W jednym z poprzednich artykułów opisywałem montaż czujnika stołu w moim Graber i3. Ta modernizacja pozwoliła przejść od wyłącznie ręcznej regulacji do pomiaru położenia powierzchni stołu za pomocą Klipper.
Wtedy jednak praktycznie nie poruszyłem kwestii wyboru samego czujnika.
Obecnie dostępnych jest wiele gotowych rozwiązań do automatycznego pomiaru stołu. Do najbardziej znanych należą BLTouch i jego tańsze odpowiedniki, na przykład 3DTouch.
Jednak do swojej drukarki wybrałem zwykły czujnik indukcyjny.
Miałem ku temu kilka powodów.
Po co w ogóle potrzebny jest czujnik stołu?
Nawet jeśli stół drukarki 3D został ręcznie wyregulowany, jego powierzchnia nie musi być idealnie równoległa do płaszczyzny ruchu głowicy drukującej.
Ponadto sam stół może mieć niewielkie nierówności.
Podczas drukowania pierwszej warstwy jest to szczególnie widoczne: w jednej części stołu dysza znajduje się zbyt blisko powierzchni, a w innej — zbyt daleko.
Klipper pozwala zmierzyć położenie powierzchni w kilku punktach i wykorzystać uzyskane dane do kompensacji odchyłek.
Aby to zrobić, trzeba jednak w jakiś sposób określić odległość od stołu.
I tutaj istnieją różne podejścia.
BLTouch i 3DTouch — jak działają
BLTouch to czujnik z wysuwanym trzpieniem pomiarowym, który fizycznie dotyka powierzchni stołu.
Przed pomiarem trzpień wysuwa się, głowica drukująca opuszcza, a po kontakcie z powierzchnią czujnik generuje sygnał zadziałania.
Po zakończeniu pomiaru trzpień chowa się z powrotem.
3DTouch to popularna nazwa tańszych czujników o podobnej konstrukcji.
Główną zaletą takiego rozwiązania jest to, że czujnik określa położenie bezpośrednio powierzchni roboczej.
Materiał, z którego wykonany jest stół, praktycznie nie ma dla niego znaczenia.
Szkło, metal, PEI lub inna powłoka — jeśli trzpień może prawidłowo dotknąć powierzchni, czujnik jest w stanie wykonać pomiar.
To rzeczywiście uniwersalne podejście.
Ma jednak pewne cechy, które nie do końca mi odpowiadają.
Ruchomy mechanizm — potencjalny słaby punkt
Główną cechą BLTouch i 3DTouch jest wysuwany trzpień pomiarowy.
Aby czujnik działał prawidłowo, trzpień musi poruszać się swobodnie, poprawnie wysuwać i chować po zakończeniu pomiaru.
Sam taki mechanizm nie oznacza niskiej niezawodności.
Oryginalne czujniki BLTouch są szeroko stosowane w drukarkach 3D i przy prawidłowym montażu mogą działać bardzo stabilnie.
Jednak obecność ruchomego elementu oznacza kolejny podzespół, od którego zależy poprawność pomiarów.
Dotyczy to szczególnie niedrogich zamienników.
Sądząc po opiniach użytkowników, w niektórych czujnikach 3DTouch zdarzają się problemy z powtarzalnością pomiarów, zadziałaniem lub pracą wysuwanego trzpienia.
Oczywiście nie oznacza to, że wszystkie 3DTouch działają źle.
Ale osobiście nie miałem szczególnego zaufania do takiego mechanizmu.
Jeśli to samo zadanie można wykonać czujnikiem bez ruchomych części, dlaczego nie skorzystać z takiego rozwiązania?
Czujnik indukcyjny — inna zasada działania
Czujnik indukcyjny działa bez fizycznego kontaktu z powierzchnią.
W jego wnętrzu znajduje się cewka wytwarzająca zmienne pole elektromagnetyczne.
Gdy w obszarze działania czujnika pojawia się odpowiedni metalowy obiekt, zmieniają się parametry elektryczne układu, a czujnik generuje sygnał zadziałania.
