Guida al piatto autolivellante della Stampante 3D

Modificare il firmware e la meccanica di una stampante 3D per rendere il piatto autolivellante è una procedura abbastanza semplice e ci toglie il problema di dover controllare (o livellare) il piatto ogni volta che togliamo il vetro e lo rimettiamo. La procedura che segue è valida per una stampante che lavori con un firmware Marlin o derivati. L’occorrente per eseguire la modifica: un piccolo mini-interruttore come quello per l’end-stop dell’asse z, al limite potete smontare e usare quello (tanto non servirà più), un piccolo servomotore che faccia almeno 90° di spostamento, un piccolo cavallotto (jumper) per schede elettroniche, qualche cavetto elettrico lungo come quelli dell’hot-end, qualche piccola vite.

Prima di cominciare è necessario sapere come e dove fissare il nostro tastatore (composto da servo e mini-interruttore) ed eventualmente stampare o costruirci il supporto per esso; degli ottimi progetti con modelli 3D scaricabili li possiamo trovare su thingiverse. Fatto questo tiriamo i cavi elettrici e facciamo i collegamenti. Lo schema nell’immagine si riferisce ad una scheda elettronica Ramps 1.4 ; il servo andarà attaccato sulla porta servo della vostra scheda, per la ramps il primo servo va attaccato sul connettore servo più a sinistra se guardate la scheda come in figura. Per alimentare i servo (tutti) con i 5 v necessari dovete fare il ponticello con il cavallotto (jumper) tra il pin VCC e 5v vicino al pin PS, si trova alla sinistra dei connettori servo. Lo switch invece dovrà essere attaccato sempre su Z-MIN come lo switch classico, quindi disconnettete quello originale e connettete quello del tastatore auto costruito.

Passiamo al firmware, con l’editor di Arduino caricate il firmware Marlin ed andate alla scheda Configuration.h, tutto quello che dovete modificare si trova qui. cercate queste due righe:

//#define ENABLE_AUTO_BED_LEVELING // Delete the comment to enable (remove // at the start of the line)
//#define Z_PROBE_REPEATABILITY_TEST  // Delete the comment to enable (remove // at the start of the line)

Decommentate la prima e se volete anche la seconda servirà poi per testare la meccanica dell’auto bed level e anche della vostra stampante. Cercate poi questa riga nella sezione degli end stop:

#define min_software_endstops true // If true, axis won't move to coordinates less than HOME_POS.

e mettete false al posto di true, vi tornerà utile per tarare il tastatore, ma alla fine di tutta la procedura non scordatevi di rimettere true, altrimenti rischiate di rompere il piatto durante il normale utilizzo della stampante. Più avanti spiegherò nel dettaglio a cosa serve. A questo punto dovete solo settare il servo per il movimento del tastatore, andate in fondo alla schermata di Configuration.h  e troverete la sezione servo:

//#define NUM_SERVOS 1 // Servo index starts with 0 for M280 command
.
.
.
//#define SERVO_ENDSTOPS {-1, -1, 0} // Servo index for X, Y, Z. Disable with -1
//#define SERVO_ENDSTOP_ANGLES {0,0, 0,0, 70,0} // X,Y,Z Axis Extend and Retract angles

