FDM 3D プリンターの主な電力消費量はどれくらいですか?

FDM 3D プリンターの主な電力消費量はどれくらいですか?
はじめに: 3D プリンターの最も重要かつ高価なコンポーネントの 1 つは電源です。電源装置は、壁のコンセント (AC 電源) とマシンの残りの部分 (通常は DC 電源) の間に位置し、プリンター内部の電気システム全体のバックボーンとなります。ただし、プリンターのすべての部分が電力を大量に消費するわけではありません。では、機械のどの部分に最も多くのエネルギーが必要でしょうか?



加熱要素<br /> 加熱は FDM プリンターの重要なコンポーネントであり、加熱要素は通常、システム全体で最も多くの電力を消費します。ほとんどのプリンターには、主に 2 つの加熱サブシステムがあります。

押出機ヒーター: 押出機の加熱要素は、ホットエンドを適切な温度に加熱してフィラメントを溶かす役割を果たします。材料が冷たすぎたり熱すぎたりすると印刷が失敗する可能性があるため、適切な温度を維持することが重要です。一般的に言えば、押出機ヒーターはオーム範囲の抵抗要素です。オームの法則 (P=IV) に従って電力を消費すると、12V で駆動する標準的な押出機ヒーターは、単独で簡単に 50W を超える電力を消費する可能性があります。

加熱ベッド: 多くの FDM プリンターには、最初の層が適切に接着され、反りが最小限に抑えられるよう、加熱ベッドが付属しています。これらのシステムは、PCB ヒーターやシリコン ヒーターなどの抵抗ヒーターを使用して実装されることもよくあります。加熱ベッドは押出機よりも表面積がはるかに大きいため、加熱ベッドを適切な温度まで加熱するには通常、より多くの電力が必要です。


△シリコンヒーター付き3Dプリンター加熱ベッド

モーターおよび機械部品<br /> ヒーターの他に、3D プリンターで最も電力を消費するのは通常、機械部品です。

ステッピングモーター: プリンター内のステッピングモーターは、押し出し機とビルドプラットフォームの動きを制御するために使用されます。ステッピング モーターには、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、さらにモーターの運動エネルギーに変換するための専用の駆動回路が必要です。ステッピング モーターの消費電力は、移動する負荷と移動速度に大きく依存します。したがって、プリンターモーターの消費電力は、モーターの機能と機械の機械構造によって異なります。

ファン: 3D プリンターは、最後に押し出された材料の層から熱を除去したり、加熱されたチャンバー内で空気を循環させたり、HEPA フィルターで粒子をろ過したりするために、ファンを使用してシステム全体に熱を伝達します。ファンはこれらのシステムの重要な部分です。ファンは一般に DC で駆動され、電源電圧は 24V にも達することが多く、消費電力は 1W 以上に達することがあります。これらは印刷プロセス中に継続的に実行されるため、全体的な電力消費に大きく貢献します。


△3Dプリンターステッピングモーターの電流波形。

電子機器およびコントローラ<br /> 紹介の最後の部分は、プリンター内部の電子機器です。この記事で取り上げる項目のほとんどは電子機器ですが、この記事では「電子機器」とはシステム内の処理、表示、制御を行う電子機器を指します。

マザーボード、プロセッサ、マイクロコントローラ: マザーボード、プロセッサ、マイクロコントローラは、温度制御、動作、ユーザー インターフェイスなど、プリンターのすべての操作を管理するために使用されます。加熱要素やモーターほど多くの電力を消費しませんが、それでも全体的なエネルギー使用量に貢献します。

ディスプレイとユーザー インターフェイス: ユーザー操作に使用されるタッチ スクリーンや LCD ディスプレイも電力を消費します。その中でも、LCD ディスプレイのバックライトが最も多くの電力を消費します。ディスプレイの電力消費は、この記事で取り上げる他の部分と比較すると常に小さくなります。

FDM 3D プリンター内の電力消費のダイナミクスを理解することで、ユーザーはマシンがどのように電力を使用するかを把握できます。全体として、加熱要素、モーター、機械部品、電子機器および制御装置が、全体的なエネルギー使用量に大きく貢献しています。押し出し機ヒーターと加熱ベッドが最大のシェアを占め、ステッピングモーターとファンがそれに続きます。マザーボード、プロセッサ、マイクロコントローラ、ディスプレイ インターフェイスの電力消費は上記のコンポーネントほど重要ではありませんが、それでもエネルギー消費に影響します。テクノロジーが進歩するにつれ、動作効率と電力消費のバランスをとることは、積層造形業界のエンジニアや設計者にとって引き続き重要な課題となります。

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