Гайд по настройке механики 3D-принтера

Качество напечатанных моделей напрямую зависит от механики принтера, а именно от её правильной настройки. Любые элементы принтера со временем изнашиваются, поэтому настройку принтера необходимо проводить хотя бы раз 5-6 кг отпечатанного филамента. С помощью коротких инструкций, описанных в этом гайде, вы сможете быстро и легко настроить механику вашего принтера: натяжение ремней, ток на двигателях, шаги двигателей, ускорение, рывки и скорость.

Что включает в себя механика

В 3D-принтерах любой конструкции всегда содержатся одни и те же вещи: Оси и направляющие, по которым перемещаются элементы принтера и двигатели с ремнями, которые приводят эти элементы в движение. В классической конструкции принтера есть как минимум 3 мотора (по одному на каждую ось), 3 направляющие (по одной на каждую ось) и плата электроники, которая управляет двигателями. Последнее можно с натяжкой назвать частью механики, но так как она управляет двигателями, она же косвенно влияет на качество модели.

Дефекты печати из-за неполадок в механике

Перед тем как менять что-либо в принтере, необходимо определиться, что именно нужно настроить. Зачастую дефекты видны визуально. В нашем блоге есть статья о большинстве дефектов печати, в которой подробно расписаны причины их появления. Далее список дефектов и с каким элементом механики они связаны:

• Смещение слоёв - Ремни, Ток двигателей, Направляющие

• Звон - Направляющие, Скорость

• Неправильная геометрия модели - Направляющие, Шаги двигателей, ремни

Как можно увидеть, все вышеуказанные проблемы не мешают самому процессу печати, но результат оставляет желать лучшего. Иногда ошибки в механике могут полностью остановить работу принтера. Поэтому лучше не доводить ситуацию до крайностей и при появлении каких-либо проблем сразу начать проверку и настройку 3D-принтера.

Как сохранять настройки

Для исправления некоторых дефектов нужно изменять программные настройки принтера. Поэтому, перед регулировкой механики необходимо понять, как правильно сохранять настройки внутри принтера. Для этого есть 3 пути:

• Запись параметров в меню самого принтера

Все настройки находятся в соответствующем меню принтера

• Перепрошивка принтера с новыми параметрами

В зависимости от вашей прошивки, в данной инструкции будут указаны участки кода для прошивки MARLIN в файле configuration.h

• Запись параметров через GCODE команды

Сначала мы вводим параметры в принтер, а затем сохраняем их в EEPROM - внутреннюю память микроконтроллера. Либо вставляем все необходимые настройки в начале GCODE. О том, как это сделать, читайте в нашей статье про работу с GCODE и создание макросов.

Для сохранения в EEPROM необходимо отправить принтеру команду изменения какого-либо значения (которую также можно вставить в начальный GCODE), а затем отправить команду M500 (сохранение нынешних параметров в постоянную память). В прошивке должна быть включена функция EEPROM, для этого необходимо убрать два слеша в строчке:

//#define EEPROM_SETTINGS

Какой бы из вариантов вы не выбрали, стоит быть осторожным при использовании любых команд. Вы не сможете как-либо навредить принтеру при изменении настроек, но если вы ошибетесь, то придется долго искать причину возможных дальнейших проблем.

Инструкции по настройке

Теперь можно приступать к настройке самого принтера. Если вы решили настроить сразу несколько параметров, то лучше использовать порядок регулировок как в статье, так как некоторые из настроек связаны друг с другом и при использовании неверного порядка, настраивая один элемент механики вы собьете настройки другого элемента. Например, нельзя настраивать шаги двигателя перед натяжкой ремней, так как изменившаяся длина ремней приведет к изменению “истинных” шагов на миллиметр двигателей. Также перед настройкой необходимо убедиться в отсутствии люфтов в раме принтера, затянуть все ремни.

Ремни

Первое, с чего следует начать настройку принтера,- это ремни. Они прямо влияют на геометрию модели и при слишком сильном натяжении именно они вызывают множество проблем: смещение слоев, изменение геометрии, рябь. Сначала стоит удостовериться в целостности ремня. Для этого просмотрите весь ремень, в особенности участки, где ремни изгибаются. Если ремень изжил своё, то можно увидеть увидеть участок ремня, где расстояние между зубцами сильно увеличилось и между ними видна металлическая проволока (корд). Это значит, что пришло время полностью менять ремень. 

Порванный ремень с лопнувшими кордами

Если ремень цел или вы уже заменили его, то можно приступать к следующему шагу. В зависимости от конструкции вашего принтера, необходимо отодвинуть ролик, через который проходит ремень. Натяжение должно быть таким, чтобы каретка или стол двигались без усилий, но при этом при быстром передвижении ремень не должен проскакивать зубцы на шестерне двигателя. Настройте натяжку ремней на каждой оси принтера по данному методу.

