Klipper (Прошивка Для 3D-принтера): Что Это Такое И Как Им Пользоваться?

Прошивка Klipper — это мощный инструмент для улучшения интеллектуальных возможностей вашего принтера и, соответственно, его производительности! Далее мы расскажем, что вам нужно знать.

Материнская плата — это сердце вашего 3D-принтера. Она управляет всеми механическими движениями и синхронизацией, от шаговых двигателей до нагревателей и вентиляторов и должна обеспечивать точную синхронизацию, чтобы ваша деталь не превратилась в спагетти.

Традиционно эта плата также должна декодировать G-код, поступающий от слайсера, планировать следующий набор движений, считывать данные со всех датчиков и управлять любыми подключенными дисплеями или кнопками пользовательского интерфейса, переключателями, колесиками и прочим. Учитывая, что главная плата часто представляет собой 8- или 32-битный микроконтроллер (лишь немногим более мощный, чем компьютер управления Apollo), это может быть большой задачей.

Для этого Kevin O’Connor разработал Klipper — программу, которая позволяет материнской плате делать то, что она умеет (очень точно управлять моторами и датчиками), и подключает «мозг» в виде одноплатного компьютера (SBC), например Raspberry Pi, для выполнения более тяжелых для процессора операций, например декодирования файлов G-кода.

Давайте подробнее рассмотрим, что такое Klipper, его различные возможности и функции, как с ним начать работать, мнение сообщества о нем и популярные альтернативы на случай, если он вам не подходит. Приступим!

Принцип работы

Klipper утверждает, что сделает ваш принтер более быстрым и точным. Это достигается за счет того, что аппаратное обеспечение работает в своей «слабой точке» с помощью двух хитроумных приемов. Первый трюк — психологический. Облегчив настройку принтера, вы с большей вероятностью действительно настроите его! Второй трюк — вычислительная мощность. Добавление SBC обеспечивает значительное увеличение вычислительной мощности, благодаря чему ваш принтер не будет бороться за тактовые частоты при печати самых сложных отпечатков.

Все 3D-принтеры, да и большинство других станков ЧПУ в наши дни, работают под управлением специальной программы, которая связывает аппаратное и программное обеспечение, известной как прошивка. В 3D-принтерах прошивка хранится на основной плате. Как уже говорилось, прошивка управляет подключенной электроникой, например шаговыми двигателями и датчиками, используя инструкции G-кода из программы для нарезки, чтобы напечатать модель. Klipper — это набор программного обеспечения для SBC и прошивки, записанной на материнской плате принтера.

Klipper использует дополнительную вычислительную мощность, чтобы, по сути, составить заранее разработанный план для команд G-кода, так что вашему принтеру нужно только выполнять команды, а не обрабатывать их. Это возможно благодаря тому, что шаговые двигатели перемещаются на небольшие расстояния за отдельные шаги. Klipper использует дополнительную вычислительную мощность и встроенные алгоритмы для более точного расчета времени шагового движения для действий двигателя, достигая гораздо более высокой точности.

Имея более четкое представление о том, что такое Klipper и как он работает, давайте подробнее рассмотрим, что он может предложить.

Особенности и функции

Как уже говорилось, Klipper использует дополнительную вычислительную мощность, предоставляемую дополнительным SBC, чтобы обеспечить более точное управление движением принтера, в котором он установлен. Благодаря наличию SBC, обеспечивающего контроль за работой принтера, появляется множество дополнительных функций, использующих дополнительную вычислительную мощность. Полный список можно найти на странице характеристик Klipper, а вот краткая информация о том, чего можно ожидать.

Широкая аппаратная совместимость

Klipper утверждает, что он не зависит от аппаратного обеспечения, то есть вы можете использовать любой тип платы управления принтера и кинематики, и он будет его поддерживать. Хотя это широкое утверждение, вероятно, является чрезмерным, если рассматривать исследовательские принтеры, использующие пользовательское оборудование, верно то, что Klipper будет поддерживать практически любой принтер, который уже был опробован. Это включает в себя поддержку таких редких кинематик, как «Deltesian» и «Polar», а также более распространенных типов (он был разработан с учетом CoreXY). Кроме того, если у вас есть периферийное устройство, которое обеспечивает какой-либо цифровой выход, есть шанс, что Klipper сможет прочитать его и вы сможете указать программе, как на это реагировать.

