石定盤 自作3Dプリンタ、オートレベリング0.3mm誤差→Marlinソース変更

3Dプリンタを作ろう！  最近こればっかし．

今回は、オートベッドレベリングの不具合についてです．かなり重箱の隅です．

問題： auto bed levelingしても、ステージが水平から0.3mmずれている．

たかが0.3mmの何が問題なのか？

3DPが加工物を打つには0.3mmのステージ倒れは全く問題になりません．しかし、本筋からちょい離れた面で0.3mmが重大な問題に発展するんです．それは、、、

第１層目のステージへの接着性が損なわれる

これは大きな加工物を打つ時に深刻さが顕在化します．大きな加工物はステージから剥がれてしまう恐れがあるからです．ステージへの接着強度を保つために、ステージを50℃ぐらいに加熱したりするくらいです．

なので、第１層目だけは、樹脂をステージに擦り付けるようにして接着強度を高めます．そのために、ステージとノズルのクリアランスをたぶん0.1～0.2mmぐらいに狭くするのが好ましい．ちなみに標準的なノズル穴径は0.4mmです．

というわけで、ステージの水平度は全面に渡って0.2±0.1mmぐらいにしたいわけです．これはなかなか難しい目標です．陳腐な安物自作3DPでこんな精度を実現できるわけがないというくらい難しい．

そこで、オートベッドレベリングという水平自動調整機能がMarlinには実装されています．この機能を使えば打つ前に自動でステージを水平調整してくれるので助かります．

↓ステージをわざと2mmぐらい傾けてオートレベリングをやらせると、ステージの動きに同期してZ軸が動くので「オートレベリングしてる」と目視でわかります．つまり、ステージをアクチュエータで傾けるのではなくて、Ｚ軸で傾きから逃げる仕組みなんです．

↓ところが、オートレベリングをさせても、第１層目が不均一に印刷されてしまいます．上の1/3ほどがかすれています．調べたところ、オートレベルしてもなぜか、写真の上下で0.3mmだけ高さがズレているんです．0.3mmは剥がした樹脂の厚みで割り出しました．これでは大きな部品を打てません．

↓正しくはこのように均一に印刷されて欲しいのです．黄色いPLAの外形寸法は180x180mmぐらいです．

↓昨日と今日と、0.3mmの原因を調べましたが、残った仮説がこの２つの写真です．Z高さセンサとして静電型近接スイッチを使っています．静電型近接スイッチが感知しているのは数pFの静電容量変動だと推測します．静電容量は、理想的にはステージと近接スイッチの相互作用でのみ決まると考えますが、実際には周辺物体がたくさん在り、それらの影響を受けます．例えばステージとX軸ロッドとの位置が２つの写真で異なります．それでステージの奥と手前で静電容量に食い違いが生じているのではないか？との仮説です．

奥を測定

手前を測定

ステージ～近接センサの距離を測れれば証明できるのですが、ノギスを入れるのすら難しく仮説の域を出ません．

追記： ヒーターとファンの配線をセンサーからなるべく離すと良好なようです．Z高さ測定の時にはヒーターとファンをOFFするoptionがMarlinにはあるのですが、今はそれを使っていません．

ーーーー

そこで証明は諦めて、Marlin source codeで0.3mmを補正するという暴挙をやりました．以下はその説明です．

なお、オートレベリングには数種類の計算方法がありますが、わたしが採用したのは「3point」です．ガラスステージの平面度は信用するというポリシーです．よく使われる「BILINEAR」はステージに凹凸がある場合に利用されます．

Marlin sourceを読むのは初めてでしたが、Linux sourceなどに比較すると全然簡単です．わたしのような素人ソフト屋でも２時間ぐらいで目星をつけることが出来ました．

３点Z高さ測定のキモの部分はここです．

ファイル：G29.cpp         行：688

    #elif ENABLED(AUTO_BED_LEVELING_3POINT)

      LOOP_L_N(i, 3) {

        probePos = points[i];

        measured_z = probe.probe_at_point(probePos, raise_after, verbose_level);

        points[i].z = measured_z;

      }

probe_at_point()がキモの関数です．probe.cppに記述されています．XY座標を渡すと、近接センサが反応したZ高さを返してくる関数です．

Z測定は３ヵ所で行います．座標はprobe.hに記述があります．

            points[0].set(min_x(), min_y());

            points[1].set(max_x(), min_y());

            points[2].set((min_x() + max_x()) / 2, max_y());

[0][1][2]のステージ上の配置はこうです．オートレベリングの結果で②が0.3mm高いのに困っているので、[2]を0.3だけ補正してやれば治るのではないか？

source codeに、これを追加しました．

        if(i==2) measured_z += 0.6;

カット＆トライで0.6mm補正が最適でした．理由は知りません．

かくの如く大きな加工物を打つには一苦労です．

追記： 170x170x9mmを打ち終えました．

ステージの台座を大きくするための部品です．190gもありました．

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かしこ

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