratta di scegliere la tensione di un componente per una stampante 3D, come una resistenza riscaldante, un hotend, un estrusore o un ventilatore, la tensione di quei componenti deve sempre corrispondere alla tensione di uscita della stampante 3D, oppure è necessario utilizzare un convertitore CC-CC o un elevatore di tensione.

Riguardo alla scelta di un nuovo alimentatore per una stampante 3D, occorre considerare alcuni fattori. Un alimentatore da 24 V richiede solo circa la metà dei cavi rispetto a uno da 12 V. Il motivo è che maggiore è la tensione, minore è la corrente che circola nell'alimentatore (per ottenere la stessa potenza, è necessaria solo la metà della corrente), il che consente di ridurre le dimensioni dei cavi. Ciò a sua volta comporta una riduzione dei costi dei cavi e della quantità di rame da estrarre per produrli.

Immagine 3: Un cavo da 12 V (sopra) e uno da 24 V (sotto). Fonte: Dyze Design.

Alcuni vantaggi notevoli nell'uso di un alimentatore da 24 V nella stampa 3D includono:

• Il letto riscaldato e l'hotend impiegano meno tempo per riscaldarsi.
• Gli stepper hanno più coppia, cosa molto evidente nell'estrusore.
• Gli stepper producono meno rumore.

Per quanto riguarda gli alimentatori da 12 V, sono utili per far funzionare dispositivi direttamente dalle batterie. Lo svantaggio di un alimentatore da 12 V è che richiede un amplificatore di tensione per far funzionare dispositivi a 24 V, e il cablaggio è più costoso poiché richiede più rame.

Come verificare l'alimentatore della stampante 3D

All'acquisto di una stampante 3D, sia nuova che usata, l'utente deve assicurarsi di scoprire la tensione effettiva dell'alimentatore della stampante 3D. A volte non è sufficiente consultare il datasheet, poiché l'alimentatore potrebbe essere stato modificato dal produttore e il datasheet potrebbe non essere aggiornato. Per quanto riguarda le stampanti 3D usate, il proprietario precedente potrebbe aver modificato l'alimentatore senza renderlo chiaro. Pertanto, è meglio sempre verificare l'alimentatore della stampante 3D direttamente sulla stampante prima di acquistare o installare qualsiasi componente di aggiornamento. Se si acquista un nuovo alimentatore, è anche necessario assicurarsi che funzioni correttamente prima di installarlo sulla stampante 3D.

L'alimentatore è solitamente una grande scatola rettangolare argentata. Alcuni alimentatori sono componenti separati dall'attrezzatura, come nella stampante 3D Creality CR-10 V3, mentre altre stampanti li hanno integrati nella struttura principale, come la stampante 3D Anycubic Vyper o la stampante 3D Artillery Genius.

Immagine 4: Da sinistra a destra, l'alimentatore nelle stampanti 3D Creality CR-10 V3, Anycubic Vyper e Artillery Genius. Fonte: Creality, Anycubic e Artillery.

Innanzitutto, occorre verificare la tensione di uscita dell'alimentatore leggendo l'etichetta dello stesso, come mostrato nell'immagine seguente.

Immagine 5: Specifica della tensione di uscita in un alimentatore. Fonte: E3D.

Se l'alimentatore non riporta alcuna informazione sulla tensione di uscita, è possibile verificarla con l'aiuto di un voltmetro o multimetro. Si deve prestare attenzione che gli apparecchi elettronici siano sempre maneggiati con la massima cura e con misure di sicurezza. La corretta rilevazione della tensione di uscita di una stampante 3D è mostrata nel tutorial video di Anycubic.

Video 1: Tutorial su come rilevare e sostituire un alimentatore. Fonte: Anycubic.

Questo processo può essere riassunto nei seguenti 3 passaggi:

1. Prima di toccare l'alimentatore o disconnettere qualsiasi cavo, la stampante deve essere scollegata dalla presa di corrente. Se non ci sono misure di sicurezza ESD, come un tappetino di messa a terra, la messa a terra può essere fatta toccando qualsiasi cosa di metallo, come un radiatore. La corrente accumulata passerà al metallo perché è un miglior conduttore dell'elettricità.
2. Poi, dopo 30 secondi, l'alimentatore della stampante 3D può essere toccato in sicurezza. È cruciale assicurarsi che non si verifichino eventi ESD vicino alla stampante 3D. Anche se non si sente la scarica, al momento della scarica, può danneggiare i componenti elettronici della stampante. Il periodo di 30 secondi è cruciale, poiché alcuni PSU più economici non sono dotati di resistenze di scarica per scaricare rapidamente i condensatori.
3. Il terzo passo è verificare la tensione su tutti i terminali di uscita, facendo molta attenzione a non toccare o cortocircuitare i terminali di alimentazione CA di ingresso. La lettura del voltmetro dovrebbe essere quasi uguale alla tensione di uscita indicata. Una tensione leggermente più alta aiuterà con un letto riscaldato poco potente, mentre altri componenti potrebbero essere sovralimentati.

Conoscere la tensione di uscita dell'alimentatore e della stampante 3D è cruciale per scegliere correttamente i componenti della stampante e evitare le pericolose conseguenze di un'alimentazione insufficiente o eccessiva dei componenti e della stampante 3D. Anche se le stampanti 3D possono funzionare sia con alimentatori da 12 V che da 24 V, o addirittura offrono la possibilità di alternare tra le tensioni, l'opzione più vantaggiosa è un alimentatore da 24 V, poiché richiede meno potenza per produrre la stessa quantità di corrente, ha un cablaggio più piccolo e offre alcuni vantaggi in termini di prestazioni della stampante 3D.