Датчик BLTouch для 3D принтера: все, что вам нужно знать

Автоматическая калибровка стола - довольно распространенная функция в настольных FDM 3D принтерах. Однако в большинстве 3D принтеров с автоматической калибровкой стола используется бесконтактный индуктивный датчик, который прост в установке, эксплуатации и настройке. Эти индуктивные датчики хорошо работают в связке металлическими столами 3D принтеров, но столы из других распространенных материалов, таких как стекло, практически невидимы для индуктивных датчиков.

Возможно, именно из-за этого недостатка индуктивных датчиков, у многих на слуху датчики BLTouch: если вам нужно использовать неметаллическое основание слота 3D принтера, но при этом необходима автоматическая калибровка, эти датчики - отличный вариант. Еще один плюс этих датчиков - его высокая точность. Исходные показания BLTouch имеют одно из самых низких стандартных отклонений среди всех типов датчиков для автоматизации калибровки стола 3D принтера.

В этой статье мы рассмотрим датчик BLTouch, его достоинства и как его использовать для 3D принтера (к слову, существует множество клонов датчиков BLTouch, но оригинальная конструкция принадлежит компании Antclabs из Южной Кореи).

Что такое датчик BLTouch?

Согласно данным от Antclabs, оригинальному производителю датчика, "BLTouch - это датчик для автоматической калибровки стола 3D принтеров, который может точно измерять угол наклона поверхности стола". Этот датчик работает на любом типе поверхности, будь то металл, стекло, дерево и другие.

Сам датчик уровня наклона стола 3D принтера имеет довольно сложную конструкцию. Он состоит из микроконтроллера, соленоидного переключателя и наконечника, который непосредственно соприкасается со столом. В оригинальном BLTouch для обеспечения высокой точности используется датчик Холла, и этот датчик в сочетании с физическим наконечником позволяет использовать его со многими типами столов.

В некотором смысле этот датчик эквивалентен микровыключателю, установленному на сервоприводе. Когда инструментальная головка опускается, чтобы "вернуть" сопло по оси Z, стол толкает наконечник немного вверх, срабатывает датчик Холла, после чего головка инструмента поднимается.

BLTouch - один из самых точных и надежных датчиков, поэтому неудивительно, что некоторые производители, такие как MakerGear и CraftBot, используют это устройство на своих высокопроизводительных 3D принтерах.

Теперь, когда мы точно знаем, с чем имеем дело, давайте сравним BLTouch с двумя другими типами датчиков.

Разные типы датчиков для автоматической калибровки стола 3D принтера

Индукционный датчик

Ключевое различие между индуктивным датчиком и BLTouch заключается в том, что датчик BLTouch физически касается стола в процессе калибровки. Индуктивный датчик использует токи, индуцированные магнитными полями, для обнаружения металлических предметов поблизости, благодаря чему непосредственного физического прикосновения к столу не происходит.

Но в этом и заключается проблема: индукционные датчики работают только с металлическими столами, поскольку срабатывают только при контакте с металлом. Так что если вы используете стекло, то такой тип датчиков вам не подойдет.

Микросвич (механический концевой выключатель)

Не стоит также сбрасывать со счетов старомодный физический микровыключатель. По сравнению с BLTouch этот датчик менее точен и, возможно, менее надежен в долгосрочной перспективе, поскольку измерение зависит от физических деталей, которые могут со временем изнашиваться.

Однако эти механические переключатели дадут фору другим вариантам, если вопрос касается стоимости и простоты настройки. Поскольку механические переключатели являются очень простыми в реализации, легко настраиваются и дешево стоят, они нашли довольно широкое применение.

Альтернативы

Pinda Probe

Pina Probe - это датчик, разработанный Prusa Research, который представляет собой индукционный сенсор с термистором для учета изменений температуры слоя. Зонд Pinda специально разработан для линейки 3D принтеров Prusa, на которых установлены специальные точки маркеры для калибровки на столе, которые помогают с выравниванием и коррекцией перекоса.

Считается, что это очень точный датчик для 3D принтеров, и, хотя цифр в интернете особенно нет, отзывы кажутся положительными. Так что стоит учесть, что это хороший вариант, если на вашем 3D принтере стол из металла.

Ezabl Pro

Ezabl Pro - это емкостной датчик, изготовленный. Он поставляется с соединительной платой, в которой используется оптический изолятор, чтобы предотвратить повреждение материнской платы высоким напряжением в случае ошибок подключения.

Что касается точности, то он может выполнять измерения с точностью до одной тысячной миллиметра, а это то, что нужно 3D принтерам. Ezabl Pro также имеет полезные функции, такие как двойное экранирование, которое предотвращает любые помехи от других сигналов.

Основным недостатком Ezabl Pro стоит отметиь стоимость, которая составляет около 65 долларов. Но зато этот датчик может работать со стеклянными столами.

Пъезо датчики

Пьезоэлектрический датчик использует пьезоэлектрический эффект для улавливания изменений силы, давления или деформации и преобразования этих изменений в электрический импульс. Компания Precision Piezo из Великобритании - одна из немногих компаний, производящих пьезоэлектрические датчики для 3D принтеров. Они имеют точность, близкую к 7 микронам, что довольно точно для 3D принтера.

Преимущество пьезоэлектрического датчика заключается в том, что в качестве чувствительного элемента можно использовать сопло, не требуя установки дополнительных компонентов. Кроме того, пьезоэлектрический датчик можно разместить на печатающей головке или под платформой для измерения давления. Что касается цены, то она находится в том же диапазоне, что и BLTouch.

