Se acusa a las impresoras 3D de usar mucha electricidad y, por lo tanto, son dañinas para el medio ambiente.
Las impresoras FDM de gama alta utilizan alrededor de 50 vatios de potencia, mientras que las impresoras similares de menor coste consumen hasta 125 vatios de potencia una vez que la impresora ha alcanzado la temperatura deseada. Las impresoras de resina consumen alrededor de 60 vatios de energía mientras la luz ultravioleta está funcionando y 20 vatios entre exposiciones.
La configuración experimental
Si ha estado en la comunidad de impresión 3D, es posible que haya visto este artículo de 3D Print Headquarters sobre cuánta electricidad usa una impresora 3D. Desafortunadamente, ese artículo ya no está disponible pero está guardado en Archive.org.
El experimento que se llevó a cabo fue en una MakerBot Replicator 2, una impresora 3D de gama mucho más alta. Dado que este recurso ya no está disponible, he decidido replicar el experimento con un poco más de precisión.
Compré una regleta inteligente Kasa y usé el proyecto pyHS100 disponible a través de GitHub para obtener datos de la regleta sobre el consumo de energía en tiempo real.
Mi impresora es una Ender 3 V2. Esta es una impresora popular para aficionados.
La impresión que hice fue el siempre popular Benchy, disponible en Thingiverse.
| Temperatura del extremo caliente | 200ºC |
| Temperatura de la cama | 75ºC |
| Altura de la capa | 0,1 mm |
| Espesor de pared | 0,8mm |
| Velocidad de impresión | 60 mm/s |
Resultados iniciales
Antes de entrar en los resultados, quiero explicar un par de términos.
La potencia es la velocidad a la que se transfiere la energía. Es como su velocidad cuando conduce. La potencia eléctrica se mide en vatios.
La energía es la medida del trabajo total realizado. Es la suma de la potencia en el tiempo y es equivalente a la distancia total recorrida. La energía eléctrica se mide en vatios-hora.
La impresión tomó 2 horas y 57 minutos desde el calentamiento inicial hasta la impresión completa. La energía total sobre la impresión fue de 381 vatios-hora.
Tabla de impresión de prueba completa
Lo sorprendente es que descubrí que el consumo de energía normal era aproximadamente 2,5 veces mayor que el informado anteriormente. O la Ender 3 usa más energía que otras impresoras o hubo un problema con la regleta de enchufes que estaba usando para recopilar los datos.
Verifiqué los datos que estaba obteniendo usando este Power Monitor. Mi plan original era usar este monitor para obtener los datos de uso, pero me hubiera requerido monitorear manualmente el consumo de energía.
Ahora que tengo 2 monitores de energía independientes que me dan los mismos datos de consumo de energía, estoy seguro de que estoy obteniendo los datos correctos.
Primera hora de impresión de prueba
Hubo una caída extraña en el poder durante unos segundos alrededor de la marca de 2 minutos. La lectura de energía en los datos fue de aproximadamente 7 vatios, que es el consumo de energía cuando la máquina está encendida pero no se calienta. Esto ocurrió cuando la cama se estaba calentando y había alcanzado los 65 ºC. No hubo ningún problema notable en ese momento y no tuvo ningún efecto en la impresión.
Podemos ver claramente en este gráfico el pico de energía consumida cuando el semillero se está calentando. Una vez que la cama alcanzó su temperatura y el hotend comenzó a subir, el consumo de energía aún era alto pero no tanto. Esto significa que el mayor impulsor del consumo de energía es la placa de construcción calentada.
Curiosamente, mientras la placa de construcción se calentaba, el hotend también comenzó a calentarse ligeramente. No mucho, pero suficiente para aparecer en los gráficos. Dado que el hotend estaba justo encima de la placa de construcción, el calor de la placa fue suficiente para calentar ligeramente el hotend.
Mi configuración usó un hotend de 200º C y una cama caliente de 75º C. ¿Obligaron las temperaturas más altas a la impresora a usar mucha más potencia para mantenerlas?
Resultados de temperatura reducida
Para determinar si las temperaturas más altas que usaba eran la causa del mayor consumo de energía, bajé el hotend a 185º C y el hotbed a 60º C.
A pesar de usar el mismo archivo GCODE, cambiando solo los valores de la temperatura, la segunda impresión tardó 2 horas y 42 minutos. Esta impresión fue casi 15 minutos más rápida. La primera impresión alcanzó la temperatura objetivo en unos 5 minutos, por lo que no puede ser que el tiempo ahorrado proviniera de poder alcanzar la temperatura de impresión más rápido.
La energía total para la segunda impresión fue de 269 vatios-hora.
Segunda impresión completa
Podemos ver claramente que el consumo de energía se redujo a alrededor de 100 vatios. Esto sigue siendo más alto que lo informado anteriormente, pero mucho más cerca.
Una vez más, echemos un vistazo a la primera hora de la impresión.
Primera hora de la segunda impresión
Esta segunda impresión se calentó más rápido pero también comenzó a una temperatura más alta. Esto explica por qué el consumo de energía fue menor al inicio y la energía total fue menor.
