Stampa ad alta velocità: quali opzioni ci sono

Quando si tratta di stampa ad alta velocità ci sono due cose da considerare: hardware e software. L'hardware è la struttura meccanica della stampante, il software è il firmware che controlla il dispositivo.

Hardware

Iniziamo con l'hardware. La maggior parte delle stampanti economiche utilizza cuscinetti a rulli per la trazione. Si tratta di piccole ruote in gomma che si inseriscono nelle scanalature delle estrusioni di alluminio. Sono economici e piuttosto facili da installare e anche la manutenzione è relativamente semplice. Tuttavia, il problema è che questi cuscinetti tendono a muoversi quando sono allentati e ad attaccarsi all'alluminio quando vengono serrati eccessivamente, quindi nel tempo avranno bisogno di qualche regolazione per non compromettere la precisione dimensionale e per non avere troppi residui di materiale se si vuole stampare a maggiore velocità.

Per evitare questi problemi è utile un upgrade ad altre forme di controllo del movimento, come ad esempio i cuscinetti lineari, o guide lineari. Queste opzioni hanno meno attrito e non richiedono il serraggio delle barre o dei binari. È richiesta relativamente poca manutenzione, di solito solo pulizia e ingrassaggio. I cuscinetti lineari sono relativamente economici, mentre le guide lineari possono essere un po' più costose, ma sono estremamente resistenti e sono i componenti di movimento preferiti per la stampa ad alta velocità. Si trovano comunemente sugli assi X e Y delle macchine CoreXY, a volte anche sull'asse Z. Come ad esempio la stampante Voron Switchwire, che ha un sistema di movimento CoreXZ. Puoi persino trovarli nei Community Design relativi a scivoli cartesiani per tutti gli assi.

Ridurre il peso delle parti mobili può anche aiutare contro le vibrazioni. Più queste sono pesanti, maggiore sarà lo slancio generando maggiori forze durante l'accelerazione e la frenata. Se la tua stampante ha una piastra in vetro, meglio optare per piatto di stampa in PEI, bello, leggero e molto efficace. I Bedslinger soffrono particolarmente le vibrazioni perché il letto è costituito da una spessa lastra di alluminio. Questo non è il caso di altri cartesiani. Ad esempio, le stampanti della famiglia Ender 5 hanno un letto che si sposta solo sull'asse Z e che viene utilizzato solo per i cambi di strato e gli Z-hop, non per gli spostamenti di stampa effettivi.

Lo stesso vale per l'hot-end. Disponi di un sistema Direct-Drive con un grande motore passo-passo che aziona l'estrusore? Non è l'ideale. Puoi scegliere un motore passo-passo pancake in sostituzione o, meglio ancora, un estrusore leggero con un motore piccolo come Bondtech LGX Lite.

Un cavo Bowden è più vantaggioso per ridurre le vibrazioni grazie al suo peso leggero, ma i cavi Bowden hanno altri problemi.

Firmware

Quindi abbiamo visto quali cambiamenti bisognerebbe apportare all'hardware, ma per quanto riguarda il firmware? È qui che le cose si complicano. Ci sono molteplici possibilità. Di solito viene utilizzato un Raspberry Pi, su cui è installato il firmware e che è collegato alla scheda principale della stampante.

Essenzialmente tutta la potenza di elaborazione viene utilizzata dal Pi e il tuo circuito stampato originale è occupato solo dall'esecuzione dei comandi. Klipper presenta alcuni seri vantaggi rispetto al firmware Marlin standard che si trova su molte stampanti attuali. In primo luogo, i Raspberry Pi hanno molta più potenza di elaborazione rispetto alle normali schede madri e possono ospitare molte funzionalità firmware nuove o migliorate come Pressure Advance, possono anche ospitare un'interfaccia con cui puoi interagire tramite il tuo browser. I Raspberry Pi hanno Wi-Fi integrato e una porta Ethernet, quindi non è un problema. Invece, Klipper utilizza i file di configurazione per controllare la scheda madre e tutte le sue funzioni. Tutto quello che devi fare è aprire questo file di testo nell'interfaccia web e regolare un'istruzione, quindi salva e riavvia e il gioco è fatto, senza schede SD e senza scorrere centinaia di righe e dozzine di pagine del firmware. I file cfg sono super corti e compatti. I Pi hanno anche porte USB in modo da poter collegare una webcam per tenere d'occhio la stampa quando ti trovi in un'altra stanza, e ci sono anche app per cellulari che possono connettersi a Klipper in modo da poter monitorare la stampa anche da remoto.