Еще один трюк в рукаве Klipper в отношении совместимости — это работа с принтерами с несколькими микроконтроллерами, такими как CAN BUS или USB toolheads (да, это множественное число с полной поддержкой нескольких независимых экструдеров или устройств смены инструмента). Конечно, вы должны быть готовы к тому, чтобы настроить программное обеспечение для работы по выбранной шине, что не так-то просто, но теоретически система Klipper и CAN BUS может значительно упростить проводку машины, снизить ее энергопотребление и повысить точность.

Качество печати

Klipper также известен качеством отпечатков, которые он может создавать. Оно достигается благодаря таким умным функциям, как установка концевиков, pressure advance и input shaping. Установка концевиков позволяет получить более равномерный первый слой за счет повышения точности (особенно по оси Z). Это достигается путем проверки набора витков, на которых обычно срабатывает концевой выключатель. Pressure advance изменяет объем экструзии при печати острых углов, а input shaping, по сути, добавляет набор инвертированных вибраций в системы перемещения принтера, которые гасят любые структурные резонансы (значительно уменьшая звон).

Klipper добивается лучшего качества печати благодаря непрерывному планированию движений, интерпретации G-кода от слайсера и применению других функций, чтобы убедиться, что пластик подается туда, куда нужно, в достаточном количестве и только туда, где это необходимо.

Скорость печати

Эти улучшения качества печати также повышают скорость печати. Хотя ни один принтер не может превысить свой поток, Klipper гарантирует, что сопло действительно является единственным ограничивающим фактором, планируя ускорения, вышеупомянутое input shaping, а также предвидя «зигзагообразные» движения и соответствующим образом регулируя движения печати.

Простота в использовании

Эти функции, иначе называемые «простотой использования», делают работу с принтером гораздо более интуитивной и приятной, чем со старыми системами. Вместо того чтобы сотни раз перепрошивать прошивку, чтобы настроить работу принтера, вы можете просто отредактировать текстовый файл в веб-интерфейсе принтера — который вы также можете выбрать.

Если вам не нравится начальный интерфейс, есть три официально поддерживаемых варианта (Mainsail, Fluidd и OctoPrint). Доступ к ним осуществляется через веб-браузер по локальной сети. Загрузка отпечатка на принтер осуществляется простым перетаскиванием файла (больше никаких SD-карт или USB-накопителей).

Используя тот же интерфейс, вы можете запрограммировать принтер на определенную реакцию. Например, если вы хотите, чтобы принтер парковался в каком-то месте после наведения, то для настройки достаточно отредактировать тот же текстовый файл. Эти «макросы» (которые представляют собой определенные блоки в файле printer.cfg) также могут помочь в автоматическом выравнивании стола и калибровке дельты.

Klipper также позволяет проверять состояние принтера и всех подключенных камер, а также обновлять температуру и скорость во время печати из любой точки локальной сети. Если вы особенно хорошо разбираетесь в технологиях, вы можете делать это через Интернет, не прибегая к услугам облачных сервисов (опасайтесь рисков безопасности). Если вы заметили проблему, Klipper также может отменить часть отпечатка (а не весь отпечаток) с помощью функции «Исключить объекты».

Итак, если мы убедили вас в необходимости использования Klipper и его возможностей, читайте дальше, чтобы узнать, как его установить.

Установка Klipper

Мы дадим общий обзор того, что нужно для начала работы над «клипперизацией» вашего принтера, но вы можете ознакомиться с нашей пошаговой инструкцией.

Для начала возьмите свой любимый SBC. Мы рекомендуем Raspberry Pi 3B+ или выше, хотя Klipper может работать и на Raspberry Pi 2, если вы не будете слишком увлекаться. Многие также запускали Klipper на Pi Zero, Orange Pi и даже на старых ноутбуках (которые могут работать с несколькими принтерами)!

Интерфейс

Далее вам нужно выбрать один из трех интерфейсов: OctoPi, Fluidd или Mainsail. Не стоит слишком беспокоиться о выборе, ведь вы можете перейти на другой всего за час. Если вы используете SBC, созданный специально для Klipper (например, BTT-Pi), вам следует ознакомиться с программным обеспечением производителя.