Nie ma tutaj żadnego wysuwanego trzpienia.
Czujnik jest po prostu zamocowany obok głowicy drukującej i wykrywa zbliżanie się metalowej powierzchni.
Właśnie prostota konstrukcji najbardziej mi się spodobała.
Nie ma mechanizmu, który musi wysuwać się przed każdym pomiarem, nie trzeba dotykać stołu i nie ma ruchomego trzpienia, który można przypadkowo uszkodzić.
Oczywiście takie rozwiązanie również ma swoje ograniczenia.
Główna wada — zależność od materiału stołu
W przeciwieństwie do BLTouch czujnik indukcyjny nie działa jednakowo z każdą powierzchnią.
Reaguje na metal, a odległość zadziałania zależy od jego rodzaju.
Na przykład stal i aluminium mogą być wykrywane z różnych odległości nawet przez ten sam czujnik.
Na wynik wpływają również rozmiary metalowego obiektu, konstrukcja czujnika i warunki pomiaru.
Jeśli drukujemy na grubym szkle, pod którym znajduje się metalowy stół, zwykły czujnik indukcyjny może okazać się nieodpowiedni: metal będzie zbyt daleko.
Dlatego taki czujnik należy dobierać z uwzględnieniem konkretnej konstrukcji drukarki.
W moim przypadku nie planowałem jednak stosowania niemetalowej podstawy powierzchni roboczej.
Co więcej, w przyszłości zamierzam przejść na magnetyczną, zdejmowaną płytę.
A co z magnetyczną płytą PEI?
Na pierwszy rzut oka może pojawić się pytanie: przecież PEI to tworzywo sztuczne, a czujnik indukcyjny reaguje na metal.
Jednak typowa magnetyczna płyta PEI nie składa się wyłącznie z polimerowej powłoki.
Zazwyczaj jest to elastyczny arkusz stali sprężynowej pokryty warstwą PEI.
Pod nim, na stole grzewczym, znajduje się podstawa magnetyczna utrzymująca stalową płytę.
Sam PEI jest materiałem niemetalicznym, ale pod nim znajduje się stal.
To właśnie ją wykrywa czujnik indukcyjny.
Oznacza to, że przejście na magnetyczną płytę PEI jest jak najbardziej zgodne z wybraną przeze mnie metodą pomiaru stołu.
Oczywiście trzeba uwzględnić grubość powłoki i zasięg działania konkretnego czujnika.
Ponadto przy wymianie płyty na inną może zmienić się położenie powierzchni roboczej względem metalu wykrywanego przez czujnik.
Dlatego po takich zmianach należy sprawdzić Z-offset.
Nie widzę jednak zasadniczych przeszkód w stosowaniu czujnika indukcyjnego z taką konstrukcją stołu.
A co z dokładnością pomiarów?
Warto pamiętać, że żaden z omawianych czujników sam w sobie nie gwarantuje idealnej pierwszej warstwy.
BLTouch i 3DTouch określają położenie powierzchni za pomocą kontaktu mechanicznego.
Czujnik indukcyjny określa odległość od warstwy metalu.
To różne metody pomiaru, a każda ma własne źródła błędów.
W przypadku czujników mechanicznych wynik zależy między innymi od stanu trzpienia i powtarzalności jego zadziałania.
W przypadku czujników indukcyjnych — od rodzaju metalu, odległości od niego i charakterystyki samego czujnika.
Niektóre czujniki indukcyjne są również wrażliwe na zmiany temperatury.
Oznacza to, że pomiary wykonywane na zimnym i rozgrzanym stole mogą się nieco różnić.
Dlatego przy korzystaniu z czujnika indukcyjnego ważne jest sprawdzanie powtarzalności wskazań i, jeśli to możliwe, wykonywanie pomiarów w podobnych warunkach temperaturowych.
W moim przypadku zamontowany czujnik zapewnił wystarczająco stabilne wyniki, aby wykorzystać go do regulacji stołu.
