FDM 3D 打印機的主要功耗是什么？

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



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

●擠出機加熱器：擠出機的加熱元件負責將熱端加熱到熔化細絲的正確溫度。保持適當?shù)臏囟戎陵P重要，因為材料太冷或太熱都可能導致打印失敗。一般來說，擠出機加熱器是歐姆量級的電阻元件。根據(jù)歐姆定律 (P=IV) 汲取功率，由 12V 供電的標準擠出機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大得多，因此加熱床通常需要更多的功率才能將其適當加熱到溫度。


△帶有硅加熱器的 3D 打印機加熱床

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

●步進電機：打印機中的步進電機用于控制擠出機和構建平臺的運動。步進電機需要專門的驅動電路，將電能轉換為磁能，磁能又轉換為電機的動能。步進電機的功耗很大程度上取決于其移動的負載及其移動速度。因此，打印機電機的功耗將取決于電機的功能和機器的機械結構。

●風扇：3D打印機使用風扇在整個系統(tǒng)中傳遞熱量，無論是將熱量從最近擠出的材料層中移走、在加熱室內循環(huán)空氣，還是通過 HEPA 過濾器過濾顆粒，風扇都是這些系統(tǒng)的重要一環(huán)，一般采用直流供電，風扇的供電電壓往往高達24V，功耗可達1W或以上。由于它們在打印過程中連續(xù)運行，因此對整體功耗做出了重大貢獻。


△3D 打印機步進電機的電流波形。

電子產品和控制器
最后介紹的是打印機內的電子設備。盡管本文討論的大多數(shù)項目都屬于電子設備，但在本文中，“電子設備”指的是系統(tǒng)內的處理、顯示和控制電子設備。

●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的所有操作，包括溫度控制、運動和用戶界面。盡管它們消耗的功率不如加熱元件或電機那么多，但它們仍然有助于整體能源使用。

●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 打印機內的功耗動態(tài)可以讓用戶深入了解機器如何使用電力。總體而言，加熱元件、電機、機械部件以及電子設備和控制器是整體能源使用的關鍵貢獻者。擠出機加熱器和加熱床占據(jù)了最大份額，步進電機和風扇緊隨其后。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。隨著技術的進步，在運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)工程師和設計師的一項關鍵任務。