Per ora limitatevi a decommentare le tre linee che vedete qui sopra, lasciate i valori come sono. A questo punto caricate il FW nella stampante (sempre con l’editor di arduino) e andiamo a iniziare il setting. Per il setting potete usare un software di slicing come per esempio Repetier-host, che nella sezione “Controllo manuale”, consente di inviare comandi G-code direttamente alla stampante. Se di solito usate un altro software l’importante è che possiate inviare i comandi in modo diretto. La prima cosa da fare è provare se funziona il servo con il comando M280 P0 S{angle}
Esempio M280 P0 S90
M280 è il comando per muovere un servo, P0 è la porta alla quale abbiamo collegato il servo sulla Ramps, ce ne sono quattro ma la numerazione parte da 0 quindi, P0 – P1 – P2 – P3, infine S è l’angolazione alla quale vogliamo far posizionare il nostro servo. A questo punto dovete trovare per tentativi l’angolo in cui il tastatore è retratto e quello in cui la probe può toccare il piano. Diciamo solo per esempio che con 10° è retratto e 105° è esteso. Segnatevi questi valori che poi dovrete mettere nel FW. Ritraete il tastatore con il comando M280 P0 S10 (se 10° è il vostro angolo per la posizione retratta). Date il comando G28 X0 Y0, cosi farete solo la home di X e Y, poi spostatevi in un punto del piano (magari quello centrale) segnandolo con un pennarello. Scendete lentamente di Z fino a far toccare il nozzle al piano, utilizzate sempre il metodo del foglio di carta. Ecco che in questo caso vi tornerà utile il fatto che avete messo in false l’end-stop nel firmware, la stampante andrà anche in Z negativo fate molta attenzione.
Una volta che avrete trovato il punto esatto del contatto del nozzle con il piano (il foglio è bloccato) alzatevi di 0.1 (foglio libero), dopo di che date il comando G92 X0 Y0 Z0. Questo comando azzera gli assi in quel punto, infatti su Repetier vedrete i valori 0 su tutti e tre gli assi. Ora alzate in Z abbastanza da poter permettere al tastatore di poter scendere senza sbattere contro il piano e avendo ancora circa 5 mm di distanza da quest’ultimo, scrivetevi di quanto avete dovuto alzarvi, date il comando M280 P0 S105 e il tastatore scende. Ora spostate di X e Y in modo che il tastatore coincida sul punto evidenziato precedentemente con il pennarello e cominciate a scendere con la Z. Appena siete vicini al piano, cominciate a scendere di 0,1 alla volta fino a quando non sentirete il click dello switch, date il comando M119 per verificare l’avvenuta chiusura di quest’ultimo. Ora date il comando M114 che vi restituirà le coordinate X Y Z tipo: X:1.1 Y:-20 Z:3.8, segnatevi questi valori e torniamo al firmware. La prima cosa da fare è mettere i due valori per il servo che abbiamo trovato all’inizio, quindi nella riga:

#define SERVO_ENDSTOP_ANGLES {0,0, 0,0, 70,0}

andremo a metter i due valori

#define SERVO_ENDSTOP_ANGLES {0,0, 0,0, 105,10}

Bene ora torniamo alla sezione autobed level. Mettiamo in queste righe i tre valori di X Y e Z, ma invertiti di segno, mi raccomando invertite il segno. Per X 1 diventa -1 e cosi via…. Questi sono comunemente chiamati valori di offsets, i valori di X e Y devono essere numeri interi, senza virgola, mentre quello della Z (ovviamente) no.

// Offsets to the probe relative to the extruder tip (Hotend - Probe)
  // X and Y offsets MUST be INTEGERS
  #define X_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -1      // Probe on: -left  +right
  #define Y_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER 20      // Probe on: -front +behind
  #define Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -3.8     // -below (always!)

Questi valori diranno al firmware l’offset il tastatore e il nozzle…
Ora dobbiamo definire il modo di sondare il piano, con una griglia o con dei punti prefissati, io preferisco la griglia ma potete fare come meglio credete. La griglia è definita da questa riga:

#define AUTO_BED_LEVELING_GRID

Se questa riga non è commentata allora significa che dovremmo dirgli come è composta la nostra griglia. Innanzitutto diamo i valori dei quattro angoli della griglia.

// set the rectangle in which to probe
#define LEFT_PROBE_BED_POSITION 15
#define RIGHT_PROBE_BED_POSITION 185
#define BACK_PROBE_BED_POSITION 185
#define FRONT_PROBE_BED_POSITION 15

Il punto più a sinistra, quello più a destra, quello più dietro e per finire quello più avanti. Poi di quante righe e colonne è formata la griglia:

#define AUTO_BED_LEVELING_GRID_POINTS 2

In questo caso sono due righe e due colonne, quindi i 4 punti sono esattamente i 4 angoli della nostra griglia. Se invece mettiamo 3, allora avremmo tre righe e tre colonne quindi 9 punti in tutto. Nel caso invece che non volgiamo la griglia e vogliamo definire dei punti a caso nel piano allora commenteremo la riga:

//#define AUTO_BED_LEVELING_GRID

A questo punto definiamo i punti:

#define ABL_PROBE_PT_1_X 15
#define ABL_PROBE_PT_1_Y 180
#define ABL_PROBE_PT_2_X 15
#define ABL_PROBE_PT_2_Y 20
#define ABL_PROBE_PT_3_X 170
#define ABL_PROBE_PT_3_Y 20

Come vedete sono le coordinate di tre punti nel piano, possono essere ovunque, purché nel piano. I valori di questi punti cosi come quelli della griglia sono valori in cui il nozzle è nel piano, non vi preoccupate perché poi il fw terrà conto dell’offset. Quello che dovete tener conto è che se, per esempio, il tastatore è a destra del nozzle di 30 mm e voi volete fare il probe in un punto a 5 mm, il carrello dovrà andare a -25 (30-5) cosa impossibile, quindi state attenti ai valori che date. Per essere più sicuri potete con Repetier far scendere il tastatore spostarlo manualmente sul piano e segnarvi le coordinate delle quattro posizioni massime raggiungibili da inserire poi nella griglia.

