Impresión de alta velocidad: ¿Qué opciones hay?

Cuando se trata de impresión de alta velocidad, hay dos cosas a considerar: Hardware y software. El hardware es la estructura mecánica de la impresora, mientras que el software es el firmware que controla el dispositivo.

Hardware

Comencemos con el hardware. La mayoría de las impresoras económicas utilizan ruedas con rodamientos, pequeñas ruedas de goma que encajan en las ranuras de las guías de aluminio. Son baratas y bastante fáciles de instalar, y el mantenimiento también es relativamente simple. Sin embargo, el problema es que estos rodamientos tienden a moverse cuando están sueltos y se pegan al aluminio cuando se aprietan demasiado, por lo que se necesita ajustas con el tiempo para no comprometer la precisión dimensional y no tener problemas si imprimes a mayor velocidad.

Para evitar estos problemas, es útil una actualización a otras formas de guía de movimiento, como cojinetes lineanes o guías lineales. Estas opciones tienen menos fricción y no requieren apretar las barras o las guías. Se requiere relativamente poco mantenimiento, generalmente solo limpieza y engrase. Los cojinetes lineales son relativamente económicos, mientras que las guías lineales pueden ser un poco más caras, pero son extremadamente duraderas y son los componentes de movimiento preferidos para la impresión de alta velocidad. Se encuentran comúnmente en los ejes X e Y de las máquinas CoreXY, a veces también en el eje Z. Como la impresora Voron Switchwire, que tiene un sistema de movimiento CoreXZ. Incluso puedes encontrarlos en diseños comunitarios de Bedslingers cartesianos para todos los ejes.

Reducir el peso de las piezas móviles también puede ayudar con las vibraciones. Cuanto más pesadas sean, mayor será la inercia al generar más fuerzas durante la aceleración y el frenado. Si tu impresora tiene una plataforma de cristal, es mejor optar por una plataforma de impresión PEI, liviana y muy efectiva. Los Bedslingers sufren especialmente las vibraciones porque la cama está hecha de una gruesa placa de aluminio. Este no es el caso con otros cartesianos. Por ejemplo, las impresoras de la familia Ender 5 tienen una cama que se mueve solo en el eje Z y que solo se usa para cambios de capa y saltos Z, no para movimientos de impresión como tal.

Lo mismo ocurre con el hotend. ¿Tienes un sistema Direct-Drive con un gran motor paso a paso? No es lo ideal. Puedes elegir un motor paso a paso Pancake, o mejor aún, una extrusora liviana con un motor pequeño como la Bondtech LGX Lite.

El Bowden también es mejor para reducir la vibración debido a la reducción de peso en movimiento, pero los cables Bowden tienen otros problemas.

Firmware

Hemos visto qué cambios se deben realizar en el hardware, pero ¿qué pasa con el firmware? Aquí es donde las cosas se complican un poco. Aunque hay múltiples posibilidades, normalmente se utiliza una Raspberry Pi, que tiene firmware instalado y que se conecta a la placa principal de la impresora.

Esencialmente, se usa la potencia de procesamiento de Pi y tu placa original solo se ocupa de la ejecución de comandos. Klipper tiene algunas ventajas sobre el firmware Marlin estándar que se encuentra en muchas impresoras actuales. En primer lugar, las Raspberry Pi tienen mucha más potencia de procesamiento que las placas base normales y pueden albergar muchas funciones de firmware nuevas o mejoradas, como Pressure Advance, también pueden albergar una interfaz con la que puedes interactuar a través de tu navegador. Raspberry Pi tiene Wi-Fi incorporado y un puerto Ethernet, por lo que no es un problema. En cambio, Klipper usa archivos de configuración para controlar la placa base y todas sus funciones. Todo lo que tienes que hacer es abrir este archivo de texto en la interfaz web y ajustar una instrucción, luego guardar y reiniciar y eso es todo, sin tarjetas SD y sin desplazarse por cientos de líneas y docenas de páginas de firmware. Los archivos cfg son súper cortos y compactos. Las Pi también tienen puertos USB para que puedas conectar una cámara web para vigilar la impresión cuando estés en otra habitación, e incluso hay aplicaciones para teléfonos que pueden conectarse a Klipper para que puedas monitorear la impresión incluso de forma remota.

