Raspberry в 3D-печати

Содержание

• Что такое Raspberry Pi
• Применение в 3D-печати
• Примеры использования
  • Raspberry 3D-принтер от wallacoloo (Colin Wallace)
  • Применение Raspberry Pi для доработки принтеров сделанных своими руками
  • Удаленное управление 3D принтером с помощью OctoPrint и Raspberry на примере Creality Ender 3.
    • Что такое OctoPrint?
    • Лучший Raspberry Pi для OctoPrint
    • Инсталляция
    • Подключение к Wi-Fi
    • Подключение к OctoPi
    • Данные принтера
    • Подключение 3D принтера к Pi
    • Подключение камеры
    • Печать необходимых деталей
    • Монтируем все на принтер
    • Подключение питания к Pi
    • Фокусировка камеры
    • Соединение с OctoPi откуда угодно
    • К печати все готово!
  • Удаленное управление печатью на 3D принтере Anet A8 при помощи Raspberry Pi
  • Демонстрация на примере проекта пользователя KomAndr
  • Повышение скорости печати с Klipper
    • Гонка на 3D принтере: Klipper против Marlin
• Корпуса для Raspberry
  • Монтирующийся на стену корпус для Pi 4
  • Модель корпуса для Pi3
• Выводы

Что такое Raspberry Pi

Raspberry Pi 3. Источник: https://ipkey.com.ua

Raspberry Pi — микрокомпьютер, сделанный на одной плате размером с кредитку. Было выпущено несколько версий. Самая свежая «малинка» 4B поспела совсем недавно — в июне 2019 года.

Микрокомпьютер задумывался как недорогое устройство для изучения информатики, например — сейчас можно купить своему ребенку набор для изучения Linux на основе Raspberry Pi3; но потом стал широко использоваться и в других областях, в том числе — в 3D-печати.

Применение в 3D-печати

Raspberry — одна из наиболее широко используемых систем для удаленного доступа, мониторинга и управления 3D-принтерами. Эти мощные маленькие микрокомпьютеры работают с версией программы OctoPrint (известной как OctoPi). Можно самостоятельно построить Raspberry Pi 3d принтер, сделать дистанционное управление 3D-принтером (при помощи локальной сети или WiFi), чтобы следить за процессом печати или менять параметры по ходу; а также ускорить процесс печати.

Примеры использования

Raspberry 3D-принтер от wallacoloo (Colin Wallace)

Пожалуй, это первый проект в мире, где 3D-принтер работал исключительно под управлением “малинки”. Colin Wallace написал для этого собственную прошивку, которую выложил в открытый доступ.

3D-принтер Mini Kossel управляется непосредственно через встроенный интерфейс ввода/вывода Raspberry Pi — без Arduino или RAMPS. К конструкции добавлены драйверы шаговых двигателей A4988, вентилятор и хотэнд. Управление осуществляется программой OctoPrint. При печати центральный процессор загружен на 40%.

Принтер в действии:

В сети можно найти еще много подобных проектов, но мы ставили себе целью не собрать их все, а дать представление о применении Raspberry, потому — идем дальше.

Raspberry чаще применяется не вместо Arduino или другого AVR, а вместе с ним. В том числе — для апгрейда уже существующих 3D-принтеров.

Применение Raspberry Pi для доработки принтеров сделанных своими руками

Источник: https://3dtoday.ru

Есть два пути самому сделать 3D принтер: собрать его из конструктора — готового набора, либо построить полностью самостоятельно, приобретая комплектующие (или доставая из закромов), изготавливая детали и раму.

В первом случае появится возможность разобраться в 3D-печати и печатать детали для постройки следующей, абсолютно самостоятельной конструкции.

При втором варианте — еще и сэкономить. Однако нужен доступ к станкам и какому-то другому 3D-принтеру, на котором придется распечатать нужные детали, и наличие базовых инженерных навыков. Выбор способа зависит от бюджета и знаний.

