La fuente de alimentación es uno de los componentes clave en nuestra impresora 3D. Dimensionarla bien es un factor crítico en la estabilidad y durabilidad de nuestra impresora.

Diferencias entre Potencia nominal y Potencia de trabajo

Este es quizás el punto crítico y más importante de este artículo ya que las fuentes de alimentación se definen por su potencia nominal o su intensidad nominal. Pero este valor no es el valor al que debemos hacerlas trabajar. Tampoco es el consumo real que tendrá la impresora 3D.

Una fuente de 400W por ejemplo, puede trabajar a 400W durante breves intervalos de tiempo, pero no debe hacerlo durante intervalos prolongados.

Igualmente su consumo dependerá de la carga en cada momento. Por ejemplo, si esta misma fuente de 400W se usa en una impresora sin cama caliente, probablemente nunca llegue a consumir más de 70W, trabajará por lo tanto muy por debajo de su valor nominal.


¿Cómo calcular la potencia de trabajo de nuestra impresora?

Esto es una tarea relativamente sencilla, si bien no ha de tomarse a la ligera.

Hay que sumar el consumo de cada uno de sus componentes. Algo que en principio parece sencillo, pero puede no serlo.


La cama caliente, el elemento con mayor consumo

Las camas calientes 20x20 suelen tener un consumo de unos 90-100W aproximadamente, a medida que vamos subiendo de tamaño, de temperatura y de material de la cama caliente nos podemos encontrar con camas calientes de hasta 400W.

Para conocer esta potencia podemos hacer dos cosas:

  • Consultar las especificaciones del fabricante o distribuidor. Es lo más sencillo, pero también menos preciso, ya que en ocasiones puede haber diferencias entre una cama u otra, y entre diferentes partidas de fabricación. Estas diferencias suelen ser leves, pero puede ser especialmente importante en camas de gran potencia.
  • Medir la potencia a través de la resistencia eléctrica. Recomendamos realizarlo una vez los cables están soldados, de forma que además nos aseguramos de haber soldado correctamente el cableado.
    Por lo tanto, para conocer la potencia necesitaremos conocer el voltaje y la resistencia. El voltaje será 12 o 24 según hayamos seleccionado la electrónica y la resistencia hay que medirla.


¿Cómo medir la resistencia de la cama caliente?

No se puede usar el multímetro directamente para tomar esta medida, ya que la resistencia eléctrica de las camas caliente es muy baja, y el valor de la resistencia del propio multímetro afectará la medición. Para tomar esta medida podemos usar dos métodos principalmente:

  1. Método "Voltímetro - Amperímetro":
    Consiste en medir el voltaje y la intensidad eléctrica, de forma que usando la fórmula anterior podemos fácilmente medir la resistencia. 

    R = V/I

    En una cama que nos de 10A a 12V, tendemos una resistencia de 1.2 ohmios.

  2. Medir la resistencia del multímetro y restarla a la que nos dé la lectura. 
    Este método es poco fiable, pero nos servirá para hacer una comprobación rápida, puedes medir el valor de resistencia del multímetro con los terminales tocándose y restarlo de los valores que hayas tomado de la cama caliente.


El calentador del hotend

Se puede medir exactamente igual que la cama caliente, su potencia suele ser de entre 30W y 50W, siendo los de 40W lo más comunes. 


Motores

Dependiendo de la calibración de los controladores es común que consuman entre 0.5 y 1A cada motor. En una impresora normal hay unos 5 motores, por lo que 0.75A*12V*5pcs = tenemos unos 45W


Ventiladores, LCD y demás accesorios

Aunque suelen tener poca potencia individualmente, en su conjunto podemos alcanzar fácilmente 10W, un consumo pequeño pero que hay que sumarlo a la ecuación junto a los demás componentes.


Ya tenemos la potencia total de consumo

En el caso de una impresora 3D "normal" será de:

  • 100W de la cama caliente
  • 40W del hotend
  • 45W de los motores y controladores
  • 10W de la electrónica en general

Tenemos una potencia total de consumo de 205W.


Factor de seguridad 

Habiendo hecho la suma anterior con un resultado de 205W podemos estar tentados de usar una fuente de 200W, o una fuente de 240W, pero esto sería un error. Ya que nos llevaría a una fuente dañada en cuestión de minutos, horas o días. ¿Por qué nos ocurriría esto? Por no haber tenido en cuenta ningún factor de seguridad. 

¿Cómo calcular el factor de seguridad?

No vamos a entrar en aspectos excesivamente técnicos, ya que esto es algo muy importante en la industria, simplemente vamos a comentar algunos puntos a tener en cuenta:

  • Tiempo de uso continuo.
    ¿Vamos a dimensionar nuestra impresora para impresiones de muchas horas? Generalmente sí, ya que las impresiones suelen tardar horas e incluso días en completarse.
  • Tipo de carga.
    No es lo mismo alimentar una resistencia estable, que una carga más compleja, las impresoras 3D tienen muchas oscilaciones en la carga, encienden y apagan la cama bruscamente, y tienen componentes con cargas inductivas como los motores, por lo que las fuentes de alimentación sufren más con este tipo de cargas que con un simple LED.
  • Aplicación crítica.
    ¿Pasa algo si la fuente de alimentación falla? Un equipamiento militar o médico no puede fallar, hay vidas en juego, pero una impresora 3D tampoco debe fallar, aunque no hay vidas en juego. Frecuentemente nos encontramos con plazos ajustados que cumplir, por lo que no conviene escatimar ya que puede causar pérdidas y retrasos, siendo esto es más importante para impresoras 3D diseñadas para uso profesional.
  • Temperatura ambiente. 
    El calor es uno de los factores que más castiga a la electrónica, la zona en la que tengamos instalada la fuente de alimentación influye en su vida útil, generalmente se instalan en un lateral manteniendo la refrigeración y evitando que estén sometidas al calor generado por la cama caliente. 

Generalmente los fabricantes de fuentes de alimentación, recomiendan un factor de seguridad de 0.8. O lo que es lo mismo, que la potencia de trabajo no sobrepase en ningún momento el 80% del valor nominal de la fuente de alimentación, nosotros recomendamos usar un factor ligeramente mayor para que nuestra fuente dure años y años, aún trabajando a temperaturas altas.

0.6 es el valor que recomendamos.

En el cálculo anterior hemos obtenido una potencia de trabajo de 205W, divido entre 0.6, nos da una potencia de 341.6W, por lo que elegiremos la fuente de alimentación siguiente a la potencia calculada.


Otros factores a tener en cuenta

Ventilador dedicado

Es un componente que alarga enormemente la vida útil de la fuente de alimentación, evita sobrecalentamientos cuando el tiempo de uso es elevado, y suele ir por defecto en fuentes de alimentación de potencia superior a 300W. 

En una impesora 3D consideramos prácticamente imprescindible el uso de ventilador, ya que normalmente el tiempo de uso es prolongado. Si la fuente no lo incorpora, podemos añadir un ventilador DC de la misma tensión que la fuente y una pieza impresa para sujetarlo.

Ubicación

Es recomendable colocar la fuente en un lateral o zona de la impresora donde quede apartada del calor producido por la cama caliente, además de que pueda tener una buena ventilación. Es recomendable en la medida de lo posible evitar las cajas "todo en uno" con poca ventilación, ya que las temperaturas pueden subir enormemente dentro si no están bien ventiladas o los ventiladores se deterioran con el tiempo. Asegúrate de que la ventilación es correcta en todo momento.