3Dプリンター電圧選択ガイド：12V vs 24V、どちらを選ぶべきか

多くの3Dプリンターコンポーネントには12Vと24Vの2つのオプションがあり、3Dプリンター自体も同様です。この特性は、押出機、ホットエンド、それらのコンポーネント交換など、3Dプリンターのアップグレード時に常に意識する必要があります。しかし、これはユーザーにとって何を意味するのでしょうか？

12Vと24Vは電圧であり、この2オプションが最も一般的です。より具体的には、これらは出力電圧であり、3Dプリンターの電源ユニット（PSU）に関係します。電源装置は電気負荷に電力を供給するデバイスで、電流を受け取り熱や光など他のエネルギー形態に変換します。3Dプリンターにおいて、PSUはファン、ヒートベッド、ホットエンドなどすべての必須コンポーネントに電力を供給します。最小必要電力が供給されない、または過剰電力が供給されると、これらの要素が正常に機能しなくなる可能性があります。

画像1：ステッピングドライバーの出力電圧仕様。出典：Dyze Design。

PSUはコンセントから110〜240Vを受け取り、トランスフォーマーの助けを借りて12〜24Vに降圧します。これはデバイスに適した電圧です。さらに、PSUには整流回路があり、コンセントからの交流電流を3Dプリンターが必要とする直流電流に変換する役割を果たします。

画像2：PSUのAC入力とDC出力端子。出典：Dyze Design。

3Dプリンター電源の一般的な仕様：

• 定格入力電圧： PSUがコンセントから受け取るAC入力電圧を示す - 110V@60Hzまたは240V@50Hz（上画像参照）。通常、PSU側面のスイッチで切り替え可能。
• 出力電圧： AC電流変換後のDC電流電圧を指定。PSUによって異なるが、1台のPSUは12Vまたは24Vのいずれか1つの特定電圧のみサポート。これは極めて重要で、3Dプリンターのコンポーネントも特定電圧で定格されており、PSUの出力電圧と一致させる必要があります。12Vコンポーネントを24Vデバイスで使用すると、設計速度の2倍で動作し、過熱、発煙、マザーボード焼損、さらには爆発や火災の原因になります。ショートサーキット時も問題に。PSUが余剰電力をコンポーネントに放出し、破損させる可能性があります。あらゆるPSUで起こり得ますが、低電力（12V）なら24V PSUより少ないエネルギーで済みます。DC-DCコンバーターで24Vから12Vへ降圧して予防推奨。逆に、24Vコンポーネントを12V 3Dプリンターで使用すると、動作不良になります。コンポーネントが動作に必要な電圧を得られないため。この場合、昇圧コンバーターでPSUの12Vを必要な24Vに変換すべきです。
• 出力電流（アンペア数）： PSUが供給可能な最大アンペア数。上画像のPSUでは30A。この仕様は3Dプリンターが持てるヒーター数とヒートベッドの最高温度に影響。
• 総ワット数： PSUが1秒あたりに供給可能な電力量。出力電圧×出力電流で計算。12V・30A最大なら360W供給可能。

PSUの目的は主に電力の受信、変換、供給ですが、その他の役割も果たします。電気負荷の助けを借りて受信電流を安全レベルに制限し、電気的故障時に電流を遮断する役割も。

もう一つのPSUの役割は、電子ノイズや電圧サージが電気負荷に到達するのを防ぎ、一時的な電源断時に電気負荷への給電を継続できるようエネルギーを蓄えることです。

どちらの電圧が優れているか？

3Dプリンター用コンポーネント（ヒーターカートリッジ、ホットエンド、押出機、ファン等）の電圧を選ぶ際、それらコンポーネントの電圧は常に3Dプリンターの出力電圧と一致させるべきで、一致しない場合はDC-DCコンバーターや昇圧コンバーターを使用すべきです。

