3D 프린터 전압 선택 가이드: 12V vs 24V, 무엇을 선택할까?

많은 3D 프린터 구성품이 12V와 24V 두 가지 옵션으로 제공되며, 3D 프린터 자체도 마찬가지입니다. 이 특성은 익스트루더, 핫엔드 또는 이들 구성품 교체 등 3D 프린터 업그레이드 시 염두에 둬야 합니다. 하지만 이것이 사용자에게 어떤 의미일까요?

12V와 24V는 전압이며, 이 두 옵션이 가장 흔합니다. 더 구체적으로는 출력 전압이며 3D 프린터의 파워 서플라이(PSU)와 관련됩니다. 파워 서플라이는 전기 부하에 전력을 공급하는 장치로, 전류를 받아 열이나 빛 등 다른 에너지 형태로 변환합니다. 3D 프린터에서 PSU는 팬, 열 베드, 핫엔드 등 모든 필수 구성품에 전력 공급합니다. 최소 필요 전력 공급 없거나 과도한 전력 공급 시 해당 3D 프린터 요소들이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.

이미지 1: 스테퍼 드라이버의 출력 전압 사양. 출처: Dyze Design.

PSU는 소켓에서 110~240V를 입력받아 트랜스포머 도움으로 12~24V로 낮춰 변환합니다. 이는 장치에 더 적합한 전압입니다. 게다가 PSU에는 정류 회로도 있어 소켓의 AC 전류를 3D 프린터에 필요한 DC 전류로 변환합니다.

이미지 2: PSU의 AC 입력 및 DC 출력 단자. 출처: Dyze Design.

3D 프린터 파워 서플라이는 보통 다음 사양을 가집니다:

• 정격 전압: PSU가 소켓에서 입력받는 AC 입력 전압 - 110V @ 60Hz 또는 240V @ 50Hz(위 그림 참조). 보통 PSU 측면 스위치로 변경 가능.
• 출력 전압: AC 전류 변환 후 PSU가 제공할 수 있는 DC 전류 전압을 지정. 이 값은 PSU마다 다르지만 한 PSU는 오직 하나의 특정 전압만 지원: 12V 또는 24V. 이것이 중요합니다. 3D 프린터 구성품들도 특정 전압으로 정격되어 있으며 PSU 출력 전압과 일치해야 합니다. 12V 구성품을 24V 장치에 사용하면 구성품이 설계 속도 2배로 작동해 과열, 발연, 메인보드 소손, 심지어 폭발이나 화재 발생 가능. 쇼트 발생 시에도 문제. PSU가 초과 전력을 구성품에 방전시켜 손상 입힘. 어떤 PSU든 발생 가능하지만 낮은 전력(12V) PSU면 24V PSU보다 덜한 에너지가 방전됨. DC-DC 컨버터로 24V를 12V로 강압해 예방 권장. 역으로 24V 구성품을 12V 3D 프린터에 사용하면 구성품이 작동에 필요한 전압을 못 받아 작동 실패. 이 경우 전압 부스터로 PSU 제공 12V를 필요 24V로 승압해야 함.
• 출력 전류(암페어): PSU가 제공할 수 있는 최대 암페어 수. 위 그림 PSU는 30A. 출력 전류 사양은 3D 프린터가 가질 수 있는 히터 수와 열 베드 최대 온도에 영향.
• 총 와트수: PSU가 초당 제공할 수 있는 전력량. 출력 전압 × 출력 전류(암페어)로 계산. 12V에 최대 30A면 360W 전력 제공 가능.

PSU의 목적은 주로 전력 수신, 변환, 공급이지만 다른 작업도 수행합니다. PSU는 전기 부하 도움을 받아 수신 전류를 안전한 수준으로 제한하고, 전기 고장 시 전류 차단 역할도 합니다.

PSU의 또 다른 임무는 전자 노이즈나 전압 서지가 전기 부하에 도달하지 않게 제한하고, 정전 시 일시적으로 전기 부하에 전원 공급할 수 있게 에너지 저장.

어떤 전압이 더 나은가?

3D 프린터용 구성품(히터 카트리지, 핫엔드, 익스트루더, 팬 등) 전압 선택 시 해당 구성품 전압이 항상 3D 프린터 출력 전압과 일치해야 하거나 DC-DC 컨버터나 전압 부스터 사용 필요.

