程序与技术分享:3D打印机如何添加自动调平功能

简介: 程序与技术分享:3D打印机如何添加自动调平功能

原理说明


Kossel/Rostock等Delta(并联/三角洲)类型的机器,可以参考:


3d打印打印时最重要的是第一层的效果,如果第一层能够很好的粘在打印平台上,后面的如果不出意外,都可以顺利完成。但是第一层的打印并没有那么容易,其中一个原因就是打印平台是否水平的问题。如果平台不水平,可能导致模型的第一层在一个位置非常牢固,在另一个位置却根本没有粘上。甚至会损坏打印头(平台不平,由低的位置运动到高的位置可能会撞坏打印头)。


本教程将通过图文及视频的方式演示为你的3d打印机添加自动调平功能。以后再也不用手动调平了。这里介绍的是用官方Marlin固件的方式,不是rostock或kossel等Delta版本的Marlin,Delta版本的配置有可能会在以后推出。


自动调平的局限性


虽说是自动调平,但是现在的调平功能时有局限性的,即你的打印平台是平的(没有弯曲或凹凸情况),但你的平台并没有放置到水平的位置(或与打印头垂直)。如果你的打印平台是弯曲的或凹凸不平,理论上来说是不起作用或作用很小的。所以建议大家的打印平台是玻璃之类的平整度非常高的平面。


基本原理


电子世界里,任何的测量都需要传感器来实现。而调平用的传感器其实就是Z轴的零位置限位开关(Z-min)。为了实现Z-min对不同XY坐标的探测,Z-min的安装位置需要跟着打印头一起移动,但Z-min如果在打印头旁边,如果在打印时可能会碰到打印的物体从而损坏模型。所以在标准XYZ三轴打印机中,常常通过添加一个小舵机来控制Z-min的收起和放下,即需要触发Z-min时(回零或调平),通过舵机放下Z-min;不用的时候就会收起Z-min。具体舵机安装将在下一个环境说明。


由于Z-min不在只用于回零来使用,所以在打开自动调平功能后,回零也就有所区别。请看下面视频的前面一段,发送G28(XYZ全部回零)命令后,XY分别回零,然后XY分别运动到打印平台中心位置,放下Z-min,来完成Z轴的回零。并且如果XY轴没有回零,并不能单独为Z轴回零。Z轴的回零位置是一个基准点,即在(x,y)坐标位置的Z零点。后面的调平都是根据这个点的偏移来确定的。


请看视频的后半段,发送G29(自动调平命令)后的反映,打印机的Z-min会移动到四个不同XY坐标(固件中可以配置)进行探测。并且得到四个位置相对于G28确定的基准点的Z位置进行对比和计算,得到打印平台的倾斜程度,从而在以后的运动中,将各个位置的Z偏移补偿进去(同一层打印时,Z轴可能会动),从而完成自动调平功能。


如果你明白了基本的原理,再进行后面的工作就很顺利了。


硬件准备及配置


硬件安装


所需硬件


1、一个小舵机,大家可以看到我用的舵机是9G型号。理论来说用什么型号都可以,但是小了不会占用太多空间;


2、一个小限位(机械式),小限位开关即可(鼠标按键),带柄不带柄都可以,我用的不带柄的;


3、固定舵机在加热头运动部件上的小零件,我是自己打印的,不太合适,最后用502粘上的;


4、固定限位开关的触碰柄,我也是打印的,这个基本上是标准的可以在这里下载:thingiverse ;


5、支持舵机接口的打印机控制板,这里以MakerLab的Mega controller为例;


安装


由于每个人的打印机都不同,就不说了。总之就是保证尽可能少的影响其它部件的情况下,固定舵机,并且限位开关的柄可以收放自如,并且收起后,打印头的高度要低于限位的高度,即打印时限位开关舵机等零件不能妨碍打印的进程。


注意:安装限位开关触碰柄的时候,注意舵机的极限角度的位置(0度和180度),因为咱们用舵机主要两个位置最关键,一个是收起限位时,一个是放下限位时,这两个位置都不要太靠近舵机的0和180度位置(即舵机的极限位置),极限位置的舵机不稳定,并且可能容易烧舵机。 大家注意。


下图是舵机即固定舵机的部分:


下图是限位开关收起后的位置,不会妨碍打印及其它部分的运动:


下图是限位开关放下后的效果,放下后,限位开关当然要比打印头的位置更低才可以,否则打印头都撞车了,限位开关还没触发:


接线


Mega Controller已经引出了四路舵机接口,都是标准的接口,所以将舵机线连接到图片所示位置,标记为30的位置即可,主要舵机线中黄色的为信号线,对应控制板子上的S标记。如果:


舵机角度确定


由于舵机是用于做调平,调平的准确性直接影响了打印的效果。所以舵机的角度控制就至关重要,而这个角度参数(两个角度,收起和放下时舵机分别所处角度)非常重要,需要用于固件的配置。


修改固件


默认的Marlin固件并没有添加对舵机的支持(可以剩下RAM和ROM空间)。所以首先打开你的Marlin固件,找到Configuration.h文件,搜索“NUM_SERVOS”关键词(670行左右),来到


c


//#define NUM_SERVOS 1 // Servo index starts with 0 for M280 command


然后将最前面的//删除,并将后面的数字改为1,默认该数字可能是3.


