Cuando empezamos en la impresión 3D solemos prestar mucha atención a componentes llamativos, como por ejemplo el extrusor o la placa. Pero hasta que no profundizamos un poco más no empezamos a prestar atención a otros elementos también vitales y fundamentales, como es el caso de los ventiladores y su función en la refrigeración de partes concretas de nuestra impresora 3D.

Según su función:

  • Ventilador de capa:
    Es el más conocido, se encarga de enfriar la pieza durante la impresión para favorecer la solidificación del material y evitar que queden deformidades causadas por el exceso de calor. 

     
  • Ventilador del hotend:
    Suele pasar desapercibido hasta que deja de funcionar adecuadamente, ya que su función es fundamental en los extrusores modernos, en el momento que falla, el extrusor se atasca, ya que su función es mantener la zona fría del extrusor suficientemente fría, y evitar que el filamento se funda antes de tiempo. 


  • Ventilador de la electrónica:
    Este es opcional, aunque desde nuestro punto de vista muy recomendable. 
    Todos los elementos de la electrónica producen calor, y cuanto más potente es la impresora y sus componentes más calor producen, este calor hay que evacuarlo de alguna forma, y ahí entra el ventilador de la electrónica mantiene todos los componentes electrónicos en una temperatura óptima y evita problemas de sobrecalentamiento así como fallos prematuros, alargando la vida útil de nuestra impresora y sus elementos.

     
  • Ventilador de la fuente de alimentación: 
    También opcional y el gran ignorado ya que suele venir de serie en las fuentes de alimentación de gran potencia.
    Tiene exactamente la misma función que el ventilador de la electrónica, pero aplicado a la fuente de alimentación donde también encontramos muchos elementos que producen calor durante su funcionamiento.
  • Ventilador del habitáculo:
    En algunas impresoras 3D cerradas encontramos un ventilador/extractor que extrae una pequeña cantidad de aire y lo hace pasar por un filtro, su función es evitar que olores y partículas nocivas salgan de impresoras 3D que trabajan materiales a altas temperaturas. 

  • Otros ventiladores menos habituales:
    • Ventilador para motores, se usan en ocasiones en impresoras 3D de tamaño gigante, ya que se configuran con motores que producen mucho calor.
    • Ventilador para sistemas de refrigeración líquida.
    • Etc.

Según tipo de flujo de aire:

  • Ventilador Axiales o Helicoidales:
    Son el tipo de ventilador más común, el aire pasa en dirección paralela a su eje. Pueden mover gran cantidad de aire donde la resistencia al flujo de aire es baja. Están recomendados para aplicaciones donde la distancia que recorrerá el aire es baja, como es el caso de nuestras impresoras 3D.
    En impresión 3D se usan habitualmente en estas aplicaciones:
    • Ventilador de la fuente de alimentación y/o la electrónica, ya que son los que mejor flujo de aire proporcionan al menor coste.
    • Ventilador del disipador del hotend, por el mismo motivo, sencillo, eficiente y fácil de montar. 
    • Ventilador de capa, cuando se diseña para maximizar el flujo de aire, con conductos para el aire que no cierran excesivamente la salida de aire y por lo tanto no requieren gran presión.
       
  • Ventiladores Centrífugos:
    Está formado por dos partes, la carcasa, que tiene forma de caracol o voluta, y el impulsor que tiene tiene un número determinado de pales u hojas, la entrada de aire está en el centro y la salida en una esquina. Tienen peor rendimiento que los ventiladores Axiales, pero son adecuados en muchas aplicaciones donde por necesidades técnicas se prefieren sobre los axiales. En impresión 3D se usan habitualmente en estas situaciones:
    • Ventilador de capa diseñado con una salida de aire muy localizada, donde la salida de aire pequeña es favorable para direccionar el flujo de aire.
    • Disipadores muy pequeños, donde se busca concentrar la salida de aire lo máximo posible.

Según tamaño:



Ocasionalmente queremos una impresora muy pequeña, como la VORON V0.1, y esto requiere hacer todo lo más compacto posible, incluyendo los ventiladores, y esto nos lleve a usar ventiladores tan pequeños como el 3007, con 30x30x7mm de tamaño.

En otros casos queremos tener el mayor flujo de aire posible, es frecuente encontrar ventiladores 6020, 6015, e incluso algunos mayores como 8020, en impresoras 3D de mayor tamaño para enfriar componentes electrónicos.

En la mayoría de situaciones nos encontramos situaciones intermedias donde tenemos que encontrar una "solución de compromiso", por esta razón por ejemplo usamos el ventilador 4020 en nuestro ventilador de capa, y el 3010 para el hotend. Otros diseños usan frecuentemente un 5015 para el ventilador de capa, un poco más delgado y un poco más grande, y el 4010 o 2510 para el hotend. Usar tamaños muy grandes ofrece ventajas de flujo de aire presión y fiabilidad, pero también son más pesados y aparatosos.

