3D プリンター: 面倒です

3D プリンターはここ数年で大きく進歩しましたが、ベッドのレベリングのプロセスは依然として課題となっています。 この問題に取り組んできたさまざまな方法と、最近の開発が煩わしさを自動化することに成功したかどうかを見てみましょう。

ベッドレベリングと最初のレイヤーのキャリブレーションは、初心者がつまずく傾向があります。正しく行うには経験と判断が必要であり、間違った場合はプリントの失敗を意味するためです。 これらは、3D プリンターのオペレーターが時間と経験をかけて対処できるようになることですが、依然として大部分が手作業のプロセスであり、他の何よりも芸術のように聞こえる方法で議論されることがよくあります。 プロセス全体を簡素化する試みが数多く行われてきたのも不思議ではありません。

一部の家庭用 3D プリンタは、ベッド レベリングと第 1 層のキャリブレーションに新しいアプローチを採用しており、それらのプリンタの 1 つが Anycubic Vyper で、初心者と経験豊富なユーザーの両方にワンタッチ ソリューションを提供します。 私たちは、この新しいレベリング手法を調査するためのサンプル プリンターの Anycubic のオファーを受け入れました。それでは、3D プリンターのベッド レベリングという、時には頑固なタスクを自動化する試みの最新の取り組みを見てみましょう。

3D プリンタの用語では、ベッド レベリング (または単に「レベリング」) は、最終結果としてプリントの最初の層を造形プラットフォーム上に最適に堆積させるプロセスを指す広義の用語です。 優れた最初のレイヤーは、印刷を成功させるための基礎です。

これを達成するには、ノズルはその可動範囲全体にわたって造形プラットフォームから一定の距離を保つ必要があります。 ノズルがベッドに近すぎる場所もあれば、遠すぎる場所もある場合、品質の低下や故障の原因となります。 ノズルの可動範囲と平行になるまでプリンターのベッドを調整することをレベリングと呼びます。 (実際には何も地球の重力場に対して垂直である必要はないので、機械学者はこのプロセスを正確にトラミングと呼ぶでしょう。)

次のステップは、最初のレイヤーのキャリブレーションです。 これにより、Z 軸オフセット、つまりノズルの先端とビルド プラットフォームの表面の間の距離が調整されます。 重要なプラスチックの最初の層が均一な厚さで均一に堆積され、印刷中に貼り付いたままになるようにビルド表面に十分に押し込まれるのに十分なスペースが必要です。

これをさらに複雑にしているのは、完全にフラットなビルド プラットフォームがないという事実です。 ミリメートルの何分の１かが重要になると、小さな欠陥でも問題が発生します。 ビルド プラットフォームの高いスポットや低いスポットは、プリント ベッドをいくら傾けても調整できないため、問題になります。 これが、レベリングの問題が長期にわたって解決されない理由の 1 つです。

ベッドレベリングの個々の部分は特に複雑ではありませんが、多くの要素が相互に関連しているため、複雑で面倒な作業になる可能性があります。 プロセス全体をできるだけ簡単かつ再現可能にするために、人々がさまざまな方法を試みてきたことは驚くべきことではありません。

ラフト（犠牲構築プラットフォームの一種）はベッドの欠陥に対処する初期の方法でしたが、現在ではほとんどの解決策はメッシュのレベリングを中心に展開しています。

メッシュ レベリングは、ソフトウェアで不完全なプリント ベッドを補正する方法ですが、ビルド プラットフォームを測定する方法が必要です。 センサーで測定することにより、造形表面とその欠陥を表すソフトウェア モデルを作成できます。 このモデルは、重要な最初の層を配置する際にプリント ヘッドの経路を変更し、不完全な部分が存在しないかのように移動するのではなく、不完全な表面を追跡しようとすることで不完全な表面を調整します。

メッシュ レベリングを達成する 1 つの方法は、誘導センサーを使用して、ビルド プラットフォームに触れずに感知することです。 Prusa プリンタはこの方法を使用して、毎回の印刷前に 3 x 3、またはオプションで 7 x 7 のグリッドで測定を行います。 特定のビルド シートに適切な Z 軸オフセットを手動で決定するかどうかは、依然としてユーザー次第です。

別のオプションは物理プローブです。 たとえば、BLTouch は、ビルド プラットフォームと物理的に接触する一般的なセンサーです。 アフターマーケットのアドオンとしての成功と、それがコピーされる頻度は、ベッド レベリングが 3D プリンター所有者にとってどれだけの悩みの種であり続けているかを示す良い指標となります。

ノズルの先端そのものをセンサーとして利用する方式です。 実際に押し出しが行われるポイントから測定することが容易になるだけでなく、そうすることで適切な Z オフセットを自動的に設定することも可能になります。