Выбрав интерфейс, вам нужно будет установить это программное обеспечение на SBC, записав образ с помощью Raspberry Pi Imager, Balena Etcher или другого подобного устройства для записи образов дисков на SD-карту, которая будет находиться в SBC. Не забудьте ввести настройки Wi-Fi (следуя руководству для выбранного вами интерфейса), прежде чем вставить SD-карту в SBC, подключить его к принтеру и включить питание.

У Klipper есть веб-интерфейс, но нет среды рабочего стола. Это означает, что при подключении дисплея и клавиатуры к Klipper SBC вы увидите только интерфейс командной строки, а мышь будет бесполезна. Поскольку следующие части настройки требуют подключения SBC к основной плате принтера через USB, а большинство лучших функций Klipper в любом случае открываются через веб-интерфейс, мы предлагаем использовать протокол, известный как SSH или «Secure Shell».

Настройка

С SSH очень легко работать, но если вы не использовали его раньше, то можете почувствовать себя хакером. Вкратце, вам понадобится программа telnet, например PuTTY, затем вам нужно будет определить IP-адрес вашего Klipper SBC и открыть соединение с ним с помощью этой программы telnet. Как только вы войдете в систему, перед вами откроется интерфейс командной строки (CLI).

Обратите внимание, что после этого вы будете изменять прошивку, установленную в вашем принтере. Отмена этих изменений может быть затруднена или невозможна. Не пугайтесь — просто сделайте паузу в маршевом темпе, чтобы подумать об этом. Если вы потратили время на настройку принтера, мы рекомендуем записать эти настройки, потому что они помогут настроить установку Klipper.

Теперь вам нужно определить, на какой материнской плате работает ваш принтер. На странице Klipper на GitHub есть конфигурация и руководство для большинства популярных принтеров, но вкратце вы будете использовать команду «make menuconfig», описанную в руководстве по установке Klipper, чтобы создать пользовательскую прошивку для вашего принтера. Затем с помощью нескольких дополнительных команд вы прошьете эту новую прошивку на материнскую плату принтера. Возможно, вам придется нажать кнопку или установить несколько перемычек на главной плате принтера, чтобы установить прошивку.

После того как прошивка будет установлена на материнскую плату, вы должны увидеть информацию о своем принтере в веб-интерфейсе Klipper. Если это так, то можно переходить к настройке установки и первым отпечаткам.

Конфигурация и макросы

Настроить принтер очень просто, и все это делается через файл «printer.cfg», доступный в веб-интерфейсе Klipper.

Первым шагом будет проверка наличия готового файла конфигурации для вашего принтера. Не паникуйте, если его нет, просто выберите общий файл конфигурации со страницы Klipper на GitHub. Вы даже можете начать с пустого файла и написать все самостоятельно (мы не рекомендуем этого делать, если у вас нет свободного времени, которое вы хотели бы потратить на кодирование… Вот несколько примеров, которые помогут вам начать!) Это просто ввод информации о вашем принтере в соответствующие секции кода. Формат конфигурационных файлов Klipper очень единообразен, что делает его более простым для восприятия по сравнению с другими конфигурациями прошивок.

Мы рекомендуем упорядочить вашу конфигурацию, и для этого есть несколько вариантов. Вы можете добавить отдельный файл и использовать команду «include» в начале файла «printer.cfg» для идентификации каждого файла. Однако Klipper может записывать в файл «printer.cfg» только такие вещи, как значения PID или резонансы input shaping и вам понадобятся секции для этих переменных в основном конфиге.

Другой вариант организации конфига — использовать заголовки. Например, мы можем иметь только файл «printer.cfg» и использовать заголовки для каждой секции. Мы используем заголовки в том же стиле, что и макросы, чтобы обеспечить легко заметное разграничение между секциями. Как бы вы ни организовали свой файл (или даже если вы этого не сделаете), у вас, по крайней мере, будет заголовок «macros».

Макросы

Как уже говорилось, макросы — это небольшие фрагменты кода, которые можно легко вызвать для выполнения определенной функции. Например, у вас может быть макрос для загрузки филамента, другой — для выгрузки, третий — для начала, паузы и окончания печати (эти макросы рекомендуются в документации Klipper). На изображенном примере вы можете видеть макросы для загрузки и выгрузки филамента, а также для наведения и нескольких видов паузы, которые мы используем.