I właśnie to było dla mnie najważniejsze.
Koszt również ma znaczenie
Jest jeszcze jeden czynnik, którego nie chciałem pomijać — cena.
Oryginalny BLTouch kosztuje zauważalnie więcej niż zwykły czujnik indukcyjny.
W przypadku starego Graber i3 taki zakup wydawał mi się mało uzasadniony.
Oczywiście można kupić tańszy 3DTouch.
Pojawia się jednak pytanie o jakość konkretnego egzemplarza i stabilność jego działania.
Tymczasem czujnik indukcyjny miałem już pod ręką.
Nie musiałem więc niczego kupować.
Mogłem zamontować posiadany czujnik, podłączyć go do drukarki i sprawdzić rezultat w praktyce.
Tak właśnie zrobiłem.
A ponieważ wynik mnie zadowolił, nie pojawił się powód, by przechodzić na inne rozwiązanie.
Czy tylko do starego Graber i3?
Co ciekawe, mój wybór nie wynika wyłącznie z chęci oszczędzania na starej drukarce.
Obecnie pracuję również nad projektem własnej drukarki CoreXY.
I już na etapie projektowania zamierzam zastosować w niej czujnik indukcyjny.
Powody są podobne: prosta konstrukcja, brak ruchomego trzpienia i kompatybilność z metalową, zdejmowaną płytą stołu.
Oczywiście podczas projektowania nowej drukarki można przewidzieć praktycznie dowolny rodzaj czujnika.
Na razie jednak nie widzę potrzeby stosowania BLTouch lub 3DTouch.
Jeśli czujnik indukcyjny zapewnia wymaganą powtarzalność pomiarów i pasuje do wybranej powierzchni, to w zupełności wystarczy.
Czy to znaczy, że BLTouch jest gorszy?
Nie.
BLTouch i podobne czujniki kontaktowe mają ważną zaletę — mogą mierzyć położenie powierzchni roboczej niezależnie od obecności metalowej podstawy.
W przypadku drukarki ze szklanym stołem lub innymi niemetalowymi powłokami może to być decydujący argument.
Ponadto oryginalny BLTouch jest popularnym i dobrze wspieranym rozwiązaniem.
Dlatego nie uważam go za zły czujnik.
Po prostu w mojej konstrukcji jego zalety nie uzasadniały dodatkowych kosztów.
Natomiast potencjalne wady mechanizmu wysuwanego trzpienia skłaniały mnie do wyboru prostszego rozwiązania.
Podsumowanie
Modernizując Graber i3, staram się nie wymieniać podzespołów tylko dlatego, że istnieją nowsze lub popularniejsze rozwiązania.
Każda modyfikacja powinna rozwiązywać konkretny problem.
W przypadku czujnika stołu było dokładnie tak.
Czujnik indukcyjny miałem już pod ręką, nie wymagał dodatkowych wydatków i nie zawierał ruchomego mechanizmu.
Jednocześnie zapewnił wymaganą powtarzalność pomiarów i pasował do przyjętej koncepcji konstrukcji stołu.
Ma ograniczenia związane z materiałem powierzchni i stabilnością temperaturową, ale w przypadku mojej drukarki nie były one powodem do rezygnacji z tego rozwiązania.
W rezultacie otrzymałem działający system pomiaru stołu bez konieczności kupowania BLTouch lub 3DTouch.
I na razie nie widzę powodów, by cokolwiek zmieniać.
Co dalej
Z elektroniką i czujnikiem stołu stopniowo sobie poradziłem, ale pozostał jeszcze jeden ważny element starego Graber i3 — mechanika.
Nawet prawidłowo skonfigurowany Klipper i nowoczesne sterowniki nie są w stanie wyeliminować luzów, przekoszeń i niewystarczającej sztywności konstrukcji.
Dlatego kolejnym etapem była praca nad mechanicznymi elementami drukarki.
O tym opowiem w następnym artykule.