Elegir el voltaje adecuado para tu impresora 3D: 12 V vs 24 V

Muchos componentes de impresoras 3D vienen en dos opciones: 12 V y 24 V, y lo mismo ocurre con las propias impresoras 3D. Esta característica debe tenerse en cuenta al realizar cualquier actualización en la impresora 3D, como reemplazar extrusores, hotends o cualquier componente de estos. Pero, ¿qué implica todo esto para el usuario?

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

Imagen 1: La especificación de voltaje de salida en un driver de paso a paso. Fuente: Dyze Design.

Una PSU recibe 110 a 240 V del enchufe y, con la ayuda de un transformador, lo convierte a 12 a 24 V, un voltaje más adecuado para dispositivos. Además, la PSU también tiene un circuito rectificador, un elemento responsable de convertir la corriente alterna del enchufe a la corriente continua que una impresora 3D necesita.

Imagen 2: Puertos de entrada AC y salida DC en una PSU. Fuente: Dyze Design.

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

• Voltaje(s) nominal(es): estos valores indican qué voltaje de entrada AC toma la PSU del enchufe - 110 V @ 60 Hz o 240 V @ 50 Hz (como se ve en la imagen superior). Normalmente, esto puede cambiarse accionando un interruptor en el lateral de la PSU.
• Voltaje de salida: este valor especifica el voltaje de la corriente continua que la PSU puede proporcionar tras convertir la corriente alterna. Este valor varía entre PSUs, pero una PSU solo puede soportar un voltaje específico: 12 V o 24 V. Esto es crucial, ya que los componentes de una impresora 3D también están calificados para un voltaje específico y deben coincidir con el voltaje de salida de la PSU. Usar un componente de 12 V con un dispositivo de 24 V hará que el componente funcione al doble de velocidad para la que fue diseñado, lo que puede resultar en sobrecalentamiento, humo, quemado de la placa base, incluso causando una explosión o incendio. Otro problema surge en caso de cortocircuito. La PSU podría descargar todo ese exceso de energía en el componente, causando daño. Eso puede pasar con cualquier PSU, pero con una de menor potencia (12 V) se descargaría menos energía en el componente conectado que con una PSU de 24 V. Es aconsejable usar un convertidor DC-DC para bajar el voltaje de 24 V a 12 V para prevenir eso. Inversamente, usar componentes de 24 V con una impresora 3D de 12 V resultará en un rendimiento fallido ya que los componentes no recibirán suficiente voltaje para operar. En este caso, el usuario debería recurrir a un elevador de voltaje que convierta los 12 V proporcionados por la PSU en los 24 V requeridos.
• Corriente de salida (amperaje): este es el número máximo de amperios que la PSU puede proporcionar. En el caso de la PSU de la imagen superior, este valor es 30 A. La especificación de corriente de salida afecta a cuántos calentadores puede tener una impresora 3D y qué tan caliente puede ponerse la cama caliente.
• Vatios totales: este valor indica cuánta potencia por segundo puede proporcionar la PSU. Se calcula multiplicando el voltaje de salida y la corriente de salida (amperaje). Así, una fuente de 12 V con corriente máxima de 30 A podrá proporcionar 360 W de potencia.

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

Otra tarea de la PSU es limitar el ruido electrónico o picos de voltaje que lleguen a la carga eléctrica, y almacenar energía para que, en caso de interrupción temporal en el suministro, la PSU pueda seguir alimentando la carga.

¿Qué voltaje es mejor?

Al 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 debe usarse un convertidor DC-DC o un elevador de voltaje.

En cuanto a elegir una nueva PSU para una impresora 3D, hay algunos factores a considerar. Una PSU de 24 V necesita aproximadamente la mitad de cableado que una de 12 V. La razón es que, cuanto mayor el voltaje, menos corriente fluye a través de la PSU (para obtener la misma potencia, solo se necesita la mitad de corriente), lo que permite reducir el tamaño de los cables. Esto, a su vez, significa una reducción en el coste del cable y en la cantidad de cobre que debe extraerse para producirlo.

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

Algunas ventajas notables de usar una PSU de 24 V en impresión 3D son:

• La cama caliente y el hotend necesitan menos tiempo para calentarse.
• Hay más par en los motores paso a paso, lo que es muy evidente en el extrusor.
• Los motores paso a paso producen menos ruido.

En cuanto a las PSU de 12 V, son útiles para alimentar aparatos directamente desde baterías. La desventaja de una PSU de 12 V es que necesita un elevador de voltaje para operar dispositivos de 24 V, y su cableado es más costoso ya que necesita más cobre.

Cómo comprobar la PSU 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 inspeccionar la ficha técnica no es suficiente, ya que la PSU puede haber sido modificada por el fabricante y la ficha técnica no se actualizó. En cuanto a impresoras 3D de segunda mano, el anterior propietario puede haber modificado la PSU sin dejarlo claro. Por 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 PSU nueva, también debe asegurarse de que funciona correctamente antes de instalarla en la impresora 3D.

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

Imagen 4: De izquierda a derecha, la PSU en una Creality CR-10 V3, Anycubic Vyper y Artillery Genius. Fuente: Creality, Anycubic y Artillery.

Primero, el voltaje de salida de la PSU debe verificarse mirando la etiqueta en la PSU, como se muestra en la imagen siguiente.

Imagen 5: La especificación de voltaje de salida en una PSU. Fuente: E3D.

Si la PSU no tiene información sobre el voltaje de salida, puede comprobarse con la ayuda de un voltímetro o multímetro. Debe tenerse en cuenta que el equipo electrónico debe manipularse siempre con sumo cuidado y medidas de seguridad. La correcta detección del voltaje de salida de una impresora 3D se muestra en un vídeo tutorial de Anycubic.

Vídeo 1: Tutorial sobre cómo detectar y reemplazar una PSU. Fuente: Anycubic.

Este proceso se resume en los siguientes 3 pasos:

1. Antes de tocar la PSU o desconectar cables, la impresora debe desconectarse del enchufe. Si no hay medidas de seguridad ESD como una alfombra de tierra, la puesta a tierra puede hacerse tocando cualquier cosa metálica, por ejemplo un radiador. La corriente acumulada irá al metal porque el metal es mejor conductor de electricidad.
2. Entonces, tras 30 segundos, la PSU de la impresora 3D puede tocarse con seguridad. Es crucial asegurarse de evitar eventos ESD cerca de la impresora 3D. Incluso si la descarga pasa desapercibida, se siente al descargarse, aún puede dañar los componentes electrónicos de la impresora. El periodo de 30 segundos es crucial ya que algunas placas/PSUs más baratas no están equipadas con resistencias de sangrado 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 entrada AC. La lectura en el voltímetro debería ser casi la misma que el voltaje de salida indicado. Un voltaje ligeramente superior ayudará con una cama caliente infraalimentada, otros componentes pueden estar sobrealimentados.

Conocer el voltaje de salida de la PSU y la impresora 3D es crucial para elegir correctamente los componentes de la impresora y evitar consecuencias peligrosas de infraalimentar o sobrealimentar los componentes y la impresora. Aunque las impresoras 3D pueden operar tanto con PSU de 12 V como de 24 V, o incluso tener la opción de cambiar entre voltajes, la opción más ventajosa es una PSU de 24 V, ya que requiere menos potencia para producir la misma cantidad de corriente, su cableado es menor, y ofrece algunos beneficios al rendimiento de la impresora 3D.