3D 프린터용 새 PSU 선택 시 고려할 요소들. 24V PSU는 12V PSU 대비 약 절반의 배선만 필요. 전압이 높으면 동일한 전력에 절반 전류만 흐르므로(전력 = 전압 × 전류) 와이어 크기 축소 가능. 이는 와이어 비용 절감과 구리 채굴량 감소로 이어짐.

이미지 3: 12V(위)와 24V(아래) 와이어. 출처: Dyze Design.

3D 프린팅에서 24V PSU 사용의 눈에 띄는 장점들:

• 열 베드와 핫엔드 예열 시간 단축.
• 스테퍼 토크 증가, 익스트루더에서 특히 뚜렷.
• 스테퍼 소음 감소.

12V PSU는 배터리로 가전제품 직접 구동 시 유용. 12V PSU 단점은 24V 장치 구동 위해 전압 부스터 필요, 배선이 더 비쌈(더 많은 구리 필요).

3D 프린터 PSU 확인 방법

3D 프린터 구매 시(신품이든 중고든) 실제 3D 프린터 파워 서플라이 전압을 반드시 확인해야 합니다. 기술 데이터시트만으로는 부족할 수 있습니다. 제조사가 PSU를 수정하고 데이터시트 미갱신했을 수 있음. 중고 프린터는 이전 소유자가 PSU 수정하고 알리지 않았을 수 있음. 따라서 어떤 업그레이드 구성품 구매나 설치 전 항상 프린터에서 직접 PSU 확인해야 함. 새 PSU 구매 시도 설치 전 정상 작동 확인 필요.

PSU는 보통 큰 은색 직사각형 박스. 일부 파워 서플라이는 독립형 별도 장비(예: Creality CR-10 V3), 다른 프린터들은 본체 내장형(예: Anycubic Vyper, Artillery Genius).

이미지 4: 왼쪽부터 Creality CR-10 V3, Anycubic Vyper, Artillery Genius 3D 프린터의 PSU. 출처: Creality, Anycubic, Artillery.

먼저 PSU 라벨의 출력 전압을 확인해 검증해야 합니다. 아래 그림 참조.

이미지 5: PSU의 출력 전압 사양. 출처: E3D.

PSU에 출력 전압 정보 없으면 전압계나 멀티미터로 확인 가능. 전자 장비는 항상 극도로 주의하고 안전 조치 취하며 다뤄야 함. Anycubic 튜토리얼 영상에서 3D 프린터 출력 전압 올바른 감지 방법 시연.

영상 1: PSU 감지 및 교체 튜토리얼. 출처: Anycubic.

이 과정은 다음 3단계로 요약됩니다:

1. PSU나 와이어 만지기 전 프린터를 콘센트에서 분리. ESD 안전 조치(접지 매트 등) 없으면 금속 물체(예: 라디에이터) 만져 접지. 축적 전류가 금속으로 흘러감(금속이 전기 더 잘 통함).
2. 30초 후 3D 프린터 PSU 안전하게 만질 수 있음. 3D 프린터 근처 ESD 이벤트 발생 피해야 함. 방전 시 감지 못 해도 전자 컴포넌트 손상 가능. 30초 기간 중요: 저가 보드/PSU는 커패시터 급속 방전용 블리더 저항 없을 수 있음.
3. 세 번째 단계: 모든 출력 단자 전압 확인, 입력 AC 전원 단자 건드리거나 쇼트시키지 않게 각별히 주의. 전압계 읽기가 표시된 출력 전압과 거의 같아야 함. 약간 높은 전압은 저전력 열 베드에 도움, 다른 컴포넌트는 과전압 될 수 있음.

PSU 출력 전압과 3D 프린터 전압을 아는 것은 프린터 구성품 올바른 선택과 구성품 및 프린터 과소/과전압 위험 방지에 필수적입니다. 3D 프린터는 12V와 24V PSU 모두에서 작동 가능하거나 전압 전환 옵션도 있지만, 더 유리한 옵션은 24V PSU입니다. 동일한 전류 생산에 더 적은 전력 필요, 배선 더 작고, 3D 프린터 성능에 일부 이점 제공.