Совет: если в вашем принтере из комплекта шел натяжитель ремня в виде пружины, крепящейся на самом ремне - уберите его. Из-за гибкости этого натяжителя будут возникать дефекты печати, например, торчащие углы на модели. Лучше настроить ремень без использования данного натяжителя.

Натяжитель ремня

Ток двигателей

Как мы знаем из школьного курса физики, мощность двигателя зависит от напряжения и силы тока. Так как напряжение на всей электронике принтера везде одинаково, то единственно, что можно изменить - ток на двигателе. Точнее следует сказать максимальный ток, который драйвер будет подавать на моторы. Для изменения этого предела необходимо залезть внутрь корпуса и найти плату принтера. На ней вы увидите драйвера принтера. Нас интересует маленький потенциометр на самом драйвере (на картинке ниже он указан как подстроечный резистор).

Пример расположения потенциометра на драйвере

Для настройки вам понадобится вольтметр и маленькая крестовая или плоская отвертка. Перед дальнейшими шагами необходимо рассчитать максимальный ток, подаваемый на моторы. Для разных драйверов используются разные формулы, самые популярные будут указаны в таблице ниже:

Значение максимального тока (Imax) зависит от двигателя, которым управляет драйвер. Это можно узнать из спецификации двигателя или по наклейки на нём. Далее указаны токи для самых популярных моделей двигателей:

17HS4401 - ток 1,7 А

17HS8401 - ток 1,8 А

17HS4402 - ток 1,3 А

Подставив значение в формулу, мы получим значение Vref для максимального тока, подаваемого на двигатель. Но при таком значении двигатель будет сильно греться, поэтому полученное значение Vref необходимо умножить на 0,7. Например, для двигателя с максимальным током в 1,5 А и драйвером TMC 2208:

Vref = 1,5 * 1,41 * 0,7 = 1,48 В

Теперь полученное значение можно использовать при настройке на самом принтере. Для этого отключите провода, идущие к моторам, включите принтер и поместите один щуп вольтметра в центр подстроечного резистора, а второй щуп к отрицательной клемме на блоке питания (также можно использовать отрицательную клемму на плате принтера и контакт на драйвере, обозначенный как GND). Вы увидите некоторое значение на экране вольтметра. Поверните подстроечный резистор по часовой стрелке, чтобы уменьшить значение Vref и против часовой, чтобы увеличить.

Внимание: не следует указывать значение Vref выше максимального рассчитанного для вашего двигателя! Иначе двигатель в скором времени сломается!

Когда вы настроите значение на драйверах, то можете выключить питание принтера, присоединить провода моторов и собрать корпус обратно. На этом настройку драйверов можно считать законченной.

Шаги двигателей

При настройке шагов двигателей вам понадобится линейка. Для удобства можно использовать программу Repetier-Host. Настройка для каждой из трех осей происходит по одному и тому же алгоритму:

1. Ставим каретку в нулевые координаты (Autohome или G28)

2. Передвигаем каретку на некоторое расстояние

3. Измеряем, на какое расстояние прошла каретка

4. Рассчитываем правильное количество шагов на миллиметр по формуле:

Истинные шаги на миллиметр = текущие шаги на миллиметр * указанное расстояние / пройденное расстояние

Например, в принтере было указано 100 шагов/мм, приказываем принтеру переместится на 80 мм, а принтер проходит 87,5 мм. Тогда правильное значение шагов на миллиметр будет равняться 100 * 80 / 87,5 = 91,42 шагов/мм. Для удобства измерений можно закрепить на столе линейку, а на каретке тонкий предмет, например, иголку или булавку. Тогда можно будет крайне точно измерить пройденное расстояние. Для измерения расстояния в экструдере используется частично отличающийся алгоритм:

1. Вставляем пластик в экструдер

2. Обрезаем его прямо у выходного отверстия

3. Отдаем принтеру команду вытянуть пластик на некоторое расстояние (минимум 100 миллиметров)

4. Снова обрезаем пластик

5. Измеряем длину полученного отрезка пластика

6. Используем формулу из предыдущего алгоритма

Далее данные настройки нужно вставить в прошивку в строке:

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {X,Y,Z,E0}

Вместо X,Y,Z и E0 должны стоять значение шагов на миллиметр для каждой из осей соответственно. Иначе, необходимо вставить в начальный GCODE данную строку:

M92 Ennn Xnnn Ynnn Znnn

Вместо nnn в каждом из параметров необходимо подставить шаги на миллиметр для каждой оси. Если вы хотите настроить шаги только не для всех осей, то можно убрать ненужные параметры.

Ускорение

Данный параметр отвечает за скорость изменения скорости. То есть насколько быстро принтер будет изменять свою скорость. Это влияет на характер перемещения хотенда относительно стола. Если ускорение слишком маленькое, то принтер будет медленно печатать, если же оно слишком большое, то внешняя поверхность модели будет обладать визуальными дефектами: около каждого из углов будут видны угасающие волны как на картинке ниже.

