Klipper и Bizon 3

Пришло время продолжить эксперименты с принтером Bizon 3. Первой попыткой улучшения был Octoprint, о чем я довольно подробно выразил свое мнение в соответствующем посте. Если сказать о нем коротко, то понравилась простота установки, система удачно встала и заработала с первой попытки, интуитивно понятный интерфейс и бескрайние возможности наращивания функций наблюдения и контроля. Не понравилась некоторая тормознутость и отсутствие особого смысла, кроме возможности дистанционного наблюдения.

Мне многократно указывали на то, что Октопринт в связке с Марлином это прошлый век. Позапрошлый это просто Марлин, с чем я не вполне согласен, ну да не об этом сейчас. А современность это Клипер. Что ж, пришло время попробовать его лично.

Действующие лица:

- принтер Bizon 3 с материнкой MKS Monster 8,

- микрокомпьютер Raspberry Pi 4B, MainsailOS, включающий в себя сразу все необходимое: Klipper, Moonraker, Mainsail.

- сопутствующее оборудование, кабель, блок питания, две штуки microSD и прочая мелочь.

Разумеется, это не единственно возможный вариант конфигурации и даже не самый лучший, но я пошел по наименее вероятному пути для возникновения трудностей, о чем впоследствии не пожалел. Забегая вперед скажу, что для уверенной установки, настройки и эксплуатации Klipper и его компонентов неплохо бы иметь черный пояс по Linux, которого у меня нет. У меня никакого пояса нет, поэтому трудности все-таки возникали и колесики завертелись не с первой попытки.

Klipper заранее выглядит системой более серьезной, по сравнению с Octoprint, уже потому, что предполагает замену прошивки принтера, а не присасывается к той, что имеется в наличии. Это хорошо с точки зрения возможностей и перспектив управления, контроля принтера, но плохо для любителей быстрых побед. Установка и настройка Клипера на порядок сложнее и непредсказуемее.

Пошаговую инструкцию здесь излагать не буду, их и так много на тематических просторах. Плюс слишком много различия в софте и железе, основательно меняющих картину установки. Что хорошо для одного принтера, не годится для другого. Разнообразие форм и содержаний сразу отличает Klipper от Octoprint не в лучшую сторону.

Если в общих чертах, то порядок запуска таков:

Записываем MainsailOS на microSD при помощи Raspberry Pi Imager, благо он там уже есть.

Вставляем в Raspberry, ждем загрузки, заходим в консоль, конфигурируем будущий бинарник прошивки: устанавливаем параметры материнской платы принтера, такие как тип контроллера, сдвиг адреса бутлоадера и прочее. Создаем этот самый бинарник, скачиваем на свой компьютер. Да, прошивка на ваш принтер компилируется прямо в Raspberry.

Заливаем прошивку в материнскую плату принтера, перезапускаем.

Если все сделали правильно, через пару минут находим IP-адрес системы на роутере. Заходим в ее веб-интерфейс.

Дальше самое интересное. Необходимо сформировать, подредактировать или раздобыть файлы конфига для вашего принтера и залить их в систему. В файлах указаны все параметры принтера от назначения пинов до настроек скорости, температур, диаметра сопла, наличия и свойств дополнительного оборудования. Очень много там всего и вообще-то лучше подготовиться к этому этапу заранее. Вариантов несколько: вникать в подробности и конфигурировать самостоятельно, искать пример в Интернете, попросить производителя принтера поделиться информацией и наработками. Последний путь предпочтительней, но далеко не все изготовители готовы делиться своими секретами. Команда 3DIY пошла мне навстречу, чем изрядно упростила жизнь, за что им отдельное мерси. Иные же и вовсе не предусматривают замену своей прошивки на что-то другое и не одобряют самодеятельности в этом вопросе. В таком случае посоветую вооружиться терпением и настойчивостью, а также пожелаю успехов в поисках и раздумьях.

Внимание! Хочу подчеркнуть еще раз: ваш принтер будет перепрограммирован, и не факт что удачно. Для возврата к изначальному “заводскому” состоянию вам потребуется родная прошивка, достать которую не всегда возможно. Занимайтесь установкой Klipper только если готовы рискнуть или полностью уверены в своих силах.

Готовый к работе интерфейс Mainsail выглядит как-то так.

В целом, напоминает Octoprint своими температурными графиками, кнопками движения моторов и настройками всего на свете. К радости, в нем тоже почти все очевидно и понятно.

Отличий тоже много, в том числе принципиальных. Например, система не видит файлов на флешке, которая воткнута в принтер. То есть начать печать нового файла без загрузки его через интерфейс в память Raspberry не получится. Потребуется компьютер или, хотя бы, смартфон.