  • Nomenclatura, se suele indicar el tamaño en cuatro dígitos, los dos primeros hacen referencia al tamaño exterior del ventilador, y los dos últimos hacen referencia al grosor, todo en milímetros. Por ejemplo el 4020 forma un prisma de 40mm de lado y 20mm de alto. Los ventiladores axiales suelen tener una forma cuadrada, mientras los centrífugos suelen tener tres esquinas redondeadas.
     

Según movimiento:

  • Ventiladores de casquillo o sleeve bearing, es el modelo más sencillo y habitual, ya que es barato de producir y cubre las necesidades de muchas aplicaciones.
    El eje se compone de dos partes hechas de un material poroso y lubricado, de forma que mientras gira el propio desgaste natural del eje lo mantiene lubricado. 
    Como desventaja tiene que durante su vida útil estas superficies se desgastan y secan, produciendo holguras que generan ruido y merman el rendimiento.

     
  • Rodamiento de bolas o ball bearing, en el eje tiene uno o varios rodamientos mecánicos, por lo que las partes ruedan entre sí, en lugar de trabajar bajo fricción, esto mejora en gran medida el rendimiento y la vida útil del ventilador, como contrapartida son algo más caros, y pueden hacer mayor ruido.
    Durante mucho tiempo, los mejores ventiladores han sido de este tipo.

     
  • Hidráulicos, es una evolución del rodamiento de casquillo, en el que se ambas partes no se tocan directamente, se hace circular entre ellas un fluido. De esta forma conseguimos lo mejor de los dos tipos anteriores: evitamos el ruido de los rodamientos mecánicos, obteniendo un rendimiento similar.
     

     
  • Otros tipos como rodamientos de levitación magnética, que actualmente no se usan en impresión 3D.

     

Características remarcables:

Flujo de aire

Es es el caudal del ventilador, la masa de aire que este puede desplazar en una unidad de tiempo. 
Se expresa en m3/h (1,7 m3/h = 1 CFM).

Velocidad del ventilador

Indica la velocidad a la que girará a voltaje nominal, se indica en RPM, Revoluciones Por Minuto.
 

Vida útil

Todos los ventiladores tienen indicada una vida útil, hay factores que pueden acortarla y alargarla. Como lo que nos interesa es maximizar la vida útil, podemos dar estos consejos al respecto:

  • Usar ventiladores de calidad, estos se calentarán menos y durarán más.
  • Los ventiladores de mayor tamaño tienen una vida mayor ya que generalmente giran a menor número de revoluciones.
  • Activarlos sólo cuando sea necesario. Algunas placas, cada vez más permiten controlar varios ventiladores, la SKR2, por ejemplo, permite controlar hasta 3  ventiladores. 
  • Tenerlos en buen estado de mantenimiento, quitando las "pelusas" y polvo que puedan quedar en sus aspas, además si hace ruido puedes quitar la pegatina para poner una gota de aceite en el eje y mantenerlo mejor lubricado.

La vida útil se mide en horas, un ventilador de 35.000 horas podrá funcionar hasta 4 años si se mantiene en buenas condiciones.
 

Voltaje

  • Cada ventilador tiene indicado el voltaje nominal, no se deben conectar nunca a un voltaje mayor ya que se calentarán y quemarán, sin embargo si se pueden conectar a un voltaje inferior, trabajarán a menor velocidad.
    Un "truco" que se puede hacer en impresoras de 12V, para la electrónica, es instalar un ventilador de 24v sin regular y de mayor tamaño al que sería necesario, por ejemplo un 6020, este ventilador al girar a una velocidad relativamente baja apenas sonará, tendrá una vida muy alta, y nos puede proporcionar una ventilación más que suficiente. 
     

Corriente nominal

  • Es la corriente que recibirá conectado a su voltaje nominal y girando al máximo de revoluciones, nos sirve para calcular su consumo energético, o dimensionar el mosfet que lo regula, en impresión 3D se usan normalmente ventiladores de 0.1A o menos que se regulan fácilmente con cualquier mosfet, pero en caso de querer conectar 2 o más ventiladores a una salida regulada es conveniente revisar las especificaciones de la placa y de los ventiladores para evitar dañar la placa.
     

Nota sobre las calidades

  • Hoy en día podemos encontrar de todo, desde rodamientos de bolas de una calidad pésima, construido con materiales baratos, que ofrecen un mal rendimiento y una corta vida útil y ventiladores de casquillo que funcionan muy bien, con una buena construcción que cubrirán perfectamente cualquier necesidad. Si queremos una solución fiable es muy importante ver donde compramos los ventiladores y si estos tienen marca, un ventilador de marca conocida en una tienda especializada de confianza puede ser la opción más recomendable.

 

Ha dado bastante de sí este pequeño componte de nuestras impresoras 3D, no hemos querido entrar en otras cuestiones como por ejemplo presión positiva y negativa, o analizar los valores de su ficha técnica. ¡Si queda cualquier duda sobre estos ventiladores os animamos a preguntar en los comentarios!