Если вы хотите, чтобы ваш ПК не был постоянно подключен к принтеру, чтобы тот мог печатать самостоятельно, нужна управляющая электроника. Некоторые варианты исполнения позволяют дистанционно включать и выключать печать, запускать подогрев стола и экструдера, следить за температурой и процессом печати с помощью web-камеры и т. п. Все это доступно с помощью Raspberry Pi и Octoprint. “Малинка”, конечно, не единственный возможный микрокомпьютер. Например, есть более дешевая “апельсинка” — Orange Pi — но Raspberry Pi 3 стабильнее работает, плюс изначально имеет Wi-Fi и четыре USB-порта.

Ниже пойдет рассказ об удаленном управлении на примере двух DIY 3D-принтеров.

Удаленное управление 3D принтером с помощью OctoPrint и Raspberry на примере Creality Ender 3.

Автор: zach

Что такое OctoPrint?

OctoPrint (OctoPi) — замечательная программа для удаленного управления и мониторинга практически любого 3D-принтера, как самодельного, так и готового. Это бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом позволяет выполнять и контролировать все аспекты работы 3D-принтера с помощью Raspberry Pi.

Вы можете удаленно загружать новые задачи, контролировать температуру экструдера, выключать и включать принтер, проверять состояние ваших печатных объектов, просматривать их в режиме прямой передачи видео и многое другое.

Лучший Raspberry Pi для OctoPrint

Для запуска OctoPrint рекомендуется использовать Raspberry Pi 3 или 3+, Raspberry Pi Zero не совсем подходит для этой задачи. В частности, Zero может страдать от сильных помех Wi-Fi, что отрицательно сказывается на качестве печати.

Raspberry Pi 3 обеспечит нужную скорость. Источник: https://pixabay.com/

Вам потребуется:

• 3D-принтер;
• микрокомпьютер Raspberry Pi 3;
• карта microSD 32 Гб и кардридер;
• адаптер питания для Pi, 2,5 А;
• короткий mini-USB/USB кабель;
• веб-камера и кабель для ее подключения.

Если вы собираетесь апгрейдить готовый принтер, проверьте — совместим ли он с OctoPi. Скорее всего — да, но, на всякий случай, посмотрите список совместимых принтеров.

Инсталляция

Источник: http://howchoo.com

Самый простой способ установить OctoPrint — использовать OctoPi disk image. Загрузите образ с downloads page.

После загрузки образа нужно записать его на карту MicroSD. Подключите SD-карту к кардридеру в компьютере. Затем загрузите и установите Etcher. Отыщите загруженный образ диска OctoPrint, выберите свою SD-карту и нажмите «Flash!» Процесс должен занять около 5 минут.

Подключение к Wi-Fi

Чтобы подключить Raspberry Pi к Wi-Fi, нужно отредактировать текстовый файл на SD-карте. Etcher может автоматически извлечь SD-карту после перепрошивки. Если это так, снова подключите ее к компьютеру.

Войдите в папку SD-карты в Explorer и откройте файл octopi-wpa-supplicant.txt в Notepad или другом простом текстовом редакторе. Не используйте Microsoft Word, Wordpad и другие редакторы поддерживающие форматирование текста.

Уберите значки комментария в строках ниже и введите сетевое имя своего Wi-Fi и пароль:

## WPA/WPA2 secured

network={

             ssid="my-wifi-network-name"

psk="my-wifi-password"

}

Если вы используете Raspberry Pi 3B +, также необходимо раскомментировать или добавить код своей страны в этот файл:

# Uncomment the country your Pi is in to activate Wifi in RaspberryPi 3 B+ and above

# For full list see: https://en.wikipedia.org/wiki/ISO_3166-1_alpha-2

#country=BY # Belarus

#country=GB # United Kingdom

#country=CA # Canada

#country=DE # Germany

#country=FR # France

#country=KZ # Kazakhstan

#country=RU # Russian Federation

#country=UA # Ukraine

Сохраните изменения. Выньте карту из картридера, вставьте в Pi и подключите адаптер переменного тока Pi.

Для безопасности рекомендуется сменить пароль PI, который установлен по умолчанию.

