Qual voltagem escolher: 12 V ou 24 V?

Muitos componentes de impressoras 3D vêm em duas opções: 12 V e 24 V, e o mesmo acontece com as próprias impressoras 3D. Esta característica tem de ser tida em conta quando são feitas quaisquer actualizações à impressora 3D, tais como a substituição das extrusores, hotends ou quaisquer componentes para estas. Mas o que é que tudo isso implica para o utilizador?

12 V e 24 V são tensões, e são mais comuns nestas duas opções. Mais especificamente, são tensões de saída e têm a ver com a fonte de alimentação da impressora 3D (PSU). Uma fonte de alimentação é um dispositivo cuja tarefa é fornecer energia eléctrica a uma carga eléctrica, um dispositivo que toma corrente eléctrica e a transforma em outras formas de energia como o calor ou a luz. Nas impressoras 3D, a PSU fornece energia a todos os componentes essenciais, tais como ventiladores, a cama quente ou o hotend. Sem a fonte de energia mínima necessária ou com uma fonte de energia excessiva, esses elementos da impressora 3D podem não funcionar correctamente.

Imagem 1: A especificação da tensão de saída num stepper driver. Fonte: Dyze Design.

Uma PSU recebe 110 a 240 V da tomada e, com a ajuda de um transformador, converte-a para 12 a 24 V, uma tensão mais adequada para dispositivos. Além disso, a PSU tem também um circuito rectificador, um elemento responsável pela conversão da corrente AC da tomada para a corrente DC que uma impressora 3D necessita.

Imagem 2: Entrada AC e saída DC numa PSU. Fonte: Dyze Design.

Uma fonte de alimentação de impressora 3D tem normalmente as seguintes especificações:

• A(s) tensão(ões) nominal(is): estes valores indicam a tensão de entrada CA que a PSU toma da tomada - 110 V @ 60 Hz ou 240 V @ 50 Hz (como se vê na figura acima). Normalmente, isto pode ser mudado ao rodar um interruptor na lateral da PSU.
• A tensão de saída: este valor especifica a tensão da corrente DC que a PSU pode fornecer após a conversão da corrente AC. Este valor varia entre PSUs, mas uma PSU só pode suportar uma tensão específica: ou 12 V ou 24 V. Isto é crucial, pois os componentes de uma impressora 3D são também classificados para uma tensão específica e devem corresponder à tensão de saída da PSU. A utilização de um componente de 12 V com um dispositivo de 24 V fará com que o componente funcione ao dobro da velocidade para a qual foi concebido, o que pode resultar em sobreaquecimento, fumo, queima da placa-mãe, causando mesmo uma explosão ou incêndio. Outro problema surge no caso de um evento de curto-circuito. A PSU pode descarregar todo esse excesso de energia para o componente, causando danos. Isso pode acontecer com qualquer PSU mas com uma PSU de menor potência (12 V) menos energia seria descarregada para o componente ligado do que com uma PSU de 24 V. É aconselhável utilizar um conversor DC-DC para baixar a tensão de 24 V para 12 V, a fim de evitar que isso aconteça. Inversamente, a utilização de componentes de 24 V com uma impressora 3D de 12 V resultará numa falha de desempenho, uma vez que os componentes não receberão tensão suficiente para funcionar. Neste caso, o utilizador deverá recorrer a um reforço de tensão que converterá os 12 V fornecidos pela PSU para os 24 V necessários.
• A corrente de saída (amperagem): este é o maior número de amperes que a PSU pode fornecer. No caso da PSU na figura acima, este valor é 30 A. A especificação da corrente de saída afecta quantos aquecedores uma impressora 3D pode ter e quão quente pode ficar um colchão de aquecimento.
• A potência total: este valor indica quanta potência por segundo a PSU pode fornecer. É calculado multiplicando a tensão de saída e a corrente de saída (amperagem). Assim, uma alimentação de 12 V com uma corrente máxima de 30 A será capaz de fornecer 360 W de potência.

O objectivo da PSU é principalmente receber, converter e fornecer energia, mas também tem algumas outras tarefas a realizar. A PSU é também responsável por limitar a corrente recebida a níveis seguros, com a ajuda da carga eléctrica, bem como por desligar a corrente em caso de falha eléctrica.

Outra das tarefas da PSU é a limitação do ruído electrónico ou dos picos de tensão a partir do momento em que atinge a carga eléctrica, e o armazenamento de energia para que, no caso de uma interrupção temporária no fornecimento de energia, a PSU possa continuar a alimentar a carga eléctrica.

Qual é a melhor voltagem?

Quando se trata de escolher a tensão de um componente para uma impressora 3D, tal como um cartucho aquecedor, um hotend, um extrusor ou um ventilador, a tensão desses componentes deve sempre corresponder à tensão de saída da impressora 3D, ou deve ser utilizado um conversor DC-DC ou um amplificador de tensão.