Pero la función que está teniendo más éxito en la Comunidad es el Input Shaping. Esta es una función que mide las frecuencias resonantes de una impresora mientras se mueve y las compensa mientras imprime. A medida que el cabezal de impresión se acelera o se ralentiza, crea una vibración a una determinada frecuencia, y el Input Shaping compensa esta vibración no deseada, lo que permite aumentar la velocidad. Las impresoras más populares con firmware Klipper que utilizan Input Shaping son los dispositivos de la serie Voron.

Suena genial, ¿verdad? ¡Lo es! Solo hay un problema: Debido a los problemas de la cadena de suministro de los últimos años y la escasez de chips, las Raspberry Pi se han vuelto bastante caras y, a menudo, hay largas esperas para obtener una. Otro problema es que configurar una Pi con Klipper no es tan fácil. Hay excelentes guías y tutoriales en la web, pero es un poco complicado para los principiantes en impresión 3D.

¿Qué puedes hacer?

Bueno, hay varias posibilidades. La primera es una placa principal que contiene una placa secundaria que funciona como una Pi. Una posibilidad sería la serie Manta de BIGTREETECH (ver aquí). La placa CB1 se combina con la placa base Manta y el proceso de configuración es similar al de una Raspberry Pi normal. Aunque es mucho más barato, todavía queda mucho por hacer para que funcione: Instala Pi-System-Image, instala Kipper con Kiauh, obtén acceso SSH y luego compila el firmware. Pese a que no es extremadamente complicado, puede parecer desalentador para alguien que no esté familiarizado con este tipo de cosas.

La siguiente opción es Klipper Pad, tenemos dos en nuestra tienda: Creality Sonic Pad y FLSUN Speeder Pad. En el momento de escribir este artículo, Creality Sonic Pad tenía 21 perfiles preconfigurados, en su mayoría para sus propias impresoras, pero también para Prusa Mini. Lo especial de Sonic Pad es que es compatible con cualquier impresora que tenga los chips de procesador utilizados en estos 21 perfiles. Por ejemplo, la Ender 3 S1 usa una STM32F104, pero muchas otras impresoras también usan este chip, como Artillery Sidewinder X1 y X2, que tienen una placa base Ruby. Entonces, esta impresora también es compatible con Sonic Pad.

Si bien hay varias impresoras compatibles con Sonic Pad, no es para cualquiera. Una excepción es la SKR Mini E3 V3.0, que es la actualización de placa base más popular para la serie Ender, ya que tiene el mismo tamaño que la placa original, por lo que es realmente fácil de instalar y configurar. Esta usa un STM32G0B1, que lamentablemente no está en esta lista.

Para saber qué chips son compatibles con el Sonic Pad y cómo instalarlo en tu impresora, hemos realizado un vídeo sobre el tema que puedes encontrar aquí.

¿Hay otras opciones además del Pad? Bueno, aquí es donde entra en juego el firmware de Marlin. Puede que estés familiarizado con Marlin, en el que se basa casi todo el firmware de las impresoras 3D más económicas. Es de código abierto, de descarga gratuita y adecuado para muchas placas base de impresora. Marlin 2.1.2 se lanzó en diciembre de 2022 y lo hemos probado en algunas impresoras con gran éxito. Mira nuestro video al respecto.

Configurar Marlin es un poco más difícil que configurar una Pad, pero afortunadamente hay muchos tutoriales online que pueden ayudarte y Marlin ofrece perfiles de firmware preconfigurados para muchas impresoras. Echa un vistazo aquí.

Para configurar Marlin, primero debes tener un programa para modificarlo. Hay varios, pero recomendamos el Visual Studio Code.

También necesitas una extensión denominada PlatformIO como IDE para habilitar el cambio. Puedes buscarlo en la barra lateral de extensiones del VSCode. Una vez que los tengas, necesitarás una copia nueva de Marlin. Lista de errores de Marlin 2.1.2 disponible aquí.

Descarga todo y abre la carpeta en VSCode. Ahora puedes descargar uno de los perfiles configurados anteriormente, las partes más importantes son configuration.h y configuration_adv.h y se pueden copiar en la carpeta Marlin para anular las versiones sin formato. A menos que hayas modificado tu impresora de alguna manera, como nuevas actualizaciones, básicamente has terminado con la configuración inicial. Sin embargo, para que Input Shaper de Marlin funcione, es necesario realizar algunas pruebas. Primero debes activar Input Shaping en el firmware. Para hacer esto, abre VSCode con el firmware, ve a configuration_adv.h en la barra lateral, presiona CTRL-F para iniciar la búsqueda, escribe "input shaping" y serás llevado a la sección relacionada. Descomenta las líneas:

//#define INPUT_SHAPING_X
Y
//#define INPUT_SHAPING_y

Descomentar simplemente significa eliminar la doble barra, que trata todo lo que sigue a la misma línea como un comentario, no como un comando.