Подключение к OctoPi

Источник: http://howchoo.com

Теперь вы можете подключиться к OctoPrint и увидеть его интерфейс. Со своего основного компьютера убедитесь, что вы находитесь в той же сети, что и ваш Pi, а затем зайдите в веб-браузере по адресу http://octopi.local.

Настройка конфигурации

Источник: http://howchoo.com

После загрузки интерфейса OctoPrint, в браузере вы увидите мастер установки OctoPrint.

Зададим параметры:

1. Access Control Выберите имя пользователя и пароль для контроля доступа. Даже если принтер не будет доступен из внешней сети, это рекомендуется сделать.
2. Online Connectivity Check Здесь задается периодичность пинга DNS-сервера Google. Микрокомпьютер пингует сервер для того, чтобы убедиться в наличии подключения. Включите и оставьте с интервалом по умолчанию — 15 минут.
3. Plugin Blacklist Этот параметр предотвращает установку неподписанных или потенциально вредоносных плагинов на ваш Pi. Рекомендуется включить, а безопасные плагины искать на OctoPrint plugins.
4. Cura Slicing Profile OctoPrint поддерживает слайсинг непосредственно на Pi, с использованием открытого кода CuraEngine. Если вы планируете делать это напрямую из OctoPrint, вам нужно импортировать профиль нарезки для вашего принтера. Если вы не смогли найти профиль слайсинга для вашего принтера, то его можно создать.

Данные принтера

Источник: http://howchoo.com

Если вы не уверены в технических характеристиках вашего принтера, откройте программу-слайсер, которой пользуетесь, чтобы просмотреть настройки или (для готового принтера) погуглите габариты.

Для Creality Ender 3 параметры следующие:

Form factor: Rectangular

Origin: Lower Left

Heated Bed: Yes (checked)

Width: 220mm

Depth: 220mm

Height: 250mm

Axes: Default**

Custom Bounding Box: No (unchecked)

Nozzle Diameter: 0.4mm

Number of Extruders: 1

Подключение 3D принтера к Pi

Источник: http://howchoo.com

Подключите USB-кабель от Pi к USB-порту принтера, OctoPrint будет отправлять команды принтеру и управлять им.

USB-порт принтера обычно расположен рядом со слотом для SD-карты. Это может быть порт micro USB или mini USB.

Используя соответствующий кабель, подключите один из портов USB Pi к USB-порту вашего принтера. Убедитесь, что используемый вами кабель поддерживает передачу данных (некоторые дешевые кабели поддерживают только зарядку).

Затем, в разделе «Параметры подключения» в OctoPrint, введите соответствующие характеристики порта.

Для Creality Ender 3 используются следующие настройки:

Serial Port: /dev/ttyUSB0

Baudrate: AUTO

Обязательно нажмите "Save connection settings" и "Auto-connect on server startup".

Примечание: После подключения USB-кабеля может потребоваться щелкнуть небольшой значок обновления рядом с «Соединением», прежде чем появятся параметры последовательного порта.

Подключение камеры

Источник: http://howchoo.com

Одна из самых интересных возможностей OctoPrint — удаленный просмотр печати в режиме реального времени и видеозапись. Подключать камеру не обязательно, но очень полезно.

Важно: не пытайтесь подключить камеру, когда Pi включен, выключите его. После подключения камеры перезагрузите Pi. Кроме «родной» камеры, Raspberry Pi поддерживает и некоторые другие USB-камеры.

Убедитесь, что вы подключили камеру к порту «CAMERA» (а не «DISPLAY») — на Pi они похожи.

Печать необходимых деталей

Источник: http://howchoo.com

Рекомендуется напечатать следующее:

• крепление для камеры;
• корпус для Raspberry Pi с креплением;
• кейс для DC–DC преобразователя LM2596 (если будете подключать питание к Pi от принтера).

У вас могут быть другие модели, но их можно найти на Thingiverse.