修改完成后,其它参数不变,上传新固件到控制板。完成后,打开你用的最顺手的上位机软件,我以printrun为例,选择串口和波特率,连接。连接成功后,就可以测试舵机是否可以控制了。在发送命令区域,输入命令M280 P0 S100,其中M280是用于控制舵机的G代码,P0标识第一个舵机,如果你有其它舵机,可以用P1、P2等来分别控制,S后面的数字表示舵机运动的角度,输入命令后,点击Send(发送)或回车。


此时,如果一切都配置得当,你应该看到了舵机会动,如果不动再试一下其它的角度即更换S后面的数字,如果其它角度依然不动,请检查接线即固件是否正确。(注意,Ramps用户直接接在舵机接口位置是不能用的,因为舵机接口默认是不供电的,需要将Ramps复位按键旁边的两个电源接在一起才可以,标记为VCC和5V,将这两个端子连接,就可以为舵机供电了。)


测试角度


由于舵机角度不能通过其它方式获得,只能需要你自己进行实际的测试,所以通过发送上面的命令,不断修改S后面的角度值,来得到两个比较完美的角度分别对应收起和放下时的位置。记在旁边备用。


我通过测试,找到的角度为:


放下角度为:125度;


收起角度为:42度;


你的配置不太可能跟我的一样,所以一定要自己测试一下。


处于放下状态时,输入M280 P0 S42命令后的效果是这样的:


处于收起状态时,输入M280 P0 S125命令后的效果是这样的:


如果得到的角度你很满意,即不影响其它部分运动,也可以在放下时进行正常调平,那么就可以进入下一环节了。


RAMPS1.4的板子舵机是接在哪里,麻烦能说下嘛?


注意,Ramps用户直接接在舵机接口位置是不能用的,因为舵机接口默认是不供电的,需要将Ramps复位按键旁边的两个电源接在一起才可以,标记为VCC和5V,将这两个端子连接,就可以为舵机供电了。


参考图片,其中紫色框内的两个针需要接在一起,否则舵机没有供电;红色框就是第一个舵机应该接的位置:


好的,再请教一下,这个在玛林里面是不是要把引脚改为11


不需要改,配置好舵机数量,发送命令时M280 P0 S42中的P0就是指的这个管脚对应的舵机


按本页修改后在打开上位机,舵机转到一个角度


但是在上位机输入M280 P0 SX没有反应,这里X表示一个数,我用的是RAMPS1.4的板子,上位机是PRONTERFACE,


各个参数都配置正确了//代码效果参考:http://hnjlyzjd.com/xl/wz_24281.html

吗?

#define NUM_SERVOS 1 按你的教程改了这里


然后5V供电也跳线了,我输入M280 P0 SX没有反应


我输入G28 XYZ可以回零,z回零的时候,舵机会转下来,舵机上的限位开关碰到底板后舵机就转上去,


看上去舵机和限位开关是能正常工作的,


但是M280 P0 S。。这个代码没有起到作用


我在网上搜了下国外的贴子,好像在在PINS。H这个文件里面设置P11接口?是不是这个原因?


能调平说明正常。是不是你输入命令时有问题


M280 P0 S34


这就是我发送的指令,字母都是大写三个一起发的,中间空格空开,是这样吗?


没错,舵机不动?试试其它角度


不动,我这两天试了很多个值,呵呵


可以了,我把M280 P0 S34


中的M换成小写的m可以了,为什么不能识别大写的,我开始一直以为是要大写


是很寄怪,我一直记得G代码这些都是要大写的,我输入的是小写但是他信框里的又是大写


固件配置


完整板的固件配置说明可以参考这里: 。


这里只说明与自动调平有关的参数。


舵机相关


如果你需要舵机来收起、放下调平探针(Z-min限位开关),那么舵机相关的参数是必须要配置的。如果你的板子是Mega Controller(我们的合体板子),将舵机连接在Servos接口,标记30的位置。


还记得上一部分讲到的通过发//代码效果参考:http://hnjlyzjd.com/hw/wz_24277.html

送命令来获得放下和收起调平探针的角度吗?我的角度分别是:

放下:125度;


收起:42度;


每个人的数据都不太可能一样,一定要用自己的数据,得到这两个数据后,修改固件配置文件的:


// Servo Endstops


//


// This allows for servo actuated endstops, primary usage is for the Z Axis to eliminate calibration or bed height changes.


