FDM 3D 打印機(jī)的主要功耗是什么？

導(dǎo)讀：任何3D打印機(jī)最重要、最昂貴的部件之一就是電源。電源位于墻壁插座（交流電源）和機(jī)器其余部分（通常是直流電源）之間，是打印機(jī)內(nèi)部整個(gè)電氣系統(tǒng)的支柱。然而，并非打印機(jī)的每個(gè)部分都是“耗電大戶”。那么機(jī)器的哪些部分需要最多的能量呢？



加熱元件
加熱是FDM打印機(jī)的重要組成部分，加熱元件通常是整個(gè)系統(tǒng)中最大的電力消耗者。在大多數(shù)打印機(jī)中，有兩個(gè)主要的加熱子系統(tǒng)，分別是：

●擠出機(jī)加熱器：擠出機(jī)的加熱元件負(fù)責(zé)將熱端加熱到熔化細(xì)絲的正確溫度。保持適當(dāng)?shù)臏囟戎陵P(guān)重要，因?yàn)椴牧咸�冷或太熱都可能�?dǎo)致打印失敗。一般來(lái)說(shuō)，擠出機(jī)加熱器是歐姆量級(jí)的電阻元件。根據(jù)歐姆定律 (P=IV) 汲取功率，由 12V 供電的標(biāo)準(zhǔn)擠出機(jī)加熱器可以輕松地自行汲取 50W 以上的功率。

●加熱床：許多 FDM 打印機(jī)都配有加熱床，以確保第一層的正確粘合并最大限度地減少翹曲。這些系統(tǒng)通常也通過電阻加熱器實(shí)現(xiàn)，例如PCB加熱器或硅膠加熱器。由于加熱床的表面積比擠出機(jī)大得多，因此加熱床通常需要更多的功率才能將其適當(dāng)加熱到溫度。


△帶有硅加熱器的 3D 打印機(jī)加熱床

電機(jī)和機(jī)械部件
除了加熱器之外，3D 打印機(jī)中最大的電力消耗者通常是機(jī)械部件：

●步進(jìn)電機(jī)：打印機(jī)中的步進(jìn)電機(jī)用于控制擠出機(jī)和構(gòu)建平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)需要專門的驅(qū)動(dòng)電路，將電能轉(zhuǎn)換為磁能，磁能又轉(zhuǎn)換為電機(jī)的動(dòng)能。步進(jìn)電機(jī)的功耗很大程度上取決于其移動(dòng)的負(fù)載及其移動(dòng)速度。因此，打印機(jī)電機(jī)的功耗將取決于電機(jī)的功能和機(jī)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

●風(fēng)扇：3D打印機(jī)使用風(fēng)扇在整個(gè)系統(tǒng)中傳遞熱量，無(wú)論是將熱量從最近擠出的材料層中移走、在加熱室內(nèi)循環(huán)空氣，還是通過 HEPA 過濾器過濾顆粒，風(fēng)扇都是這些系統(tǒng)的重要一環(huán)，一般采用直流供電，風(fēng)扇的供電電壓往往高達(dá)24V，功耗可達(dá)1W或以上。由于它們?cè)诖蛴∵^程中連續(xù)運(yùn)行，因此對(duì)整體功耗做出了重大貢獻(xiàn)。


△3D 打印機(jī)步進(jìn)電機(jī)的電流波形。

電子產(chǎn)品和控制器
最后介紹的是打印機(jī)內(nèi)的電子設(shè)備。盡管本文討論的大多數(shù)項(xiàng)目都屬于電子設(shè)備，但在本文中，“電子設(shè)備”指的是系統(tǒng)內(nèi)的處理、顯示和控制電子設(shè)備。

●主板、處理器和微控制器：主板、處理器和微控制器用于管理打印機(jī)的所有操作，包括溫度控制、運(yùn)動(dòng)和用戶界面。盡管它們消耗的功率不如加熱元件或電機(jī)那么多，但它們?nèi)匀挥兄�于整體能源使用。

●顯示器和用戶界面：用于用戶交互的觸摸屏或 LCD 顯示器也會(huì)消耗電力。其中，液晶顯示器的背光通常是最大的耗電量。與本文介紹的其余部分相比，顯示器的耗電量總很小。

了解 FDM 3D 打印機(jī)內(nèi)的功耗動(dòng)態(tài)可以讓用戶深入了解機(jī)器如何使用電力�？傮w而言，加熱元件、電機(jī)、機(jī)械部件以及電子設(shè)備和控制器是整體能源使用的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者。擠出機(jī)加熱器和加熱床占據(jù)了最大份額，步進(jìn)電機(jī)和風(fēng)扇緊隨其后。雖然主板、處理器、微控制器和顯示接口的功耗不如上述組件那么重要，但它仍然是能源消耗的組成部分。隨著技術(shù)的進(jìn)步，在運(yùn)行效率和功耗之間取得平衡將繼續(xù)成為增材制造行業(yè)工程師和設(shè)計(jì)師的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。