В одній із попередніх статей я розповідав про встановлення датчика столу на мій Graber i3. Ця модернізація дозволила перейти від виключно ручного налаштування до вимірювання положення поверхні столу за допомогою Klipper.
Але тоді я майже не торкався питання вибору самого датчика.
Сьогодні існує багато готових рішень для автоматичного вимірювання столу. Серед найвідоміших — BLTouch і його дешевші аналоги, наприклад 3DTouch.
Однак для свого принтера я обрав звичайний індукційний датчик.
І на це було кілька причин.
Навіщо взагалі потрібен датчик столу?
Навіть якщо стіл 3D-принтера виставлений вручну, його поверхня не обов'язково буде ідеально паралельною площині переміщення друкувальної головки.
Крім того, сам стіл може мати невеликі нерівності.
Під час друку першого шару це особливо помітно: в одній частині столу сопло опиняється надто близько до поверхні, а в іншій — надто далеко.
Klipper дозволяє виміряти положення поверхні в кількох точках і використовувати отримані дані для компенсації відхилень.
Але для цього необхідно якимось чином визначити відстань до столу.
І тут існують різні підходи.
BLTouch і 3DTouch — як вони працюють
BLTouch — це датчик із висувним щупом, який фізично торкається поверхні столу.
Перед вимірюванням щуп висувається, друкувальна головка опускається, а під час контакту з поверхнею датчик формує сигнал спрацювання.
Після вимірювання щуп прибирається назад.
3DTouch — поширена назва дешевших датчиків аналогічної конструкції.
Головна перевага такого рішення полягає в тому, що датчик визначає положення безпосередньо робочої поверхні.
Йому практично неважливо, з якого матеріалу виготовлений стіл.
Скло, метал, PEI або інше покриття — якщо щуп може коректно торкнутися поверхні, датчик здатний виконати вимірювання.
Це справді універсальний підхід.
Але він має й особливості, які мені не дуже подобаються.
Рухомий механізм — потенційне слабке місце
Головна особливість BLTouch і 3DTouch — висувний щуп.
Для роботи датчика він повинен вільно рухатися, правильно висуватися та прибиратися після вимірювання.
Сам по собі такий механізм не означає низької надійності.
Оригінальні BLTouch широко використовуються на 3D-принтерах і за правильного встановлення здатні працювати досить стабільно.
Однак наявність рухомої деталі все одно додає ще один елемент, від якого залежить коректність вимірювань.
Особливо це стосується недорогих аналогів.
Судячи з відгуків користувачів, у деяких 3DTouch трапляються проблеми з повторюваністю вимірювань, спрацюванням або роботою висувного щупа.
Звісно, це не означає, що всі 3DTouch працюють погано.
Але особисто мені такий механізм не викликав особливої довіри.
Якщо те саме завдання можна вирішити датчиком без рухомих частин, чому б не скористатися цим варіантом?
Індукційний датчик — інший принцип роботи
Індукційний датчик працює без фізичного контакту з поверхнею.
Усередині нього розташована котушка, яка створює змінне електромагнітне поле.
Коли в зоні дії датчика з'являється відповідний металевий об'єкт, змінюються електричні характеристики системи, і датчик формує сигнал спрацювання.
Жодного висувного щупа тут немає.
Датчик просто закріплений поруч із друкувальною головкою та визначає наближення металевої поверхні.
Саме простота конструкції мені й сподобалася.
Немає механізму, який повинен висуватися перед кожним вимірюванням, немає потреби торкатися столу й немає рухомого щупа, який потенційно можна пошкодити.
Але, звісно, у такого рішення є обмеження.
Головний недолік — залежність від матеріалу столу
На відміну від BLTouch, індукційний датчик не може однаково працювати з будь-якою поверхнею.
Він реагує на метал, причому відстань спрацювання залежить від його типу.
Наприклад, сталь і алюміній можуть виявлятися на різних відстанях навіть одним і тим самим датчиком.
На результат також впливають розміри металевого об'єкта, конструкція датчика та умови вимірювання.
Якщо друкувати на товстому склі, під яким розташований металевий стіл, звичайний індукційний датчик може виявитися непридатним: метал буде надто далеко.
Тому обирати такий датчик потрібно з урахуванням конкретної конструкції принтера.
Але в моєму випадку використання неметалевої основи робочої поверхні не планувалося.
Ба більше, у перспективі я збираюся перейти на магнітну знімну пластину.
А як щодо магнітної PEI-пластини?
На перший погляд тут може виникнути запитання: адже PEI — це пластик, а індукційний датчик реагує на метал.
Але звичайна магнітна PEI-пластина складається не лише з полімерного покриття.
Як правило, це гнучкий лист пружинної сталі з нанесеним шаром PEI.