Ma la caratteristica che sta riscuotendo più successo nelle Community è l'Input Shaping. Si tratta di una funzione che misura le frequenze di risonanza di una stampante mentre si sposta e le compensa durante la stampa. Quando la testina di stampa accelera o rallenta, crea una vibrazione a una certa frequenza e la sagomatura dell'input compensa questa vibrazione indesiderata, consentendo di aumentare notevolmente la velocità. Le stampanti più popolari con firmware Klipper che utilizzano l'Input Shaping sono i dispositivi della serie Voron.

Sembra fantastico, vero? E lo è! C'è solo un problema minore: a causa dei problemi della catena di approvvigionamento degli ultimi anni e la carenza di chip, i Raspberry Pi sono diventati piuttosto costosi e spesso ci sono lunghe attese per averne uno. Un altro problema è che configurare un Pi con Klipper non è una cosa così facile. Esistono ottime guide e tutorial sul web, ma sono comunque un po' complicati per i principianti della stampa 3D.

Che cosa si può fare?

Beh, ci sono diverse possibilità. La prima è una scheda principale che contiene una scheda secondaria che funziona proprio come un Pi. Una possibilità sarebbe la serie Manta di BIGTREETECH (vedi qui). La scheda CB1 si aggancia semplicemente alla scheda madre Manta e il processo di installazione è simile a quello di un normale Raspberry Pi. Sebbene sia molto più economico, c'è ancora molto da fare per farlo funzionare: installare il Pi-System-Image, installare Kipper con Kiauh, ottenere l'accesso SSH e quindi compilare il firmware. Sebbene la curva di apprendimento non sia ripida, può sembrare scoraggiante per qualcuno che non ha familiarità con queste cose.

L'opzione successiva è il Klipper Pad, ne abbiamo due nel nostro shop: il Creality Sonic Pad e il FLSUN Speeder Pad. Nel momento in cui scriviamo, Creality Sonic Pad aveva 21 profili preconfigurati, principalmente per le proprie stampanti, ma anche per Prusa Mini. La particolarità del Sonic Pad è che supporta qualsiasi stampante dotata dei chip del processore utilizzati in questi 21 profili. Ad esempio, Ender 3 S1 utilizza un STM32F104, ma anche molte altre stampanti utilizzano questo chip, come Artillery Sidewinder X1 e X2, che hanno una Ruby-Mainboard. Quindi questa stampante è compatibile anche con il Sonic Pad.

Sebbene esistano numerose stampanti compatibili con Sonic Pad, questo non è adatto a tutti. Un'eccezione è la SKR Mini E3 V3.0, che è l'aggiornamento della scheda madre più popolare per la serie Ender in quanto ha le stesse dimensioni della scheda originale, quindi è davvero facile da installare e configurare. Qui viene utilizzato un STM32G0B1, che sfortunatamente non è in questo elenco.

Per scoprire quali chip sono compatibili con il Sonic Pad e come installarlo per la tua stampante, abbiamo realizzato un video sull'argomento che puoi trovare qui.

Ci sono altre opzioni oltre al pad? Bene, è qui che entra in gioco il firmware Marlin. Potresti avere familiarità con Marlin, su cui si basa quasi tutto il firmware delle stampanti 3D più economiche. È open source, scaricabile gratuitamente e adatto a molte schede madri per stampanti. Marlin 2.1.2 è stato rilasciato a dicembre 2022 e lo abbiamo testato su alcune stampanti con grande successo. Guarda il nostro video a riguardo.

Configurare Marlin è un po' più difficile che configurare un pad, ma fortunatamente ci sono molti tutorial online che possono aiutarti in questo, e Marlin offre profili firmware preconfigurati per molte stampanti. Basta guardare qui.

Per configurare Marlin, devi prima avere un programma per modificarlo. Ce ne sono diversi, ma consigliamo Visual Studio Code.

