В 100500-й раз к вопросу о высоте слоя и магии. Практика.

На днях опять всплыла тема о магии в FDM-печати. Кем-то когда-то были притянуты некие "магические числа", якобы улучшающие вид детали за счет равномерности высоты слоев.

Теория

Теоретическое обоснование этой магии звучало достаточно правдоподобно: при высоте слоя, не кратной целому числу шагов мотора оси Z, позиционирование по высоте будет происходить неравномерно, т.к. шаговые моторы не могут обеспечить точное перемещение по микрошагам, в микрошагах всегда есть погрешность. Ну то есть на одном микрошаге мотор может встать ровно так как должен, на другом не дойти до нужного положения, на третьем перескочить его. Причина этому - погрешности при изготовлении моторов, не идеальная работа драйвера, меняющаяся нагрузка на вал мотора. Поэтому высоту слоя следует делать кратной целому шагу мотора - уж полные-то шаги мотор выдерживает отлично.

В принципе, уже на этапе теории возникают вопросики, на которые сторонники магии внятных ответов почему-то не дают (ну или я их не видел).

1. Предположим, что у нас есть мотор с 200 шагами на оборот, к нему присоединен винт с шагом 8 мм, драйвер работает в режиме микрошага х16. Считаем движение стола на один полный шаг: 8/200=0.04 мм - вот то самое заветное число из мира эльфов и единорогов. Теперь считаем движение на один микрошаг: 8/200/16=0.0025 мм. Два с половиной микрона. Окееей... Значит мы получаем гарантированную точность передвижений при шаге 0.04 мм. А вот двигаясь по микрошагам - по 0.0025 мм - мы уже имеем погрешность. Вопросик: Нет, реально? Кого-то не устраивает пусть даже 200% погрешности шагов по 2.5 микрона?? То есть, скажем, если при установленном слое 0.1 мм толщина слоя будет колебаться от 0.995 до 0.105 - то это беда-беда? Или есть подтвержденные данные, что погрешность установки положения в микрошагах может быть 500% или даже 1000% и толщина слоя будет колебаться от 0.975 до 0.125?

2. Ну ладно, примем на веру, что микрошаги в моторах - чистая условность и реальное положение может отличаться от ожидаемого на десятки микрошагов, то есть погрешность позиционирования составляет до половины целого шага. Вопросик: А с чего это такая уверенность в непогрешимости позиционирования целыми шагами? Открываем даташит на первый попавшийся мотор от не самого последнего производителя Leadshine и смотрим:

Точность позиционирования - ±0.9°, то есть половина целого шага! Ну да, если при толщине слоя 0.1 мм реальная толщина будет колебаться ±0.025 мм - то это фу-фу, неправильная толщина слоя. А если при слое 0.12 мм реальная толщина колеблется ±0.02 мм - то это святое :)

3. А на основе каких достоверных данных вообще было решено, что при установке толщины слоя не кратно целому шагу будут какие-то артефакты в качестве печати? Исследования точности установки мотора в микрошагах? В недавней теме пользователь ochkariky дал ссылку на практическое исследование точности микрошагов для нескольких драйверов. В худшем результате (для DRV8825) погрешность действительно значительная - 1/4 полного шага. Для двух других погрешности гораздо-гораздо ниже.

Практика

Ну ок, перейдем к практике. Эксперимент предельно прост: печатаем модель сначала с толщиной слоя, кратной полному шагу, а потом с толщиной слоя, отличающейся от кратности полному шагу на некоторое количество микрошагов.

Начальные условия: модель - овал 35х25 мм высотой 15 мм. Печать в два периметра соплом 0.6 мм без заполнения. Драйвера на оси - TMC2225, микрошаг - х32. Винт с шагом 8 мм. Т.е. один полный шаг равен перемещению на 0.04 мм, один микрошаг - на 0.00125 мм.

За базу взят слой 0.16 мм - 128 полных шагов.

Я не буду комментировать, просто покажу результаты печати.

Результат печати слоем 0.16 мм

Под микроскопом, клетка равна 0.5 мм:

Под микроскопом, клетка равна 0.2 мм:

Сбоку, клетка равна 0.2 мм:

Результат печати слоем 0.15875 мм

А теперь отнимем от 0.16 мм один микрошаг - 0.16-0.00125=0.15875

Под микроскопом, клетка равна 0.5 мм:

Под микроскопом, клетка равна 0.2 мм:

Сбоку, клетка равна 0.2 мм:

Результат печати слоем 0.1575 мм

Отнимаем от 0.16 мм два микрошага - 0.16-0.00125*2=0.1575

Под микроскопом, клетка равна 0.5 мм:

Под микроскопом, клетка равна 0.2 мм:

Сбоку, клетка равна 0.2 мм:

Результат печати слоем 0.15375 мм

Идем дальше и отнимаем от 0.16 мм пять микрошагов - 0.16-0.00125*5=0.15375

Под микроскопом, клетка равна 0.5 мм:

Под микроскопом, клетка равна 0.2 мм:

Сбоку, клетка равна 0.2 мм:

Результат печати слоем 0.14375 мм

И наконец отнимем от 0.16 мм почти половину шага - 13 микрошагов - 0.16-0.00125*13=0.14375

Под микроскопом, клетка равна 0.5 мм:

Под микроскопом, клетка равна 0.2 мм:

Сбоку, клетка равна 0.2 мм:

Выводы

Вот на фото все тестовые экземпляры. Внешнее качество как на глаз, так и под микроскопом не имеет никаких отличий.

Никаких ступенек в слоях, никаких особенных неровностей при том или ином шаге. Теория, конечно, имеет под собой некоторые основания, но на практике она совершенно несостоятельна при печати путем выдавливания колбасы расплавленного пластика. Ну а кто хочет считать микроны в слоях - тех, я думаю, не переубедить никакими доводами и примерами :)

Бонус: обычный волос под микроскопом, клетка равна 0.2 мм