W poprzednich artykułach opisałem przejście z Marlin na Klipper, montaż czujnika stołu oraz rozdzielenie sterowania dwoma silnikami osi Z.
Stopniowo mój Graber i3 stawał się wygodniejszy w konfiguracji, ale pozostawała jeszcze jedna cecha starej drukarki — hałas podczas pracy.
Szczególnie wyraźnie było słychać silniki krokowe podczas ruchu osi.
Dlatego kolejnym etapem modernizacji była wymiana ich sterowników.
Skąd bierze się hałas
W moim Graber i3 znajduje się płyta RAMPS 1.4 z wymiennymi sterownikami silników krokowych.
To właśnie sterowniki regulują prąd w uzwojeniach silników, zapewniając ich obrót i utrzymywanie zadanej pozycji.
Od sposobu sterowania prądem zależy nie tylko praca silnika, ale również charakter wydawanego przez niego dźwięku.
Na starych sterownikach ruchom osi towarzyszył charakterystyczny dźwięk o wysokiej częstotliwości. Był on szczególnie zauważalny podczas zmian prędkości i szybkich przejazdów.
Oczywiście nie cały hałas drukarki pochodzi od silników. Są jeszcze wentylatory, łożyska, paski i sama konstrukcja mechaniczna.
Postanowiłem jednak w pierwszej kolejności spróbować ograniczyć właśnie dźwięk silników krokowych.
Dlaczego nie wymieniłem płyty sterującej
Nie chciałem wymieniać całej elektroniki sterującej drukarki, a poza tym nie widziałem w tym większego sensu.
Graber i3 pozostawał przecież starą drukarką i inwestowanie w nową płytę sterującą było w jego przypadku nieopłacalne.
Co więcej, przejście na Klipper pozwoliło już ominąć główne ograniczenia 8-bitowego mikrokontrolera Arduino Mega 2560.
Teraz obliczenia związane z planowaniem ruchu były wykonywane na TV Boxie z systemem Linux, a mikrokontroler odpowiadał za bezpośrednie sterowanie sprzętem.
Możliwości RAMPS 1.4 były w zupełności wystarczające do moich potrzeb.
Co więcej, podczas poprzedniej modernizacji wykorzystałem już wolny kanał drugiego ekstrudera do niezależnego sterowania silnikami osi Z.
A ponieważ sterowniki silników krokowych na RAMPS 1.4 montuje się w osobnych gniazdach, można je wymienić bez ingerencji w pozostałą elektronikę.
Dobrze pasowało to do mojego podejścia do przywracania Graber i3 do życia: nie wymieniać sprawnych podzespołów bez potrzeby, lecz modernizować tylko to, co rzeczywiście chciałem ulepszyć.
Wymiana sterowników
Głównym celem było ograniczenie hałasu silników przy zachowaniu dotychczasowej elektroniki drukarki.
Dlatego postanowiłem wymienić stare sterowniki na nowocześniejsze modele obsługujące ciche tryby pracy silników krokowych.
Sama konstrukcja RAMPS 1.4 znacznie ułatwia taką modernizację.
Sterowniki mają postać osobnych modułów, więc ich wymiana nie wymaga przelutowywania elementów ani wymiany całej płyty sterującej.
Trzeba jednak pamiętać o kilku ważnych kwestiach.
Pomimo podobnego wyglądu poszczególne sterowniki mogą różnić się układem wyprowadzeń, sposobem regulacji prądu i obsługiwanymi trybami pracy.
Dlatego przed montażem należy upewnić się, że są kompatybilne z RAMPS 1.4.
Szczególnie ważne jest prawidłowe ustawienie modułu w gnieździe. Błąd podczas montażu może doprowadzić do uszkodzenia elektroniki.
Równie istotne jest ustawienie prądu silników.
Zbyt niski prąd może powodować gubienie kroków, a zbyt wysoki — nadmierne nagrzewanie się silników i sterowników.
Dlatego po wymianie należy sprawdzić działanie każdej osi i upewnić się, że silniki poruszają się prawidłowo, bez gubienia kroków.
Konfiguracja Klipper
Po wymianie sterowników kolejnym etapem była konfiguracja Klipper.
Jedną z zalet tego oprogramowania jest możliwość zmiany potrzebnych parametrów bezpośrednio w pliku konfiguracyjnym printer.cfg.
Nie trzeba za każdym razem ponownie kompilować i wgrywać firmware'u do mikrokontrolera.
Konkretne ustawienia zależą od modelu zastosowanego sterownika.
Niektóre sterowniki działają w standardowym trybie STEP/DIR, w którym mikrokontroler przesyła sygnały kroku i kierunku.
Inne pozwalają dodatkowo sterować prądem i trybami pracy przez UART lub SPI.
Jednak RAMPS 1.4 nie została pierwotnie zaprojektowana z osobnymi połączeniami tych interfejsów dla każdego gniazda sterownika.
Dlatego wykorzystanie dodatkowych funkcji może wymagać zmian w połączeniach.
Niezależnie jednak od wybranego sposobu sterowania najważniejsza pozostaje stabilna praca silników.
Po konfiguracji należy sprawdzić ruch osi, działanie przy różnych prędkościach oraz brak gubienia kroków.
Ciszej nie zawsze znaczy lepiej
Podczas wymiany sterowników warto pamiętać, że najniższy poziom hałasu nie zawsze oznacza optymalny tryb pracy silnika.
Różne algorytmy sterowania prądem mogą różnić się nie tylko poziomem hałasu, ale także zachowaniem silnika pod obciążeniem.
Jest to szczególnie zauważalne przy dużych prędkościach i przyspieszeniach.
Dlatego nie traktowałem ciszy jako jedynego kryterium.
Drukarka powinna nie tylko pracować ciszej, ale również zachowywać dokładność ruchów.
Ostatecznie najważniejsze jest znalezienie równowagi między poziomem hałasu, stabilnością pracy i możliwościami mechaniki.
Modernizacja bez całkowitej wymiany elektroniki
Wymiana sterowników była kolejnym krokiem w modernizacji Graber i3.
Jednocześnie udało mi się zachować dotychczasową elektronikę sterującą, która nadal spełniała swoje zadania.
Przejście na Klipper pozwoliło korzystać ze starego 8-bitowego mikrokontrolera bez konieczności wymiany go na wydajniejszy.
Z kolei RAMPS 1.4 umożliwiła wymianę sterowników bez ingerencji w pozostałą część płyty.
Dla mnie było to kolejne potwierdzenie, że nawet stary sprzęt nie zawsze wymaga całkowitej wymiany.
Czasami wystarczy poznać jego możliwości i wyeliminować konkretne niedociągnięcia.
Jednak modernizacja elektroniki nie rozwiązuje wszystkich problemów.
Nawet najnowocześniejsze sterowniki nie usuną luzów, przekoszeń prowadnic ani zacinania się ruchomych elementów.
Dlatego kolejnym obszarem prac stała się mechanika drukarki.
Co dalej
Po modernizacji elektroniki kontynuowałem prace nad mechaniczną częścią Graber i3.
Szczególnej uwagi wymagały wózki oraz niektóre elementy konstrukcji, których niedoskonałości bezpośrednio wpływały na jakość wydruków.
Tych problemów nie dało się już rozwiązać ustawieniami Klipper ani wymianą sterowników.
Musiałem zająć się samą mechaniką.
O tym opowiem w następnym artykule.