È inoltre necessaria un'estensione denominata PlatformIO come IDE per abilitare la modifica. Puoi cercarlo nella barra laterale delle estensioni di VSCode. Una volta che li avrai, avrai bisogno di una nuova copia di Marlin. Una correzione del bug di Marlin 2.1.2 è disponibile qui.

Scarica tutto e apri la cartella in VSCode. Ora puoi scaricare uno dei profili configurati da prima, le parti più importanti sono configuration.h e configuration_adv.h e questi possono essere copiati nella cartella Marlin per sovrascrivere lì le versioni raw. A meno che tu non abbia modificato la tua stampante in qualche modo, come nuovi aggiornamenti, in pratica hai finito con la configurazione iniziale. Tuttavia, per far funzionare l'Input Shaper di Marlin, è necessario eseguire alcuni test. Per prima cosa devi attivare l'Input Shaping nel firmware. Per fare ciò, apri VSCode con il firmware, vai su configuration_adv.h nella barra laterale, premi CTRL-F per avviare la ricerca, digita "input shaping" e verrai indirizzato alla relativa sezione. Decommenta le righe:

//#define INPUT_SHAPING_X
e
//#define INPUT_SHAPING_y

Decommentare significa semplicemente rimuovere la doppia barra, che considera qualsiasi cosa che segue la stessa riga come un commento, non un comando.

Se stai usando uno schermo come un LCD12864 (schermata predefinita di Ender 3), sarebbe anche utile decommentare la riga:

// #define SHAPING_MENU

Ciò consente un'opzione di menu per la messa a punto dei valori di Input Shaping, rendendo la configurazione molto più efficiente in quanto non è necessario modificare il firmware ogni volta che i valori vengono modificati.

Ora che l'Input Shaping è abilitato nel firmware, puoi compilare il firmware. La semplice scelta della giusta configurazione non è sufficiente, poiché molte stampanti hanno schede madri diverse e anche quelle schede madri possono avere processori diversi.

Ad esempio, l'Ender 3 V2 potrebbe avere una scheda madre v4.2.2 o una scheda madre v4.2.7 e la scheda 4.2.2 potrebbe avere un chip STM32F103 o un chip GD32F303. Quindi vai alla pagina Configuration.h nella barra laterale e digita di nuovo CTRL-F e #define motherboard per trovare la riga giusta. Per una scheda Creality v.4.2.2 o V4.2.7 è semplice come cambiare la riga in:

#define MOTHERBOARD BOARD_CREALITY_V4

Potrebbe non essere necessario modificare alcunché per altre stampanti, ma i valori corretti per le schede madri utilizzate da Marlin sono memorizzati nella pagina boards.h. Per trovarle vai nella barra laterale e clicca su "src" poi "core" poi "boards.h", qui troverai un elenco delle schede utilizzabili, basta cercare quella che è integrata nella tua stampante.

Dopodiché devi scegliere il chip giusto. Vai alla barra laterale, fai clic su platformio.ini e all'incirca nella parte superiore della pagina troverai la riga:

default_envs = [CORRECT CHIP]

Lì puoi inserire il chip corretto (ricorda che è stampato sul chip sulla tua scheda madre), fortunatamente VSCode ha un'opzione di riempimento automatico in modo da poter selezionare facilmente il chip giusto.

Ecco fatto, ora è tutto pronto. Non ti resta che compilare il firmware e copiarlo sulla tua scheda SD. Per fare questo vai su VSCode e nella parte inferiore dello schermo troverai un'icona di spunta, fai clic su di essa e inizierà a controllare il firmware per vedere se ci sono problemi. Questo è molto utile in quanto possono verificarsi errori e se ne viene trovato uno ti darà informazioni su dove si trova il problema. Dopo un minuto il firmware verrà compilato e troverai il file del firmware nella cartella del firmware che hai scaricato nella directory:

[FIRMWARE FOLDER] \.pio\build\ [CHIP MODEL] \

Questo è il file .bin che ti serve. Su alcune schede devi semplicemente rinominare il file in firmware.bin. Prima di copiare questo file su una scheda SD, si consiglia di formattare la scheda SD. Una volta fatto ciò e il file .bin è sulla scheda, puoi semplicemente inserirlo nella stampante e accenderla. Il flashing del firmware dura solo 10 secondi o anche meno. Se ottieni solo una schermata vuota senza che nulla cambi, qualcosa è andato storto, probabilmente un problema di compatibilità del firmware, quindi controlla che sia selezionato il modello di scheda e chip corretto. Potrebbe anche essere necessario verificare quali stepper driver sono stati selezionati nel firmware e assicurarsi che corrispondano alla scheda madre.