Знизу на нагрівальному столі розташована магнітна основа, яка утримує сталеву пластину.
Сам PEI є неметалевим матеріалом, але під ним розташована сталь.
Саме її й виявляє індукційний датчик.
Таким чином, перехід на магнітну PEI-пластину цілком сумісний з обраним мною способом вимірювання столу.
Звісно, потрібно враховувати товщину покриття та робочу відстань конкретного датчика.
Крім того, під час заміни пластини на іншу може змінитися положення робочої поверхні відносно металу, на який реагує датчик.
Тому після подібних змін необхідно перевіряти Z-offset.
Але принципових перешкод для використання індукційного датчика з такою конструкцією столу я не бачу.
А що з точністю вимірювань?
Тут важливо розуміти, що жоден із розглянутих датчиків не гарантує ідеального першого шару сам по собі.
BLTouch і 3DTouch визначають положення поверхні за допомогою механічного контакту.
Індукційний датчик визначає відстань до металевого шару.
Це різні методи вимірювання, і кожен має свої джерела похибки.
У механічних датчиків результат залежить, зокрема, від стану щупа та повторюваності його спрацювання.
В індукційних — від матеріалу металу, відстані до нього та характеристик самого датчика.
Деякі індукційні датчики також чутливі до зміни температури.
Це означає, що вимірювання на холодному та прогрітому столі можуть дещо відрізнятися.
Тому під час використання індукційного датчика важливо перевіряти повторюваність показань і, за можливості, проводити вимірювання за однакових температурних умов.
У моєму випадку встановлений датчик показав достатньо стабільні результати, щоб використовувати його для налаштування столу.
Саме це для мене було головним.
Вартість теж має значення
Є ще один чинник, який я не хотів ігнорувати, — ціна.
Оригінальний BLTouch коштує помітно дорожче за звичайний індукційний датчик.
Для старого Graber i3 така покупка виглядала не надто виправданою.
Звісно, можна придбати дешевший 3DTouch.
Але тоді виникає питання якості конкретного екземпляра та стабільності його роботи.
При цьому в мене вже був індукційний датчик.
Тобто купувати взагалі нічого не потрібно було.
Я міг установити наявний датчик, підключити його до принтера та перевірити результат на практиці.
Так я і зробив.
І оскільки результат мене влаштував, причин переходити на інше рішення не з'явилося.
Тільки для старого Graber i3?
Цікаво, що мій вибір не обмежується бажанням заощадити на старому принтері.
Зараз я також займаюся проектом власного CoreXY.
І в його конструкції від самого початку планую використовувати індукційний датчик.
Причини приблизно ті самі: проста конструкція, відсутність рухомого щупа та сумісність із металевою знімною пластиною столу.
Звісно, під час розробки нового принтера можна передбачити практично будь-який варіант датчика.
Але поки що я не бачу потреби переходити на BLTouch або 3DTouch.
Якщо індукційний датчик забезпечує необхідну повторюваність вимірювань і підходить для обраної поверхні, цього цілком достатньо.
Чи означає це, що BLTouch гірший?
Ні.
BLTouch і аналогічні контактні датчики мають важливу перевагу — можливість вимірювати положення робочої поверхні незалежно від наявності металевої основи.
Для принтера зі скляним столом або іншими неметалевими покриттями це може виявитися вирішальним аргументом.
Крім того, оригінальний BLTouch — досить поширене рішення з хорошою підтримкою.
Тому я не вважаю його поганим датчиком.
Просто для моєї конструкції його переваги не виправдовували додаткових витрат.
А потенційні недоліки механізму висувного щупа, навпаки, схиляли мене до простішого рішення.
Підсумки
Під час модернізації Graber i3 я намагаюся не замінювати компоненти лише тому, що існують сучасніші або популярніші рішення.
Кожна доробка повинна вирішувати конкретне завдання.
З датчиком столу вийшло саме так.
Індукційний датчик уже був у мене в наявності, не потребував додаткових витрат і не містив рухомого механізму.
При цьому він забезпечив необхідну повторюваність вимірювань і підійшов для обраного підходу до конструкції столу.
У нього є обмеження, пов'язані з матеріалом поверхні та температурною стабільністю, але для мого принтера вони не стали причиною відмовлятися від цього рішення.
У результаті я отримав робочу систему вимірювання столу без купівлі BLTouch або 3DTouch.
І поки що не бачу причин щось змінювати.
Що далі
З електронікою та датчиком столу я поступово розібрався, але залишалася ще одна важлива частина старого Graber i3 — механіка.
Навіть правильно налаштований Klipper і сучасні драйвери не здатні усунути люфти, перекоси та недостатню жорсткість конструкції.
Тому наступним етапом стала робота з механічними вузлами принтера.
Про це й буде наступна стаття.