Частично управлять устройством можно при помощи энкодера и экрана принтера, на нем, кроме привычных со времен Марлина параметров печати, так же присутствует меню с довольно длинным деревом пунктов. Кстати, читается все даже лучше, буквы крупные, жирные. Но в целом, по смыслу, все очень похоже и вряд ли вызовет серьезные затруднения.

Подсветка экрана регулируется как по яркости так и по цветности через веб интерфейс. Подсветка зоны печати и ее яркость устанавливается из меню экрана или из веб-лица. Выбираем, нажимаем.

Получаем.

Как я уже сказал, интерфейс понятный и не нуждается в подробном описании. Слева ряд отрывающихся вкладок с основными настройками и текущими данными принтера. Состав вкладок настраиваемый, что-то можно отключать, что-то добавлять в настройках, например окно с веб-камерой. Более того, картина может отличаться при просмотре интерфейса на компьютере и со смартфона, для упрощения и облегчения, это тоже настраивается.

Файлы для печати. На диске вообще и в работе в частности.

Инструменты печатной головки. Показывают текущее положение, позволяют двигать, парковать, менять сдвиг по оси Z, что полезно при тюнинге уровня первого слоя, фактор скорости. С последним пока не до конца понял, скорее всего при 100% Клипер сам устанавливает оптимальную, на его взгляд скорость, потому что она прилично превышает цифры в слайсере. Совпадение с заданием у меня получилось при факторе 75%, в этом моменте следует проявлять осторожность и внимание, не все пластики способны качественно укладываться при высоких скоростях, особенно тягучие типа PETG, не говоря уже про резиноподобные TPU и прочие flex-ы.

Экструдер и его параметры. Обратите внимание на окошко с названием Pressure Advance, это фирменный аналог Linear Advance, о назначении которого поговорим чуть ниже. Тут же сглаживание, ретракт и прочее.

Макросы, удобная вещь, если научиться писать, выполняют цепочку ваших команд. Описания находятся в файлах конфига, у меня уже готово несколько, можно добавлять, убавлять по вкусу.

Настройки скоростей и ускорений. По умолчанию стояли совсем уж безумные цифры, я установил исходя из рекомендаций производителя. Хорошо, что не потребовалось извлекать эту информацию клещами, как из некоторых.

Прочее. Обдув, подсветка, пищалка, датчик окончания прутка и прочее. Состав гибко настраивается в тех же файлах конфига сообразно тому, что есть на вашем принтере.

Что-то из параметров проще указать явно в текстовых файлах конфига, что-то настроить уже на месте. Как это делается, подробно рассказывать тоже смысла не вижу, пост носит характер отзыва, а не инструкции. В целом, вроде бы все достаточно просто, но при этом нуждается в изучении каждый шаг и каждое действие. Klipper не для любителей спокойной жизни, даже если принтер приобретен уже с ним на борту.

Пробуем тестовую печать. В качестве модели - лазерный кот, он хорош своими гладкими боками, на которых хорошо видны швы. Для максимальной яркости швов выставляю высоту слоя 0,6 мм. Закидываем нарезанный в Cure GCODE, даем команду на начало печати.

На экране компьютера процесс выглядит знакомо, растут температуры стола и сопла на графиках, бегают цифры координат головки, прибывает процент выполнения работы. Что приятно, видны температуры микрокомпьютера, перегрев и остановка уже не случится внезапно.

Спереди кот получился неплохо, с учетом огромного слоя, впрочем, точно так же он получался и на "голом" Marlin. 

А вот швы на спине не нравятся вообще, они выпуклые настолько, что не только видно на глаз, но и ощущается пальцами.

Причиной тому излишки пластика, выдавливаемые из сопла при замедлении. Для борьбы с этим негативным эффектом в слайсерах разработана технология заблаговременного снижения подачи пластика при уменьшении скорости головки. В Cura она носит название Linear Advance и неплохо справляется со своими обязанностями при правильном тюнинге. В Klipper своя подобная технология, которая носит название Pressure advance, окно с параметром находится во вкладке Extruder. Меня интересует именно она.

Пишут, что достаточно один раз найти оптимальный коэффициент для аппаратной комбинации вашего принтера и пластика, указать его в соответствующем окне и использовать до значимых изменений.

Для поиска коэффициента разработаны методики печати тестовой модели с различными значениями по высоте. Там, где печать выглядит лучше всего, и есть оптимум. У меня получилась такая картина. Очевидно, что наилучший результат наблюдается во второй высотной зоне, что соответствует коэффициенту 0,1. Для директ экструдера это нормально.