Ora puoi iniziare il test!

Una buona guida ai test può essere trovata qui.

Assicurati di scaricare e stampare il Ringing Tower stl che trovi qui.

Per questo consigliamo il Prusa Slicer poiché puoi modificare i comandi Gcode per ogni livello. Questo è importante perché è necessario testare frequenze comprese tra 15Hz e 60Hz. Per fare ciò in una singola stampa, la frequenza deve essere modificata per ogni strato. Per questo possiamo usare il comando Gcode:

"M593 F{(layer_num < 2 ? 0 : 15 + 45.0 * (layer_num - 2) / 297)} ; Hz Input Shaping Test"

Inserisci questo codice nella sezione Impostazioni stampante > Dopo cambio strato G-code di Prusa Slicer. Stampa il file con Spiral Vase abilitato, con un'altezza dello strato di 0,2 mm e ad alta velocità, abbiamo provato 250 mm/s per una Ender 3, per una macchina CoreXY o Delta puoi provare un valore ancora maggiore. Assicurati che qualsiasi accelerazione, strappo o altre impostazioni che influenzano la velocità siano disattivate; un'impostazione che viene facilmente trascurata è il tempo di spostamento minimo nelle impostazioni di raffreddamento. Nelle impostazioni della stampante, assicurarsi che le impostazioni della macchina siano impostate su "Ignora". Inoltre, non è necessario regolare l'orientamento del modello a meno che non si utilizzi una stampante CoreXY. In questo caso, è necessario regolare l'orientamento di 45 gradi.

Una volta completata la stampa, puoi vedere come ogni frequenza ha influenzato il ringing su ciascun piano per gli assi X e Y. Seleziona il livello in cui si è verificato l'ultimo ringing e usa i calibri o un righello per misurare dalla base a quel livello. Puoi quindi inserire questo valore qui nel calcolatore TH3D e hai già i tuoi valori per la modellazione dell'input. Tuttavia, consigliamo di ripetere il test per un valore più preciso.

Ora puoi inserire i valori nel firmware. Per noi su un Ender 3 V2 abbiamo ottenuto una frequenza di 56,36 per l'asse X e 45,00 per l'asse Y, quindi il nostro firmware ha questo aspetto:

#define SHAPING_FREQ_X 56.36

#define SHAPING_FREQ_Y 45.00

Congratulazioni! Il firmware è pronto.....quasi! Consigliamo vivamente di abilitare il feed lineare se non è già abilitato. Molte stampanti non utilizzano ancora questa funzione, il che è un peccato in quanto migliora notevolmente la qualità di una stampa quando ci sono molti cambi di velocità o bruschi cambi di direzione. C'era un problema di compatibilità con le carte Creality, ma fortunatamente è stato risolto. Michael di Teaching Tech ha un'ottima guida all'avanzamento lineare qui.

Ok, ora hai davvero finito! Per una Ender 3 V2 standard, la migliore velocità di stampa è di circa 150 mm/s, ma se aggiorni l'estrusore e l'hot-end puoi raggiungere velocità più elevate, poiché l'estrusore e l'hot-end di Ender 3 V2 non sono realmente progettati per velocità e flusso elevati. Quale estrusore e hot-end dovresti utilizzare dipende dalla tua stampante, ma se vuoi provare una stampante della serie Creality Ender, Sprite Extruder Pro sarebbe una buona opzione. Si tratta di un estrusore Direct Drive e di una combinazione di hot-end con una temperatura massima di 300 °C, quindi puoi stampare una gamma più ampia di tipi di filamento, ma puoi anche aggiornare a qualcosa con un po' più di potenza come un Hemera, che puoi acquistare a parte e può essere montato anche con un Volcano Block.

Hai già provato Marlin 2.1.2 con Input Shaping e Creality Sonic Pad, quale pensi funzioni meglio? Faccelo sapere commentando sul nostro canale Youtube, dove trovi regolarmente recensioni, progetti originali, consigli e trucchi per la stampa 3D!