No que respeita à escolha de uma nova PSU para uma impressora 3D, há alguns factores a ter em conta. Uma PSU de 24 V necessita apenas de cerca de metade da quantidade de cablagem inferior a uma PSU de 12 V. A razão para isto é que quanto maior for a tensão, menos corrente flui através da PSU (para obter a mesma potência, apenas metade da corrente é necessária), o que permite uma redução do tamanho dos fios. Isto, por sua vez, significa uma redução no custo do fio e na quantidade de cobre que tem de ser extraído para o produzir.

Imagem 3: Um fio de 12 V (superior) e um fio de 24 V (inferior). Fonte: Dyze Design.

Algumas vantagens notáveis da utilização de uma PSU de 24 V na impressão 3D são as seguintes:

• O aquecedor e o hotend precisam de menos tempo para se aquecerem.
• Há mais torque dos steppers, o que é muito aparente no extrusor.
• Os steppers produzem menos ruído.

Quando se trata de PSUs de 12 V, elas são úteis para o funcionamento de aparelhos directamente a partir de baterias. A desvantagem de uma PSU de 12 V é que necessita de um amplificador de tensão para operar dispositivos de 24 V, e a sua cablagem é mais dispendiosa, uma vez que necessita de mais cobre.

Como verificar a PSU da impressora 3D

Ao comprar uma impressora 3D, seja nova ou em segunda mão, o utilizador deve certificar-se de descobrir a voltagem real da fonte de alimentação da impressora 3D. Por vezes, a inspecção da ficha técnica não é suficiente, uma vez que a PSU pode ter sido modificada pelo fabricante e a ficha técnica não foi actualizada. Quanto às impressoras 3D em segunda mão, o proprietário anterior pode ter modificado a PSU sem a tornar clara. Por conseguinte, é melhor verificar sempre a PSU da impressora 3D directamente na impressora antes de comprar ou instalar quaisquer componentes de actualização. Se uma nova PSU for comprada, deve também certificar-se de que funciona correctamente antes de a instalar na impressora 3D.

A PSU é normalmente uma grande caixa rectangular prateada. Algumas fontes de alimentação são equipamentos autónomos separados, como na impressora Creality CR-10 V3 3D, enquanto outras impressoras as têm embutidas na estrutura principal, como a impressora Anycubic Vyper 3D ou a impressora 3D Artillery Genius.

Imagem 4: Da esquerda para a direita, a PSU numa impressora Creality CR-10 V3, Anycubic Vyper e Artillery Genius 3D. Fonte: Creality, Anycubic e Artillery.

Primeiro, a tensão de saída da PSU deve ser verificada através da etiqueta na PSU, como demonstrado na figura abaixo.

Imagem 5: A especificação da tensão de saída numa PSU. Fonte: E3D.

Se a PSU não tiver qualquer informação sobre a tensão de saída, pode ser verificada com a ajuda de um voltímetro ou multímetro. Deve ter-se em mente que o equipamento electrónico deve ser sempre manuseado com o máximo cuidado e medidas de segurança. A detecção correcta da voltagem de saída de uma impressora 3D é demonstrada num vídeo tutorial por Anycubic

Vídeo 1: Um tutorial sobre como detectar e substituir uma PSU. Fonte: Anycubic.

Este processo pode ser resumido nas 3 etapas seguintes:

1. Antes de tocar na PSU ou de desligar quaisquer fios, a impressora deve ser desligada da tomada. Se não houver medidas de segurança ESD em vigor, tais como um tapete de ligação à terra, a ligação à terra pode ser feita tocando em qualquer coisa que seja metal, por exemplo um radiador. A corrente acumulada irá para o metal porque o metal é um melhor condutor de electricidade.
2. Depois, após 30 segundos, a PSU da impressora 3D pode ser tocada em segurança. É crucial assegurar-se de evitar eventos ESD perto da impressora 3D. Mesmo que nenhuma descarga seja sentida no momento da descarga, pode ainda assim danificar os componentes electrónicos da impressora. O período de 30 segundos é crucial, uma vez que algumas placas/PSUs mais baratas não estão equipadas com resistências de sangramento para descarregar rapidamente condensadores.
3. O terceiro passo é verificar a tensão em todos os terminais de saída, tendo muito cuidado para não tocar ou encurtar os terminais de entrada de energia CA. A leitura no voltímetro deve ser quase a mesma que a tensão de saída indicada. Uma tensão ligeiramente mais elevada ajudará com um leito de calor sub-potente, outros componentes podem ser sobre-potentes.

Conhecer a tensão de saída da PSU e da impressora 3D é crucial para escolher correctamente os componentes da impressora e evitar consequências perigosas de sub ou sobrepujar os componentes e a impressora 3D. Enquanto as impressoras 3D podem funcionar tanto em PSUs de 12 V como de 24 V, ou mesmo ter a opção de alternar entre tensões, a opção mais vantajosa é uma PSU de 24 V, pois requer menos energia para produzir a mesma quantidade de corrente, a sua cablagem é menor, e oferece algumas vantagens ao desempenho da impressora 3D.