Монтируем все на принтер

Источник: http://howchoo.com

В данном принтере используются алюминиевые направляющие, поэтому для крепления использованы 2 болта M4 на 8 мм и мебельные врезные гайки M4. Камера прикреплена непосредственно к шаговому двигателю оси Z, чтобы был хороший обзор сбоку на экструдер. Понижающий преобразователь установлен на задней панели Ender 3 с помощью двусторонней поролоновой ленты.

Выберите любой подходящий способ монтажа. Просто оставляйте расстояние между кабелями и проследите, чтобы длины кабеля камеры хватило на все расстояние по оси Z.

Подключение питания к Pi

Источник: http://howchoo.com

Питание к Raspberry Pi можно подключить с помощью адаптера переменного тока Pi, как показано, но можно и напрямую к источнику питания 3D-принтера. Это удобно: Pi включается вместе с принтером.

Фокусировка камеры

Источник: http://howchoo.com

Откройте вкладку Feed tab в интерфейсе OctoPrint. Отцентрируйте рабочую панель принтера, положите что-нибудь в центре и поместите экструдер прямо над ним.

На камере Pi есть белая пластиковая ручка для регулировки. Поворачивайте ее потихоньку, например — на 1/16 оборота за раз. Периодически проверяйте и остановитесь, когда все будет в фокусе.

Возможно, крутить придется в обоих направлениях.

Соединение с OctoPi откуда угодно

Оставлять без присмотра работающий принтер опасно, а происходит FDM-печать достаточно медленно, а потому возможность присмотреть за ним и отдавать команды через одну и ту же сеть — основная задача OctoPi. Но порой кто-то может несанкционированно обратиться к принтеру вместо вас.

Обезопасить OctoPrint от злоумышленников можно разными способами. В первую очередь — стоит избегать публичных сетей. Один из самых простых способов — применять плагин OctoPrint Anywhere.

К печати все готово!

Источник: http://howchoo.com

Импортируйте свой первый файл g-code с помощью кнопки «Upload» и запустите печать на обновленном принтере с поддержкой OctoPrint. Не забывайте периодически обновлять версию OctoPrint, чтобы получить доступ к новым функциям и исправлениям багов.

Удаленное управление печатью на 3D принтере Anet A8 при помощи Raspberry Pi

Anet A8 —  популярный 3D-принтер для самостоятельной сборки, отличается доступной ценой и простотой для самостоятельного улучшения и доработки. Детали для усовершенствования принтера печатаются на самом же принтере. Улучшенные версии: Anet A8 Plus, А10.

Демонстрация на примере проекта пользователя KomAndr

Автор проекта собрал Anet A8 и сделал следующие доработки для подключения к нему Raspberry Pi и создания дистанционного управления.

Питание на принтер подается через Wi-Fi-розетку Sonoff. Максимальная сила тока — 10 А при напряжении 220 В, мощность 2,2 КВт, что более чем достаточно для принтера. Если камера транслирует неполадки, искры, возгорание, то принтер можно обесточить удаленно через Wi-Fi-розетку.

Установка и настройка OctoPi практически совпадает с предыдущим кейсом.

Корпус для малинки распечатан по готовой модели с Thigiverse. Модель для печати слегка увеличена с помощью слайсера, потому что оказалась тесновата.

Для охлаждения микрокомпьютера установлен вентилятор на 12 вольт, но запитан от 5 В (для снижения уровня шума). Вентилятор не позволяет процессору нагреваться выше 40 градусов.

Pi подключена коротким USB-кабелем к разъему питания на RAMPS и убрана за дисплей управления принтером.

В видео ниже подробно показан процесс печати на Anet A8 с помощью OctoPrint.

Повышение скорости печати с Klipper

3D-принтеры считаются высокотехнологичными устройствами, но большинство из них не особенно сильны своими вычислительными мощностями. Большинство работает на восьмибитном Arduino. Существует несколько 32-битных плат, но обычно “мозг” представляет собой 8-разрядный AVR с прошивками вроде Marlin или Repetier.

Кевин О'Коннор (Kevin O'Connor), создавая прошивку Klipper (подробнее о проекте Klipper), решил оставить 8-битному AVR, который играет роль микроконтроллера, только управление шаговыми двигателями, а анализ G-кода и прочие сложные задачи доверить хост-машине на основе Raspberry Pi.