Для настройки ускорения нужно следовать простым шагам:

1. Нарезать модель стандартного тестового кубика с толщиной стенок равной одному диаметру сопла, без заполнения и верхних слоев, дно 2-3 слоя;

2. Открыть GCODE файл в блокноте;

3. Найти команду G28 в самом начале и вставить после неё данные строки:

M201 X5000 Y5000

M204 P500 T500

1. Сохраните изменения, напечатайте модель по полученному GCODE и отметьте при каких параметрах P и T она печаталась;

2. Откройте тот же GCODE файл и измените значения P и T во второй строке, добавив к каждому из них по 500;

3. Повторите пункты 4-5 как минимум 3 раза;

В результате вы получите несколько тестовых кубиков, на части из которых будут видны волны у углов. Выберите кубик, напечатанный с наибольшими параметрами P и T, но чтобы на нём не было видно волн. Цифра в параметре P будет искомым значением ускорения. Чтобы сохранить данное значение необходимо найти в прошивке 2 строки:

#define DEFAULT_MAX_ACCELERATION {X,Y,Z,E0}

#define DEFAULT_ACCELERATION {nnn}

Вместо X и Y следует поставить ускорение, в два раза выше найденного ранее. А вместо nnn необходимо поставить найденное ранее значение ускорения. Иначе необходимо вставить строку в начальный GCODE:

M204 Pnnn Tnnn

В параметрах P и T нужно поставить значение найденного ускорения. После этого настройку ускорения можно считать завершенной.

Рывок

Рывком обозначается то, с какой скорости начинать ускорятся. Он влияет на модель схожим образом, как и ускорение: создает рябь около углов модели. Но также увеличивается выпячивание углов, если рывок слишком мал. Настройка рывка также схожа с настройкой ускорения:

1. Нарезать модель стандартного тестового кубика с толщиной стенок равной одному диаметру сопла, без заполнения и верхних слоев, дно 2-3 слоя.

2. Открыть GCODE файл в блокноте

3. Найти команду G28 в самом начале и вставить после неё данные строки:

M205 X5 Y5

1. Сохраните изменения, напечатайте модель по полученному GCODE и отметьте при каких параметрах X и Y она печаталась

2. Откройте тот же GCODE файл и измените значения X и Y во второй строке, добавив к каждому из них по 2

3. Повторите пункты 4-5 как минимум 3 раза

В результате у вас получится несколько кубиков. Найдите кубик на котором не будет ряби, напечатанный при наибольших параметрах X и Y. Это и будет значением рывков для вашего принтера. Чтобы сохранить их необходимо найти в прошивке строку:

#define DEFAULT_XJERK nnn

#define DEFAULT_YJERK nnn

Необходимо подставить значения рывков для осей X и Y соответственно. Иначе необходимо подставить в стартовый GCODE команду:

M205 Xnnn Ynnn

Вместо nnn нужно подставить значение рывка, найденное ранее. На этом завершается настройка рывков.

Скорость

На самом деле существует множество различных параметров скоростей, значения для которых сильно разнятся. Далее рассмотрим основные из них:

• Скорость перемещения

Этот параметр отвечает за перемещение сопла без выдавливания пластика. Значение находится в пределах от 80 до 120 мм/с. Ограничивается только максимальной скоростью, с которой могут вращаться двигатели. Не влияет на модель

• Скорость печати первого слоя

Данная скорость важна, так как она косвенно влияет на адгезию модели к столу. Обычно находится в пределах от 15 до 30 мм/с

• Скорость печати стенок

           -Скорость печати внутренних стенок

            Обычно ставится около 60 мм/с, влияет только на прочность модели. Зависит        от максимального количества пластика, который может продавить экструдер через сопло

           -Скорость печати внешних стенок

            Обычно около половины от скорости печати внутренних стенок (30 мм/с).Влияет не только на прочность модели, но и на внешний вид: чем ниже данная скорость - тем ровнее будут стенки.

• Скорость печати заполнения

Стандартным значением является 80 мм/с, влияет только на прочность модели

• Скорость печати дна/крышки

Обычно выставляется от 20 до 40 мм/с, от неё зависит качество верхнего слоя модели: чем ниже значение - тем ровнее крышка.

Все вышеуказанные параметры подбираются экспериментальным путем. Обычно действует простое правило: выше скорость - ниже качество. Поэтому не стоит пытаться найти идеальное значение для всех ситуаций. Лучше найти значения для быстрой печати, качественной печати и среднее, которое будет использоваться для большинства моделей.

Проверка настроек

Последним этапом настроек любого из вышеописанных параметров будет проверка результата. Если вы записывали параметры в прошивке или сохраняли их в EEPROM, то можете использовать команду M503. Она выведет все настройки принтера на компьютер. Для проверки настроек на практике можно распечатать несколько тестовых моделей:

Классический Benchy

Простой калибровочный куб

Калибровочный кот

На каждой из вышеуказанных моделей будет хорошо видны дефекты, если они ещё остались после настройки механики.