pATAq 发表于 2024-12-15 13:34:28

跟思兼学用Klipper(34) 3D打印机如何进行双 Z 等高校准

本帖最后由 pATAq 于 2024-12-15 15:30 编辑

# 跟思兼学用Klipper(34) 3D打印机如何进行双 Z 等高校准之我见

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>[思兼的学用Klipper系列文章合集](https://www.cnblogs.com/sjqlwy/p/18005866/klipper_blog_collection)

前些天看到一些视频,顺便想起很早之前和网友讨论过,本文便针对 i3 架构独立双丝杆 Z 轴的 3D 打印机进行等高校准的问题,结合自己的一些经验感悟分享如下。

**本文软硬件环境:**
* BIQU BX 3D打印机
* Klipper 固件
**本文涉及的内容:**
* 探讨哪种校准双 Z 等高的方法更合理
* 为何要进行双 Z 等高校准
* 如何使用等高柱手动、电机堵转/双限位自动校准等高
* 探讨是否可以使用独立一套虚拟限位方式自动校准等高
* 何时进行等高校准
* CoreXY、UM2、MakerBot 等架构的 3D 打印机 Z 轴等高校准不同之处
**注意:**
* 本文不讨论调平器数值温度漂移
* 本文首先假设热床是完全平整的
* 对于 i3 机型,此处 X 轴横梁又称龙门,双 Z 等高校准又称龙门倾斜校正
# 一、精简版
这里有两个视频:
* [大鱼CC3D打印机改klipper+断料检测+3dtouch调平+自动双Z倾斜校准](https://www.bilibili.com/video/BV1zK421Y77M)
* (https://www.bilibili.com/video/BV1ZFqrYyECW/)
以上分别针对 CoreXY 和 i3 架构的 3D 打印机,涉及自动龙门倾斜校准(或称双Z等高校准),但是私以为视频中的步骤有待商榷,为了阐释我的观点,故有此文。
### 1.1 我的观点及方法如下:
1. 热床平面未经校准并不可靠,不能作为参考平面。
2. 校准龙门使其与框架顶部或底座平行(通过等高柱手动或者通过堵转来自动校准)。由于手动校准需要人工参与、自动校准有损坏设备的风险,以上一般不建议作为日常手段,仅用作首次以及必要时的手段,日常请使用步骤 4 来校准。
3. 借助调平器调节热床调平螺丝,使喷嘴距离四颗热床螺丝上方的高度一致(SCREWS_TILT_CALCULATE)。也可以通过 A4 纸或肉眼观察,但主观性大,如想获得更好的首层效果,此类方法应弃用。
4. 校准后的热床螺丝上方探测点可用于后续自动校正龙门倾斜(即双 Z 等高,Z_TILT_ADJUST)
!(https://s2.loli.net/2024/12/14/e3WlPAR4SdOTioE.png)
【图 1】初次组装完成后,如未经校准,可能的热床和龙门状态。
### 1.2 我认为视频 2 中有两点不妥之处:
1. 使用不可靠的热床平面作为参考来校正龙门倾斜,有可能喷嘴在XY方向上的相对移动平面与热床平面平行,但与框架顶部或底座不平行,如下图2中A图所示。
!(https://s2.loli.net/2024/12/14/MtAbQqiFWkmvVgl.png)
【图 2】不同龙门倾斜校正方法
2. 未使用有调平螺丝支撑的位置作为探测点,如下图热床网格高度图显示大多数热床实际凹凸不平,使用其他位置作为探测点并不可控。
![](https://canada1.discourse-cdn.com/free1/uploads/klipper/original/1X/0a0cb3012e4f6fb03323bf9cea6e8e2b82614708.jpeg)
【图 3】热床网格高度图,大多数热床无法做到非常高的平整度。来源: (https://klipper.discourse.group/t/impossible-bed-mesh-leveling-cr10spro-v2/204)
# 二、完整版
## 2.1 演示平台之 BIQU BX 3D 打印机介绍
![](https://cdn.shopify.com/s/files/1/1619/4791/products/BXprinter.jpg?v=1716048649&width=610)
【图 4】BIQU BX 3D打印机
因为我手头有这台机器,也用它测试了一些功能(相关内容整理后很快会和读者们见面),所以这里简单介绍一下它。前几年在国外网站看到 BIQU B1 这款 3D 打印机,评价不错,问淘宝店说国内不卖,很是郁闷,后来他家又出了 BIQU BX 在 Kickstarter 上众筹,以及发布了 BIQU Hurakan 这款搭载 Klipper 的打印机,这三者中堆料最高的就是 BX,总结起来就是硬件性能很强。之前不卖国内,后来拓竹来袭,销量受冲击,现在小黄鱼上倒是可以低价购入它。
**特点介绍:**
* 独立双 Z
* 0.9° 步进电机
* H2 超轻近程挤出机
* 7 寸彩色触摸屏,多种模式(模拟 12864 / Marlin 彩屏/树莓派 DSI 显示)
* 超高性能 STM32H743 主板
* 接近开关自动调平器
* 250 * 250 * 250 打印尺寸
## 2.2 为何进行双 Z 等高校准
进行龙门倾斜校正主要目的是提高 3D 打印机的稳定性与打印精度。
!(https://s2.loli.net/2024/12/12/5rF8B7YJojEimgP.png)
【图 5】大鱼 Swing 3D 打印机,当组装良好时,双侧丝杆与框架顶部及底座垂直,龙门与丝杆垂直,在良好润滑下,设备运动顺畅,有效减少 Z Wobble。
### 2.2.1 延长丝杆寿命,减少噪音
当X轴横梁与双侧丝杆不垂直(两侧相对框架底座不等高)时,丝杆螺母和丝杆磨损增大,噪音增加。
### 2.2.2 提高打印精度
避免移动时两侧负载不同导致横梁摆动,从而导致模型在Z轴方向上打印质量不稳定。
## 2.3 如何进行双 Z 等高校准
### 2.3.1 等高柱手动校正法
目前常用的方法是使用等高柱校正,如下图所示。适用双 Z 独立电机,独立或公用电机驱动。
!(https://s2.loli.net/2024/12/13/4JrLTMmGOgpCfNR.png)