Andiamo avanti:

#define Z_RAISE_BEFORE_HOMING 20       // (in mm) Raise Z before homing (G28) for Probe Clearance

Questa riga definisce di quanto si deve alzare in Z il nozzle per essere sicuri che il tastatore possa scendere, mettiamo il valore che avevamo trovato quando ci siamo alzati per permettere al tastatore di scendere… Immaginiamo il caso limite, ci troviamo con il nozzle proprio sul piatto quando diamo il G28 dovrà alzarsi di quel tanto che basta per far scendere il tastatore tamite il servo.

#define XY_TRAVEL_SPEED 8000         // X and Y axis travel speed between probes, in mm/min

Questo valore imposta la velocità di spostamento tra un probe e l’altro, espresso in mm al minuto, però in nessun caso supererà mai la vostra velocità massima impostata nel Firmware. Se per esempio avrete impostato per X e Y un feedrate di 100, visto che questo è un valore espresso in mm al secondo, la massima velocità sarà 100 * 60 quindi 6000 mm/min, anche se impostato a 8000 più di 6000 non andrà.

#define Z_RAISE_BEFORE_PROBING 20    //How much the extruder will be raised before traveling to the first probing point.
#define Z_RAISE_BETWEEN_PROBINGS 8  //How much the extruder will be raised when traveling from between next probing points

Questi due valori invece impostano di quanto si deve alzare la Z prima del primo probe e poi tra un probe e il successivo. Come il precedente, il primo valore serve a far si che il nozzle, nel caso limite, dal piatto si alzi per permettere al tastatore di scendere con facilità, quindi impostatelo sempre di qualche mm in più. Il secondo invece è tra il primo e gli altri, visto che già con il primo sa a che altezza ci troviamo basta quel poco a far si che la sonda si possa ritrarre e riscendere.

#define PROBE_SERVO_DEACTIVATION_DELAY 300

Questo valore imposta dopo quanto tempo il servo non viene più alimentato, in modo da rimanere rigido durante la fase di probing (espresso in millisecondi).

#define Z_SAFE_HOMING

Questo serve a far si che il fw sappia che non si può iniziare l’auto bed level se non si è fatto prima la home di X e Y, in più tramite una formula successiva viene calcolato il centro del piatto per fare il probe appunto al centro, nel caso si faccia solo G28.

Fatto tutto ciò rimettiamo a posto la linea dove avevamo messo false e rimettiamo true:

#define min_software_endstops true // If true, axis won't move to coordinates less than HOME_POS.

Carichiamo nuovamente il firmware nella stampante e verifichiamo il tutto.
Prima di tutto proviamo il comando G28. Se tutto è stato fatto alla perfezione, la stampante farà prima la home di X e Y, poi si sposterà al centro del piatto, si alzerà di 20 (il valore impostato in: #define Z_RAISE_BEFORE_HOMING 20) abbasserà il tastatore e scenderà fino al click dello switch, dopo di che ritrarrà di nuovo la sonda. Ora proviamo a vedere se è tutto ok diamo il comando G1 Z10 F3000 e il nozzle andarà a 10 mm dal piatto. Scendiamo fino al raggiungimento del piano se lo raggiunge, sempre con il metodo del foglio, esattamente a zero allora abbiamo fatto tutto bene. Se invece lo raggiunge prima dello zero o dopo dovremmo fare delle piccole modifiche al fw. Se lo raggiunge prima, per esempio già a 0,2 è sul piatto significa che l’offest di Z è troppo alto di 0,2 quindi dobbiamo togliere 0,2 al valore che avevamo impostato:

#define Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -3.8

Se invece a 0 non raggiunge il piatto significa che l’offset di Z è troppo basso dovremmo aggiungere qualcosina… Se è tutto ok passiamo alla seconda fase. Prima di tutto diamo il comando G28 X0 Y0 e poi il comando G29, a questo punto dopo la home di X e Y la sonda comincerà a fare il suo lavoro o nella griglia o nei punti decisi. Bene ora nel profilo di stampa del nostro slicer non ci resta che aggiungere il comando G29 allo script del codice iniziale per fare in modo che prima dell’inizio di ogni stampa venga livellato il piatto.

PS ricordate che l’autolivellamento del piatto va bene per piccole correzioni, se il piatto è molto storto la stampa verrà comunque perché il livellamento funziona anche con un grande errore, ma le geometrie del pezzo stampato non saranno più in squadra.