Основы настройки датчика BLTouch

Прежде чем приступить к модификации 3D принтера для BLTouch, вам необходимо проработать следующие моменты.

Монтаж датчика

Датчик BLTouch необходимо установить как можно ближе к печатающей головке. Вы можете найти множество конструкций, доступных для загрузки в интернете. Если вы хотите разработать конструкцию для монтажа самостоятельно, обязательно прочтите документацию BLTouch, чтобы учесть габаритные размеры датчика.

Некоторые пользователи сталкиваются с проблемой, когда сопло врезается в стол с одной стороны и идеально печатает с другой. Причина этого в том, что BLTouch установлен под углом по отношению к соплу. Поэтому при проектировании и установке оборудования убедитесь, что BLTouch установлен идеально под прямым углом и совмещен с соплом.

После установки датчика обязательно запишите расстояние между датчиком BLTouch и центром сопла как по оси X, так и по оси Y.

Конфигурация прошивки 3D принтера

Для запуска BLTouch, необходимо будет изменить прошивку 3D принтера в нескольких местах.

Мы использовали версию прошивки Marlin 1.1.9, которая была обновлена в марте 2020 года. Войдите в файл marlin.ino и перейдите на вкладку configuration.h.

Первый шаг - активировать датчик BLTouch, объявив его. Удалите две косые черты, чтобы раскомментировать оператор define:

#define BLTOUCH

Следующим шагом является установка смещения BLTouch с использованием расстояний X и Y, которые вы должны были измерить при установке датчика. Смещение по оси Z может показаться более сложной процедурой, так как датчик BLTouch выступает ниже сопла при непосредственных измерениях. Вам нужно будет найти расстояние между датчиком и концом сопла, когда датчик полностью выдвинут.

Кроме того, поскольку датчик опускается ниже сопла, смещение должно быть отрицательным. Мы рекомендуем установить его примерно на -2,5 для безопасных первых запусков, а затем отрегулировать. Вам нужно изменить значения следующих строк, чтобы они соответствовали вашим числам:

#define X_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER 30 // Смещение по оси X: -влево + вправо [сопла]
#define Y_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER 20 // Смещение по Y: -перед + сзади
#define Z_PROBE_OFFSET_FROM_EXTRUDER -2.5 // Смещение Z: -ниже + выше

После того, как вы закончите со смещением, вам нужно будет выбрать тип выравнивания стола. Вы можете выбрать один из пяти различных методов компенсации, ниже мы приведем пример с использованием билинейного метода, поскольку с него легко начать.

Чтобы выбрать подходящий вариант, раскомментируйте его, убрав косую черту. Обратите внимание, что только один вариант можно оставить без комментариев. Ваш код должен выглядеть примерно так:

//#define AUTO_BED_LEVELING_3POINT
//#define AUTO_BED_LEVELING_LINEAR
#define AUTO_BED_LEVELING_BILINEAR
//#define AUTO_BED_LEVELING_UBL
//#define MESH_BED_LEVELING

Вы также можете установить количество точек сетки, на основании которых вы будете проводить калибровку. По умолчанию установлено 9 точек, которые формируют сетку 3 на 3 по осям X и Y. Количество точек можно увеличить для получения более точных результатов, но имейте в виду, что время зондирования также будет также пропорционально увеличиваться.

#if ENABLED (AUTO_BED_LEVELING_LINEAR) || ENABLED (AUTO_BED_LEVELING_BILINEAR)

// Устанавливаем количество точек сетки на размер.

#define GRID_MAX_POINTS_X 3
#define GRID_MAX_POINTS_Y GRID_MAX_POINTS_X

Тестирование

После настройки прошивки вам нужно будет проверить, работает ли BLTouch должным образом, выполнив базовый тест. Как только он будет завершен, вы можете приступить к настройке смещения Z. Есть отличное видео от 3DMakerNoob, которое шаг за шагом проведет вас через весь процесс.

Настройка слайсера

Обязательно добавьте команду G29 в свой G-код сразу после команды G28.

Возможные проблемы

Обнаружение проблем

Создатели оригинального BlTouch в Antclabs упомянули, что оригинальные датчики поставляются с QR-кодом, встроенным в печатную плату на задней стороне. Также известно, что другие китайские производители, называемые TL Touch и 3D Touch, производят продукцию более низкого качества, что приводит к ухудшению качества. При покупке в интернете обязательно приобретайте у одного из авторизованных реселлеров, которые опубликованы на сайте Antclabs.

Известные проблемы BLTouch датчика

В последней версии BLTouch V3 были проблемы с принтерами Creality, на которых он не работал должным образом. Разработчики прошивки Marlin тесно сотрудничали с Antclabs и определили, что в прошивку необходимо внести определенные изменения.

Отличное обучающее видео по исправлению этой проблемы было подготовлено компанией Teaching Tech. После внесения изменений многие пользователи, наконец, решили проблему.

Недостатки BLTouch

Хотя BLTouch является чрезвычайно точным датчиком уровня, у него также есть несколько недостатков.

При использовании BLTouch важно, чтобы на поверхности кровати не было мусора. Механический датчик определяет поверхность стола и любое повреждение или мусор на поверхности приведет к неточным показаниям.

Также известно, что BLTouch страдает от помех от токов в проводах нагревателя хот энда. Эти помехи приводят к неправильным показаниям BLTouch. В прошивке Marlin есть специальная строка кода, которая поможет вам выключить обогреватели, пока срабатывает датчик. Чтобы активировать его, найдите и раскомментируйте следующее:

#define PROBING_HEATERS_OFF