Такое разделение функций привело к значительному увеличению скорости 3D-печати.

Видеодемонстрация возможностей прошивки Klipper (драйвера Tmc, 30 В, скорость до 250 мм/сек):

Klipper требует очень мало системных ресурсов, так что вместе с ним на R Pi размещается принт-сервер Octoprint. Принт-сервер принимает файлы для печати, предоставляет ясное и удобное меню для компьютера, планшета и телефона, передает g-код Клипперу, а тот производит необходимые вычисления, оптимизации, проверки и дает микроконтроллеру простые команды. Загрузка процессора меньше 30%, занято всего 94 Мб оперативной памяти.

Погрешность микрошагов по времени не превышает 25 микросекунд. Клиппер не использует упрощения кинематики (алгоритм Брезенхе́ма), как другие прошивки. Вместо этого для расчета времени используется физическая модель движения. Шаги точнее — качество печати выше.

Поскольку программное обеспечение микроконтроллера очень простое, в Klipper его можно легко перенастроить, просто изменив файл на главном компьютере. Прошивка может поддерживать множество микропроцессоров, включая обычные 8-битные и 32-битные процессоры, имеющиеся в 3D-принтерах.

Клиппер поддерживает принтеры с несколькими контроллерами. Например, один управляет только нагревателями, второй только движками по оси Z, третий отвечает за экструдер и т.д.

При высоких скоростях печати может возникнуть проблема с просачиванием. Для ее решения Клиппер реализует алгоритм прогнозируемого давления для экструдеров.

Некоторые из этих функций требуют настройки. Например, для алгоритма повышения давления требуется машинно-постоянная константа. Взаимосвязь между филаментом, давлением и скоростью потока может быть смоделирована с использованием линейного коэффициента.

Вы можете найти это значение экспериментально, напечатав тестовый квадрат и найдя наименьшее число, которое дает ровный угол.

Неправильно настроенный угол слева и правильно настроенный — справа. Источник: http://hackaday.com

Видео Брэдли Мюллера — печать с компенсацией давления в сопле на скорости 100 мм/с с использованием Klipper:

Гонка на 3D принтере: Klipper против Marlin

Пример взят из Scott's Blog

Автор собрал кит Anet A8 и довольно быстро заменил стоковую прошивку на Marlin. Когда вышла из строя исходная материнская плата, вместо нее была установлена комбинация из Arduino Mega и RAMPS 1.4 с шаговыми драйверами DRV8825, что сделало принтер тише и точнее.

Появилась идея поставить прошивку Klipper, который переносит большинство вычислений для 3D-печати из маленького 8-битного микроконтроллера AVR 16 МГц на основе Arduino на гораздо более быстрый четырехъядерный 64-разрядный ARM-процессор с тактовой частотой 1,4 ГГц на Raspberry Pi 3.

Arduino сохраняется, но только в качестве вспомогательного микроконтроллера реального времени, который следит, чтобы команды, полученные от Raspberry Pi, выполнялись вовремя и в правильном порядке.

Уже имелся Raspberry Pi с запущенным OctoPrint, подключенным к A8. Потребовалось некоторое время, чтобы разобраться в конфигурации Klipper.

Первым принтом сделанным при помощи Клиппера был Cali Dog, печатался на скорости 60 мм/с, фото изделия не сохранилось.

Затем была подготовлена модель небольшого цилиндра в OpenSCAD:

cylinder(50, d=20, $fn=90);

Источник: https://alfter.us/

Слои нарезаны слайсером в Cura 3.4.1. Материал — пластик PLA, подогрев стола — 55 ° C.

В видео показана печать цилиндра с помощью Klipper.

В ролике можно услышать, как принтер ускоряется. Качество готового принта довольно хорошее. Что-то напоминающее шов есть лишь с одной стороны. Время печати составило 20 минут.

Затем управление было передано Марлину, понадобилось всего лишь подправить gcode для команд самонаведения и выравнивания рабочей области, остальное не изменилось.