Заносим полученное значение в свое окно и печатаем того же кота, не меняя файла. Швы получились намного лучше, они не выпуклые, почти не ощущаются пальцами и не бросаются в глаза так как раньше.

О чем это говорит? О том, что Klipper не бездумно отправляет g-код на выполнение в принтер, а на ходу вносит свои поправки для улучшения качества и/или скорости печати. В этом основное отличие и преимущество разумного Klipper перед пассивным наблюдателем Octoprint.

Другая популярная технология улучшения печати “на лету” называется Input Shaping. Ее задача бороться с раскачкой печатной головки при резких поворотах. Инерция при смене направления вызывает вибрации, которая отражаются на стенках модели в виде волн. Чем больше скорость печати, резче повороты, тяжелее печатающая головка, меньше жесткость конструкции принтера, тем волны сильнее. До появления Input Shaping уменьшить явление можно было лишь радикально снижая скорость, что не всем нравилось. Klipper вычисляет опасные вибрации до их возникновения и гасит искусственно создаваемыми колебаниями в противофазе.

Настройка IS отдельная песня с припевом. Существует два основных способа - ручной и автоматический, в первом печатаем тестовую модель, смотрим, меняем параметры, печатаем и так по кругу до тех пор, пока не останемся довольны. Автоматический предполагает установку акселерометра adx1345 и работу с его показателями, что вроде бы проще, но не всегда дает желаемые результаты. В любом случае, процесс достаточно трудоемкий и требующий погружения в тему.

В лучшем случае волны уйдут совсем или максимально сократятся, а значит можно будет добавить скорости без опасения получить ненужную рябь на боках изделий. Справедливости ради стоит сказать, что за сглаживание волн, как и за все хорошее, берется некоторая плата, в данном случае в виде закругления углов. Следует учитывать и решать, приемлемо ли для вас жертвовать одним дефектом ради другого.

Борьба с волнами требует приличной скорости и мощности от электронного мозга. Даже самый быстрый контроллер принтера не способен справиться с подобной вычислительной задачей, а вот процессор Raspberry и подобных одноплатников уже способен. В этом и заключается основное преимущество Klipper - сочетание мощности компьютера и безупречной исполнительности контроллера.

Итак, мои основные впечатления и выводы.

Klipper - крайне интересная современная система управления принтером, суммирующая лучшие качества традиционных материнских плат с микрокомпьютерами. Она позволяет полностью контролировать процесс печати до последней мелочи, выжимая из принтера максимальную производительность и качество печати. Недорогой принтер, с правильно и тщательно настроенным Klipper, способен дать фору в разы более дорогому товарищу со стоковым Marlin на борту.

Обратной стороной медали является более сложная установка Klipper, его настройка и обслуживание принтера в целом. Для раскрытия полного потенциала от пользователя потребуются продвинутые знания Linux, электроники, механики, всех тонкостей печати, наличие свободного времени и желания постоянно плавать в океане разнообразной, постоянно пополняющейся информации.

Если вы печатник-любитель с одним принтером на тумбочке, который включаете от случая к случаю, при этом вас устраивает время и качество печати “из коробки”, ничего улучшать не надо, пусть печатает. Если вам мало способностей принтера на пределе его физических возможностей, если вы любите все новое и привыкли быть в авангарде прогресса, Klipper ваш выбор. Он позволит расширить возможности принтера, значительно увеличить его производительность и качество печати, но будьте готовы, что на пути к успеху вас ждет череда испытаний и досадных разочарований.

Что касается лично меня, я пока не определился, нравится мне Клипер или нет. Возможно дело в многолетней привычке к автономному Марлину, а может быть сам по себе Bizon 3 штука быстрая, прочная и откровенных дефектов печати, при правильной подготовке модели, от него добиться не так уж легко при любых режимах и скоростях. Некоторое время погоняю Klipper, прежде чем сделаю окончательный вывод, оставлять его или вернуть все “как было”. Греет мысль, что заводская прошивка под рукой и откатить принтер в начальное состояние дело пары минут.

В любом случае, сам по себе опыт установки и эксплуатации Klipper, без сомнения, полезен и даже обязателен хотя бы для того, чтобы сделать выбор опираясь не на чужие впечатления, а на свои собственные.

Еще раз хочется выразить благодарность техподдержке 3DIY за грамотную и оперативную консультацию, а также за предоставление необходимых конфигов и прочей информации, которая существенно облегчила мне жизнь.