// Use M206 command to correct for switch height offset to actual nozzle height. Store that setting with M500.


//自动调平探针安装的哪个轴,-1表示关闭,0标识在此轴上,分别上XYZ,将下面两行代码原有的“//”删除,如下


#define SERVO_ENDSTOPS {-1, -1, 0} // Servo index for X, Y, Z. Disable with -1


#define SERVO_ENDSTOP_ANGLES {0,0, 0,0, 125,42} // X,Y,Z Axis Extend and Retract angles


//定义xyz三个轴上舵机放下和收起后的角度。将之前获得的角度数据填在Z轴对应的位置,即第5(放下角度)和第6(收起角度)个数据。


改完上面的参数后,舵机相关的参数就配置完成了。


自动调平功能开启及相关参数


上面已经配置好了舵机的相关参数,但是要想实现自动调平,还需要配置下面这段区域的参数:


//============================= Bed Auto Leveling ===========================


//是否开启自动调平功能,如果开启,删除前面的//


//#define ENABLE_AUTO_BED_LEVELING // Delete the comment to enable (remove // at the start of the line)


//下面开始是针对自动调平功能的具体设置


#ifdef ENABLE_AUTO_BED_LEVELING


// these are the positions on the bed to do the probing


//自动调平时的4个位置,为了防止测试时挤出机超出XY轴的范围,可以适当调整下面参数,让这几个参数都靠近打印平台中心位置的坐标


#define LEFT_PROBE_BED_POSITION 15


#define RIGHT_PROBE_BED_POSITION 135


#define BACK_PROBE_BED_POSITION 160


#define FRONT_PROBE_BED_POSITION 20


// these are the offsets to the prob relative to the extruder tip (Hotend - Probe)


//调平传感器与挤出头的坐标偏移,加热头坐标-调平探针坐标,这里的参数可以不调整,因为手动测量这几个数据精确性实在太差,暂时保留之前的默认值即可。下面的参数是我调出来的,大家不要用我的参数。


#define X_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -34


#define Y_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER 8


#define Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -14.3


#define Z_RAISE_BEFORE_HOMING 4 // (in mm) Raise Z before homing (G28) for Probe Clearance.


// Be sure you have this distance over your Z_MAX_POS in case


//回原点前,z轴升起的距离,放置太低,调平探针无法放下


#define XY_TRAVEL_SPEED 8000 // X and Y axis travel speed between probes, in mm/min


//调平时,XY轴的运行速度


#define Z_RAISE_BEFORE_PROBING 15 //How much the extruder will be raised before traveling to the first probing point.


//运行到第一个调平点前,Z轴升起的距离


#define Z_RAISE_BETWEEN_PROBINGS 5 //How much the extruder will be raised when traveling from between next probing points


//运行到下一个调平点前,Z轴升起的距离


//If defined, the Probe servo will be turned on only during movement and then turned off to avoid jerk


//The value is the delay to turn the servo off after powered on - depends on the servo speed; 300ms is good value, but you can try lower it.


// You MUST HAVE the SERVO_ENDSTOPS defined to use here a value higher than zero otherwise your code will not compile.


//舵机关闭延时,为了防止抖动,建议开启这个功能。否则舵机会抖动。后面的参数保持默认只即可。


#define PROBE_SERVO_DEACTIVATION_DELAY 300


//If you have enabled the Bed Auto Levelling and are using the same Z Probe for Z Homing,


//it is highly recommended you let this Z_SAFE_HOMING enabled!!!


//Z轴安全回零配置。开启后,Z轴回零前,XY必须先回零才可以


#define Z_SAFE_HOMING // This feature is meant to avoid Z homing with probe outside the bed area.


// When defined, it will:


// - Allow Z homing only after X and Y homing AND stepper drivers still enabled


// - If stepper drivers timeout, it will need X and Y homing again before Z homing


// - Position the probe in a defined XY point before Z Homing when homing all axis (G28)


// - Block Z homing only when the probe is outside bed area.


