FDM 3D 打印机的主要功耗是什么？

导读：任何3D打印机最重要、最昂贵的部件之一就是电源。电源位于墙壁插座（交流电源）和机器其余部分（通常是直流电源）之间，是打印机内部整个电气系统的支柱。然而，并非打印机的每个部分都是“耗电大户”。那么机器的哪些部分需要最多的能量呢？



加热元件
加热是FDM打印机的重要组成部分，加热元件通常是整个系统中最大的电力消耗者。在大多数打印机中，有两个主要的加热子系统，分别是：

●挤出机加热器：挤出机的加热元件负责将热端加热到熔化细丝的正确温度。保持适当的温度至关重要，因为材料太冷或太热都可能导致打印失败。一般来说，挤出机加热器是欧姆量级的电阻元件。根据欧姆定律 (P=IV) 汲取功率，由 12V 供电的标准挤出机加热器可以轻松地自行汲取 50W 以上的功率。

●加热床：许多 FDM 打印机都配有加热床，以确保第一层的正确粘合并最大限度地减少翘曲。这些系统通常也通过电阻加热器实现，例如PCB加热器或硅胶加热器。由于加热床的表面积比挤出机大得多，因此加热床通常需要更多的功率才能将其适当加热到温度。


△带有硅加热器的 3D 打印机加热床

电机和机械部件
除了加热器之外，3D 打印机中最大的电力消耗者通常是机械部件：

●步进电机：打印机中的步进电机用于控制挤出机和构建平台的运动。步进电机需要专门的驱动电路，将电能转换为磁能，磁能又转换为电机的动能。步进电机的功耗很大程度上取决于其移动的负载及其移动速度。因此，打印机电机的功耗将取决于电机的功能和机器的机械结构。

●风扇：3D打印机使用风扇在整个系统中传递热量，无论是将热量从最近挤出的材料层中移走、在加热室内循环空气，还是通过 HEPA 过滤器过滤颗粒，风扇都是这些系统的重要一环，一般采用直流供电，风扇的供电电压往往高达24V，功耗可达1W或以上。由于它们在打印过程中连续运行，因此对整体功耗做出了重大贡献。


△3D 打印机步进电机的电流波形。

电子产品和控制器
最后介绍的是打印机内的电子设备。尽管本文讨论的大多数项目都属于电子设备，但在本文中，“电子设备”指的是系统内的处理、显示和控制电子设备。

●主板、处理器和微控制器：主板、处理器和微控制器用于管理打印机的所有操作，包括温度控制、运动和用户界面。尽管它们消耗的功率不如加热元件或电机那么多，但它们仍然有助于整体能源使用。

●显示器和用户界面：用于用户交互的触摸屏或 LCD 显示器也会消耗电力。其中，液晶显示器的背光通常是最大的耗电量。与本文介绍的其余部分相比，显示器的耗电量总很小。

了解 FDM 3D 打印机内的功耗动态可以让用户深入了解机器如何使用电力。总体而言，加热元件、电机、机械部件以及电子设备和控制器是整体能源使用的关键贡献者。挤出机加热器和加热床占据了最大份额，步进电机和风扇紧随其后。虽然主板、处理器、微控制器和显示接口的功耗不如上述组件那么重要，但它仍然是能源消耗的组成部分。随着技术的进步，在运行效率和功耗之间取得平衡将继续成为增材制造行业工程师和设计师的一项关键任务。