これを行う 1 つの方法は、ひずみゲージを押出機自体に組み込み、ホットエンドを一種のロードセルに変えることです。 このアプローチは、SMD 抵抗器をひずみゲージとして使用する DIY プロジェクトで見られ、この方法はデルタ プリンターのスマート エフェクターでも使用されています。

最近の 2 つの消費者向け 3D プリンタ、Anycubic Vyper と Creality CR-6 SE は、このアイデアを工場で製造した独自のバージョンを実装しています。 この機能を調べるために、Anycubic から Vyper プリンタのサンプルを受け取りましたので、詳しく見てみましょう。

Anycubic Vyper の押出機アセンブリには、ひずみゲージが組み込まれたホットエンド用のフォーク型の金属マウントが含まれています。 これにより、電子秤にあるものと同様のロードセルになります。

ホットエンドに力が加わるとマウントがわずかに変形しますが、ひずみゲージはこの変形を測定および定量化できる電気信号に変換します。 この方法では、ホットエンドにかかる非常に軽い圧力でも検出できます。

この機能により、ノズル自体がタッチセンサーになります。 機械が自動レベル調整を行うように指示されている場合、押出機はノズルが接触するまで造形プラットフォームに向かって繰り返し下降します。 軽いタッチでも確実に検出できるため、それほど力を必要としない処理です。

グリッドパターンで複数の測定を行うことにより、メッシュレベリングを実装できます。 また、ノズル先端と構築表面の間の物理的な距離を感知できるため、適切な Z 軸オフセットを自動的に実装できるため、オペレーターは微調整のみを気にする必要がなくなります。

これは素晴らしいアイデアであり、エクストルーダーは明らかにその機能を中心に設計されています。

どれくらいうまく機能しますか? 効果的な初期 Z オフセットの自動設定を含め、この機能が宣伝どおりに動作しているようだと言えるのは嬉しいことです。

ビルド プレートを取り付け、ノズルとビルド表面がきれいであることを確認してから、プリンターに自動レベリング プロセスを実行するように指示するだけです。 マシンは予熱され、冷却ではなく印刷条件下でキャリブレーションが確実に行われます。その後、ノズルが 4 x 4 グリッド パターンでビルド プラットフォームに接触し、その後、メッシュ レベリングと初期 Z オフセットが静かに適用されます。必要に応じて微調整します。 理論的には、ビルド プラットフォームが変更されない限り、プロセスを繰り返す必要はありませんが、ユーザーはいつでも必要に応じてプロセスをトリガーできます。

自動レベリングは宣伝どおりに機能しますが、できることには制限があります。 まず第一に、フィラメントの品質や種類、あるいはビルド プラットフォームの素材に関連する問題は、初心者がつまずく可能性がある別の問題です。 これらは自動レベリング機能では修正されません。

最良の結果を得るには、印刷面とノズル先端の両方がきれいである必要があるため、自動レベリングの前にホットエンドからフィラメントをアンロードすることをお勧めします。 機械は各グリッド点を 2 回予熱して接触させるため、装填されたノズルは各点に少しずつ溶融プラスチックを残し、ノズルと造形表面の間にこの余分な材料が測定の精度に影響を与える可能性があります。 確かに、これはすべてのノズルベースのセンサーのアキレス腱かもしれません。

タッチ ポイントの 4 x 4 グリッドで感知およびモデル化できるものには制限があります。 重大な欠陥のあるビルド サーフェスは正確にモデル化されない可能性があります。 自動レベリングプロセスを実行する前に、シムを使用してビルドシート内の最大 0.8 mm の高点と低点の混合をシミュレートすることで、これを簡単にテストしました。 当然のことながら、タッチ ポイントの 4 x 4 グリッドでは、これらの不完全性が正確にどこで始まり、どこで終わるのかを正確にモデル化するには不十分でしたが、結果として得られた最初のレイヤーが、多少薄くて過度に押しつぶされていたとしても、少なくともまだ使用可能であることを確認してうれしく思いました。高いエリアの。 特殊なケースにうまく対処する方法として、測定ポイントの数を増やすオプション、またはおそらく手動でメッシュを調整するオプションがあるとよいでしょう。

最後に、マシンのファームウェアは、自動レベリング プロセスの詳細についてあまり詳しく説明しません。 感度を変更する方法も、実際の測定値を確認する方法も、0.05 mm 単位で上下に変更できる Z オフセット以外に手動で微調整する方法もないようです。

Vyper の自動レベリングと初期 Z オフセットは宣伝どおりに機能し、たとえファームウェアが内部で正確に何が起こっているかについて少し沈黙しているとしても、実用的な結果が得られます。 これは非常に便利で、ひずみゲージの統合はしっかりしているように見え、全体として、工場で提供されるのは素晴らしい賢いシステムです。

ベッドのレベリングと最初のレイヤーの調整という退屈な単調な作業を自動化するこの方法についてどう思いますか? ホットエンドをロードセルに変えるのは正しい方法でしょうか? ご意見を知りたいので、コメント欄でお知らせください。