La diferencia de poder una vez que las impresiones alcanzan su temperatura objetivo es dramática. Obtenemos una disminución de potencia de alrededor de 25 Watts.
¿Qué causó una diferencia tan significativa en el poder?
Mirando el Replicator 2 que se usó para obtener la medición de potencia original de 50 vatios, hay algunas diferencias sorprendentes en comparación con mi Ender 3.
Si bien el Replicator no tiene un gabinete completo, la parte posterior es sólida y hay poca oportunidad para que fluya aire alrededor de la placa de construcción.
La mayor parte de la energía que se consume se usa para mantener el hotend y la temperatura de la placa de construcción. Con menos flujo de aire debajo, el Replicator puede mantener mejor la temperatura de su placa de construcción y consumir menos energía.
Una forma de imitar esto es usar un recinto. Compré una carcasa de impresora 3D de Amazon para poder mover mi impresora 3D al garaje.
Escribí un artículo explicando cómo imprimir en 3D en tu garaje que deberías consultar.
Otra diferencia entre la Ender 3 V2 y la Replicator 2 es el tamaño de la placa de construcción. El Replicator tiene una placa de construcción rectangular de 285 mm x 153 mm. La placa de construcción de mi Ender 3 mide 220 mm x 220 mm cuadrados.
Así, la Replicator 2 tiene una placa de construcción rectangular con un área de superficie de 43 605 mm2 y la Ender 3 tiene una placa de construcción cuadrada de 48 400 mm2, casi un 11 % más grande.
Si bien no me sorprendería si la energía requerida para mantener la temperatura de una estructura aumentara de forma no lineal (lo que significa que el doble del área más que duplica la energía requerida para la misma temperatura), me resulta difícil creer que un aumento del 11% duplicaría la energía requerida.
Prueba de recinto
Nuevamente, imprimí el mismo banco, esta vez usando el recinto. La impresión tardó 2 horas y 43 minutos y consumió 304 vatios-hora de energía.
Mirando el gráfico, estoy un poco decepcionado con los resultados.
Imprimir utilizando el recinto
Según el gráfico de consumo de energía y los consumos de energía, ¿puedes adivinar qué banco usé? Puede adivinar los 200º C. Parece que comenzó alrededor de los 125 vatios inicialmente y se acercó a los 110 vatios. A medida que el aire del recinto se calentaba, se necesitaba menos energía.
Desafortunadamente, usé la impresión de 185º C.
Hay algún otro factor que está afectando el consumo de energía que no está claro en los datos. Estas impresiones se realizaron durante diferentes momentos del día.
Si bien me aseguré de que la placa de construcción se enfriara a temperatura ambiente antes de comenzar, no verifiqué la temperatura de los componentes eléctricos, que pueden haber estado calientes por mi intento de volver a nivelar la cama antes de la impresión. La cama se desalineó después de ponerla en el recinto.
Cualquiera que sea el factor que haya resultado en un consumo ligeramente mayor en el gabinete, no creo que pueda explicar la diferencia en el consumo de energía con el Replicator 2.
El culpable más probable son las piezas más baratas utilizadas en las impresoras 3D de menor costo. Para ahorrar costos y obtener una impresora con un precio adecuado para un mercado más amplio, es posible que se hayan utilizado piezas eléctricas que son menos eficientes.
Esto solo cubre las impresoras FDM, pero ¿qué pasa con las impresoras de resina?
Consumo de energía de la impresora de resina
Lo que no hemos visto es ninguna medida de cuánta energía usa una impresora de resina. Las impresiones de resina no se calientan, por lo que no esperaríamos que consuman tanta energía como una impresora FDM.
Imprimí el banco en mi Anycubic Photon Mono X.
Impresión en resina, carta completa
El consumo de energía de la impresora de resina fluctuó entre 20 Watts y 58 Watts. El límite superior es cuando se emite la luz ultravioleta y el inferior es cuando la placa de construcción se mueve hacia arriba y hacia abajo.
Las primeras capas están expuestas a la luz ultravioleta durante más tiempo que las capas posteriores. Podemos ver eso en el gráfico donde el consumo de energía se mantiene más alto durante un período prolongado de tiempo.
Es interesante ver que la potencia alcanza su punto máximo inicialmente y luego cae lentamente un par de vatios durante un par de minutos. Esta impresora está en mi garaje y probablemente comenzó caliente. Una vez que el ventilador comenzó a funcionar, la impresora se enfrió a un estado estable.
Impresión de resina, primera hora
Conclusión
Mis resultados fueron sorprendentes dado lo informado por 3D Print Headquarters. Si bien el consumo de energía anterior era significativamente menor, también usaban una impresora de gama mucho más alta.
Este experimento proporciona una contribución esencial a la comunidad de impresión 3D. Si bien durante años hemos afirmado que las impresoras 3D solo consumen 50 vatios de potencia, ciertamente este no es el caso para todas las impresoras.
Además, he contribuido a la discusión con datos relacionados con las impresoras de resina. Si bien estas impresoras pueden no ser tan populares como FDM, los aficionados pueden considerar el uso de resina si les preocupa su consumo de energía.