В самом низу файла есть еще один заголовок, который появляется только после начала настройки и запрещает его редактировать. Здесь Klipper хранит свои изменяемые параметры — не трогайте их, вы можете все испортить!

Теперь, когда вы загрузили конфигурацию, вам следует подтвердить ее, используя инструкции по проверке конфигурации Klipper. Если все в порядке, можно приступать к настройке принтера. Мы рекомендуем отличное руководство по настройке принтера от Ellis, но сначала обязательно прочтите раздел «Настройка параметров».

Если все пойдет не так, не отчаивайтесь! Существует целый интернет поддержки, чтобы вернуть вас к работе. У Klipper есть Subreddit, Discord и Discourse, а также несколько руководств по созданию и блогов, посвященных Klipper. Кстати, о сообществе…

Поддержка сообщества

Похоже, что большинство людей на форумах, посвященных 3D-печати, признают существенную разницу в использовании Klipper по сравнению с другими вариантами. Некоторые пользователи отметили, что видят разницу в качестве печати между Klipper и Marlin даже при использовании более мощной 32-битной материнской платы. Более того, некоторые пользователи смогли использовать более высокую скорость печати при использовании прошивки Klipper.

Klipper заслужил похвалу практически от всех представителей сообщества 3D-печати, однако он не лишен недостатков. Вам нужно будет научиться программировать его и добавить по крайней мере один компонент (SBC), что может быть довольно дорого, в зависимости от того, где вы живете.

Кроме того, хотя сообщество быстро протянет руку помощи, если вы попросите о ней, вам, возможно, придется потратить немало времени и сил на поиск проблем, если установка не пройдет гладко. Если вы не любите возиться с принтером, мы рекомендуем придерживаться стандартных настроек.

Альтернативы

Несмотря на все дифирамбы в адрес Klipper, у других прошивок есть свои преимущества! Smoothieware, Marlin и Duet — вот примеры других вариантов, которые вы можете попробовать (хотя если вы читаете это руководство, вы скорее всего используете Marlin).

Marlin

Marlin по-прежнему является самой распространенной прошивкой для принтеров. Большинство инструкций написано для нее и большинство принтеров запускаются на ней. Если вы пользовались принтером (кроме закрытых экосистем, таких как Flashforge, Raise3D или Bambu Lab), вы, вероятно, использовали Marlin. Он очень прост в использовании и для него существует множество инструкций, форумов помощи и поддержки.

Smoothieware

Smoothieware была разработана специально для Smoothieboard, но теперь доступны и другие совместимые платы. Эта прошивка очень гибко настраивается и может работать с другими типами принтеров, то есть вы можете превратить свой принтер в 5-осевой гидроабразивный резак (если вы так настроены). Настоящим недостатком является ограниченная совместимость.

Duet

Платы Duet — это высококачественные и хорошо расширяемые платы. Подождите, разве мы не говорили о программном обеспечении? Да. Итак, экосистема Duet немного странная. Это будет неплохой модернизацией для вашего 3D-принтера, но если вы не собираете многоэкструдерного монстра (в этом случае Duet может написать для вас индивидуальную кинематику), это может оказаться излишеством.

Repetier

Repetier в основном совместим с 8-битными платами, такими как RAMPS или RADDS, но, как ни странно, также и с платами Duet (ну и ну). Если использовать его вместе с Repetier Host, можно получить очень много от старого принтера или любого станка с ЧПУ. Например, Repetier предлагает плагин для Inkscape для преобразования изображений непосредственно в G-код.

RepRap

RepRap был одним из первых вариантов прошивки для любительской 3D-печати и имеет такую же широкую совместимость, как и Repetier, но был обновлен и ориентирован на 32-битные платы. Опять же, она совместима с платами Duet, и при использовании с ними она использует их распределенную вычислительную мощность для обеспечения впечатляющих возможностей.

При всем этом Klipper предлагает очень экономичный и удобный способ опробовать различные прошивки на вашей машине. Он может похвастаться очень простой установкой, поддержкой сообщества и низким барьером для входа в аппаратную часть. К тому же, если вам не понравится, вы всегда сможете использовать SBC в другом проекте!