一方、3Dプリンター用の新しいPSUを選ぶ際には、いくつかの要因を考慮すべきです。24V PSUは12V PSUに比べて約半分の配線量で済みます。理由は、電圧が高ければ同じ電力を得るために必要な電流が半分で済むため（電力＝電圧×電流）、ワイヤーサイズを縮小できるからです。これはワイヤーコストの削減と、製造に必要な銅採掘量の削減を意味します。

画像3：12V（上）と24V（下）のワイヤー。出典：Dyze Design。

3Dプリントにおける24V PSUの顕著な利点：

• ヒートベッドとホットエンドの暖機時間が短縮。
• ステッピングモーターのトルクが増大、特に押出機で顕著。
• ステッピングモーターの騒音が低減。

12V PSUは、バッテリーから直接家電を動作させる用途に有用です。12V PSUのデメリットは、24Vデバイス動作に昇圧コンバーターが必要で、より多くの銅を必要とするため配線コストが高くなることです。

3DプリンターのPSUを確認する方法

3Dプリンター購入時（新品/中古問わず）、ユーザーは実際の3Dプリンター電源電圧を必ず確認すべきです。技術データシートの確認だけでは不十分な場合があります。メーカーがPSUを変更してもデータシートが更新されていない可能性があるためです。中古プリンターの場合、前所有者がPSUを変更していて明記されていないことも。したがって、コンポーネント購入やアップグレード前に、必ずプリンター本体のPSUを直接確認するのがベストです。新しいPSUを購入した場合も、取り付け前に正常動作を確認すべきです。

PSUは通常、大きな銀色の長方形ボックスです。一部の電源はスタンドアロンの独立機器（Creality CR-10 V3など）、他はメイン構造に内蔵（Anycubic Vyper、Artillery Geniusなど）されています。

画像4：左から、Creality CR-10 V3、Anycubic Vyper、Artillery Genius 3DプリンターのPSU。出典：Creality、Anycubic、Artillery。

まず、PSUラベルの出力電圧を見て確認します（下画像参照）。

画像5：PSUの出力電圧仕様。出典：E3D。

PSUに出力電圧情報がない場合、ボルテメーターやマルチメーターで測定可能です。電子機器は常に最大限の注意と安全対策で扱うべきです。正しい3Dプリンター出力電圧検出手順はAnycubicのチュートリアル動画で実演されています。

動画1：PSU検出と交換のチュートリアル。出典：Anycubic。

このプロセスは以下の3ステップに要約できます：

1. PSUに触れたり配線を外したりする前に、プリンターをコンセントから抜く。ESD安全対策（アースマット等）がない場合、金属製のもの（ラジエーター等）に触れてアースを取る。蓄積電流は金属の方が導電性が高いため金属へ流れます。
2. その後、30秒待ち、3DプリンターのPSUに安全に触れられる。3Dプリンター付近でのESDイベントは絶対に避けるべき。放電を感じなくても、気づかないうちにプリンターの電子部品を破損させる可能性があります。この30秒は重要で、安価なボード/PSUにはコンデンサ急速放電用のブリード抵抗が搭載されていない場合があるためです。
3. 3ステップ目は、すべての出力端子の電圧を測定。入力AC電源端子に触れたりショートさせたりしないよう細心の注意を払う。ボルテメーターの読み値は表示出力電圧とほぼ同一であるべき。わずかに高い電圧はパワー不足気味のヒートベッドに有利ですが、他コンポーネントには過電圧になる可能性があります。

PSUの出力電圧と3Dプリンターの電圧を知ることは、プリンターのコンポーネントを正しく選び、コンポーネントとプリンターへの電力不足や過剰電力による危険な結果を回避するために極めて重要です。3Dプリンターは12Vと24Vの両方で動作可能、あるいは電圧切り替えオプションを持つものもありますが、より有利なのは24V PSUです。同じ電流を生み出すのに必要な電力が少なく、配線が細く済み、3Dプリンターの性能面でもいくつかのメリットを提供します。