В связке с OctoPi Марлин работал плохо. Даже на скорости 60 мм/с принтер запинался на внутренних участках, а при увеличении скорости до 72 мм/с стало еще хуже. Запинки происходили и при печати внешнего контура. Печатающая головка зависала. Скорость пришлось снизить. Печать длилась 33 минуты, и качество модели гораздо хуже.

Случается, что USB-соединение Marlin и OctoPi приводит к проблемам. G-код был перенесен на SD карту и печать снова запущена. Вот что получилось у Марлина при печати с карты SD:

Процесс занял примерно 30 минут, качество не слишком отличалось от того, что получилось под управлением Клиппера, но времени потребовалось примерно в 1,5 раза больше.

Крупный план трех отпечатков рядом: K — Klipper, M — Marlin с OctoPrint, MS — Marlin, печать с SD карты.

Источник: https://alfter.us/

Даже без увеличения хорошо видно, что качество у среднего цилиндра хуже всего.

Выводы автора: Klipper немного сложнее в установке и пока что у него не так много функций, как у Марлина, но повышение скорости и улучшение качества печати делают его лучшим выбором для выполнения большинства обычных задач. Когда требуются функции, которые выполняет только Marlin, то легко и быстро можно вернуться к нему.

Корпуса для Raspberry

Как вы могли заметить, R Pi выпускается без корпуса. Конечно, фирменный корпус существует, и его можно приобрести за отдельную плату. Но, как сказал один из любителей 3D-печати, за эти деньги можно купить пластика на несколько.

Очень часто именно печать корпуса становится первым проектом того, кто решил обзавестись малинкой.

Существует очень много доступных моделей. Для начала можно посмотреть «35 Fantastic Raspberry Pi Cases to 3D Print in 2019» — обзор 35 моделей для печати кейсов со ссылками, где их можно скачать.

Нужно учесть, что в настоящее время существует 7 различных вариантов фруктового микрокомпьютера, начиная с нынешнего поколения Raspberry Pi 4 и заканчивая ультра-дешевой Raspberry Pi Zero. Подбирать кейс надо именно к вашему варианту.

Вот пара моделей из обзора.

Монтирующийся на стену корпус для Pi 4

Наименование: Wall mounted Pi 4 Case

Download Thingiverse

Совместимость; Raspberry Pi 4 B

Корпус, разработанный пользователем Tipam на Thingiverse, не только хорошо вентилируется пассивно, но и дает возможность активно охлаждать малинку вентилятором 30 x 30 x 7 мм (похоже, Raspberry Pi 4 прилично греется при выполнении нескольких задач).

Кейс состоит из двух частей, которые легко соединяются друг с другом, и пластины для крепления на стену.

Модель корпуса для Pi3

Наименование: Raspberry Pi 3 Case with VESA mounts

Download Thingiverse

Совместимость: Raspberry Pi 3, 2 and Model B+ / Tinker Board

Эта модель чрезвычайно популярна из-за своей простоты и лаконичности, в то же время — в ней есть все необходимые разъемы и вентиляционные отверстия, и даже отверстия под крепление типа VESA. Отлично подходит для Pi3, управляющего 3D печатью — можно легко закрепить на корпусе или раме принтера.

Можно выбирать из множества моделей по своему вкусу или придумать собственную. Простор для творчества широкий.

Выводы

Микрокомпьютеры Raspberry — компактное и недорогое решение для многих целей. Пусть они не так мощны и универсальны, как пользовательские ПК, но свои задачи, для которых обычный компьютер слишком громоздок и прожорлив, выполняют отлично и бесперебойно, а места занимают меньше, чем пачка сигарет. Если речь заходит о самодельных электронных или электронно-механических устройствах, почти наверняка будут упомянуты Raspberry или Arduino. Как мы видим выше, в создании DIY-3D-принтеров это столь же полезный предмет.

Что интересно — имея 3D-принтер для печати плат Voltera можно печатать основу устройств формата Raspberry P и Arduino по собственным проектам, под уникальную компоновку комплектующих.