【图 6】双Z校正等高柱,来源:(https://www.printables.com/model/241053-biqu-bx-dual-z-gantry-spacers)
**具体方法如下:**
1. 关闭Z轴步进电机后,通过手动拧丝杆使横梁两侧落到等高柱上
2. 使能电机,控制电机抬高后取下等高柱
3. 控制Z轴抬高并归位数次,再次使用等高柱验证
**注意:**
1. 如果手拧丝杆使两侧都落到等高柱后,一侧会弹回去,请调节双侧偏心螺母(单个滑轮的那个)【重要】
2. 必要时增加Z驱动电流,避免丝杆电机容易堵转丢步
3. 丝杆润滑建议使用润滑脂,光轴润滑可以使用润滑油
4.双Z单电机同步带同步的形式也可以使用此方法,但是需要松开同步带调整,比较麻烦
### 2.3.2 电机堵转自动校正法
需要框架顶部可以校正倾斜的情况,适用双 Z 独立电机,独立或公用电机驱动。
参考此宏:(https://github.com/strayr/strayr-k-macros/blob/main/mechanical_level_tmc2209.cfg),以及具体可以移步 (https://strayr.github.io/marlin/klipper/2022/08/27/g34.html) 。
此方法降低 Z 电机电流归位,使龙门两侧撞击顶部框架发生堵转,从而将框架水平转移到龙门,校正龙门倾斜。
注意:
此方法有损坏设备的风险,如果不放心,可以一步步手动执行宏中的Gcode。
### 2.3.3 双限位开关自动校正法
适用于双 Z 独立电机,独立电机驱动的场景。
即在两个Z轴上分别安装限位开关,推荐使用光电限位开关。相比于微动限位开关,龙门上的触发装置可以穿过光电槽,由于是无接触式的,不会被机械撞击损坏或位置松动。
具体可以参考 Klipper 官方文档关于 (https://www.klipper3d.org/Config_Reference.html#stepper_z1) 部分的介绍。 使用者需要做的是校准限位开关位置,且注意仅主轴支持设置position_endstop。
还有一个思路是定义一套独立的仅用于龙门倾斜校正的限位系统,这样限位的位置自由度高,且可以使用 TMC2209 之类的堵转检测功能实现的无感归位?这个有待测试。
## 2.4 何时进行龙门倾斜校正
在校正龙门倾斜后,我们可以进一步校准热床调平螺丝等高,然后日常打印的起始 Gcode 中加入G34指令,以热床前方或者后方两颗调平螺丝所在坐标或邻近坐标作为探测点,进行自动校正。
仅当调平螺丝参考点出现较大偏差不再可靠时,再使用上述手动或自动方法以框架为基准校正。

# 三、番外1:CoreXY、UM2、MakerBot 等架构的 3D 打印机双 Z 轴等高校准
!(https://s2.loli.net/2024/12/15/tTZpbFjd265JrUl.png)
【图 7】大鱼CoreXY 1.53 3D打印机。
对于此种类型,由于 X 轴横梁与框架顶部平面一起,我们需要校准的是热床托架两侧等高。同样可以根据情况选择堵转校正或等高柱校正。
# 四、番外2:CoreXY 等架构的 3D 打印机三 Z 轴等高校准
!(https://s2.loli.net/2024/12/15/o1bLXehyDl9wM5s.png)
【图 8】GuguBot 3D打印机,采用 3Z 轴自动调平热床。
* 此种结构与双 Z 轴有很大不同,因为至少 3 点可以确定一个平面,所以相比于双 Z 轴需要使用调平螺丝+弹簧来调整热床平面,3Z 轴不需要调平螺丝,只需要等高柱固定到热床托架上即可。
* 此外丝杆与热床托架使用关节轴承连接,有较大的灵活性。
所以对于 3Z 轴的 Z_TILT_ADJUST 校准相当于普通双 Z 轴机器的 Z_TILT_ADJUST+ SCREWS_TILT_CALCULATE,且可以全自动完成,有很大优势。
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