#ifdef Z_SAFE_HOMING


#define Z_SAFE_HOMING_X_POINT (X_MAX_LENGTH/2) // X point for Z homing when homing all axis (G28)


#define Z_SAFE_HOMING_Y_POINT (Y_MAX_LENGTH/2) // Y point for Z homing when homing all axis (G28)


#endif


// with accurate bed leveling, the bed is sampled in a ACCURATE_BED_LEVELING_POINTSxACCURATE_BED_LEVELING_POINTS grid and least squares solution is calculated


// Note: this feature occupies 10'206 byte


#define ACCURATE_BED_LEVELING


#ifdef ACCURATE_BED_LEVELING


// I wouldn't see a reason to go above 3 (=9 probing points on the bed)


#define ACCURATE_BED_LEVELING_POINTS 2


#endif


#endif


调平相关的固件配置也已经完成,但里面有几个关键参数还需要再次确定,否则得到的数据将不正确,暂时还不需要上传,下面的参数配置后再上传。请参考下一部分。


确定具体参数


上一部分已经配置了自动调平相关的所有参数,并且也已经把舵机收起放下的角度测量了出来。


要想正常使用自动调平,我们还需要精确测量下面三个参数:


#define X_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -34


#define Y_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER 8


#define Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -14.3


之前配置参数时,我们建议大家把上面的参数保持默认值即可。现在我们需要把这几个参数测试出来。


为了保证顺利测试,还需要配置下面这个参数:#define min_software_endstops true,此参数默认值是true,需要改为false,否则移动轴时,不能运行到小于0坐标的位置。改完这个参数就可以上传固件了。


确定上面几个参数的方法


为了能够更加精确的确认上面的三个参数,即挤出头与调平探针的精确偏移量,我们需要用3d打印机自带的这个三维坐标系统来确定,而不是用尺子量。


注意:如果用此方法,操作之前各轴的steps_per_mm参数必须计算正确,否则得到的数据是不准确的。


第一步、在打印平台的中间位置用笔标记一个参考点


为了能够保证精度,我们需要确定一个参考点,参考点可以选择打印平台上的任意位置,但是为了能够保证打印头和调平探针都能方便抵达,所以选择平台中心位置比较好。标记一个小点,就像下图:


第二部、放下探针移动调平探针刚好来到标记点位置并手动置零


放下探针(命令:M280 P0 S125【125改为你的放下角度】),并通过上位机上的手动操作按钮,移动XY两个轴让探针刚好来到标记点上方,然后再移动Z轴(最后阶段尽量用0.1mm的按钮),让探针刚好碰到打印平台。此时在上位机中输入命令:G92 X0 Y0 Z0。


第三步、移动打印头来到标记点位置并得到偏移量


收起探针,移动XY及Z轴,让打印头与平台之间的距离恰好能够通过一张A4纸。然后输入命令:M114来获取现在的坐标,你会得到类似与下面的信息:


ok C: X:-34.00 Y:8.00 Z:-14.3 E:0.00


而这些数据就是你的固件中所需要的三个偏移量,将这三个数据添加到你的固件中的位置即可。


修改完这个参数后,你可以将之前改的#define min_software_endstops false中的false重新改为true,保障打印机的安全。然后重新上传固件。自动调平功能的配置已经在你的打印机上配置完成了。开始真机测试吧。。


问答:


我不用舵机固件怎么改啊


请问,探针和挤出头之间的Z向距离 Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER,可以通过M指令进行调整吗,每次改0.1都要刷一次固件,好麻烦,能联机调试就方便了。


真机测试


固件上传完成后,你可以测试一下是否能够进行调平功能,为了能够保证调平探针顺利放下,最好将Z轴升至合适的位置,防止探针无法放下到位,而造成撞车现象。在上位机中点击上面的左下角小房子,注意是没有标记任何字母的那个,来进行XYZ三个轴的回零,


你会发现,回零跟没有添加自动调平功能前是有区别的,现在的回零是XY回零完成后,来到(Xmax/2,Ymax/2)坐标位置,放下Z探针,进行Z轴回零,并且,不能单独对Z轴进行回零,回零完成后输入G29自动调平命令,你会看到开始对固件中配置的4个点进行调平,此时你应当仔细观察,发现是否有超界的地方,如果有应该修改固件中的调平点的坐标。回零和调平的操作视频如下:


如果你的打印机也可以完成上面的动作,说明你的自动调平功能配置成功了,Oh,yeah。


如果你想测试一下自动调平功能是否有作用,可以故意把平台弄斜,比如我把玻璃的右边抬高了一个螺丝帽的高度。


然后经过回零、调平操作后,让Z轴坐标确定后,调整XY坐标,你会发现虽然你只是在改变XY坐标,但是Z轴为了能够适应平台不平的原因,Z轴也会动,并且各个位置Z轴与平台直接的距离是不会变的。


问答:


怎么样把G28这个调平功能增加到一个真正的打印文件里面啊


切片软件里的启动代码G28下面加上G29,比如像这样:


我不用舵机,调零传感器是可拆卸的,这样固件怎么改啊,还有我想在调零后热床向下移动一段距离后停止,好便于取下调零传感器,然后在手动点击启动打印


不用自动调平 打印文件的时候,都会开始归零


安装了鸵机后 Z轴怎么归零呢?

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