Si estás utilizando una pantalla como LCD12864 (pantalla predeterminada de Ender 3), también ayudaría descomentar la línea:

// #define SHAPING_MENU

Esto permite una opción de menú para ajustar los valores de configuración de entrada, lo que hace que la configuración sea mucho más eficiente ya que no es necesario cambiar el firmware cada vez que cambian los valores.

Ahora que Input Shaping está habilitado en el firmware, puedes compilar el firmware. Simplemente elegir la configuración correcta no es suficiente, ya que muchas impresoras tienen placas base diferentes, e incluso esas placas base pueden tener procesadores diferentes.

Por ejemplo, la Ender 3 V2 puede tener una placa base v4.2.2 o una placa base v4.2.7, y la placa 4.2.2 puede tener un chip STM32F103 o un chip GD32F303. Ve a la página Configuration.h en la barra lateral y escribe CTRL-F y #define motherboard nuevamente para encontrar la línea correcta. Para una tarjeta Creality v.4.2.2 o V4.2.7 es tan simple como cambiar la línea a:

#define MOTHERBOARD BOARD_CREALITY_V4

Puede que no sea necesario cambiar nada para otras impresoras, pero los valores correctos para las placas base utilizadas por Marlin se almacenan en la página boards.h. Para encontrarlos, ve a la barra lateral y haz clic en "src", luego en "core" y luego en "boards.h", aquí encontrarás una lista de placas utilizables, solo busca la que está montada en tu impresora.

Después de eso, debes elegir el chip correcto. Ve a la barra lateral, haz clic en platformio.ini y en la parte superior de la página encontrará la línea:

default_envs = [CORRECT CHIP]

Ahí puedes poner el chip correcto (recuerda que está impreso en el chip de tu placa base). Afortunadamente VSCode tiene una opción de autocompletar para que puedas seleccionar fácilmente el chip correcto.

Eso es todo, todo está listo. Todo lo que tienes que hacer es compilar el firmware y copiarlo en tu tarjeta SD. Para hacer esto, vete a VSCode y en la parte inferior de la pantalla encontrarás un ícono de verificación, haz clic en él y comenzará a verificar el firmware para ver si hay algún problema. Esto es muy útil ya que pueden ocurrir errores y, si se encuentra uno, te dará una idea de dónde se encuentra el problema. Después de un minuto, el firmware se compilará y encontrará el archivo de firmware en la carpeta de firmware que descargaste en el directorio:

[FIRMWARE FOLDER] \.pio\build\ [CHIP MODEL] \

Este es el archivo .bin que necesitas. En algunas tarjetas, simplemente cambia el nombre del archivo a firmware.bin. Antes de copiar este archivo a una tarjeta SD, se recomienda formatear la tarjeta SD. Una vez que haya terminado y el archivo .bin esté en la tarjeta, simplemente puedes introducirlo en la impresora y encenderla. La actualización del firmware tarda solo 10 segundos o incluso menos. Si obtienes una pantalla en blanco sin cambios, algo salió mal, probablemente un problema de compatibilidad de firmware, así que verifica que se haya seleccionado la tarjeta y el modelo de chip correctos. También es posible que debas verificar qué controladores paso a paso se han seleccionado en el firmware y asegurarte de que coincidan con tu placa base.

¡Ya puedes empezar la prueba!

Aquí puedes encontras una guía de prueba.

Asegúrate de descargar e imprimir el stl de Ringing Tower aquí.

Para ello te recomendamos la Prusa Slicer ya que puedes editar los comandos Gcode para cada nivel. Esto es importante porque es necesario probar frecuencias entre 15 Hz y 60 Hz. Para hacer esto en una sola impresión, se debe cambiar la frecuencia para cada capa. Para esto podemos usar el comando Gcode:

"M593 F{(layer_num < 2 ? 0 : 15 + 45.0 * (layer_num - 2) / 297)} ; Hz Input Shaping Test"

Introduce este código en el apartado Ajustes de la impresora > Después del cambio de capa G-Code de Prusa Slicer. Imprime el archivo con Spiral Vase habilitado, con una altura de capa de 0,2 mm y a alta velocidad, probamos 250 mm/s para una Ender 3, para una máquina CoreXY o Delta puedes probar incluso más. Asegúrate de que cualquier aceleración, sacudida u otras configuraciones que afecten la velocidad estén desactivadas. Un parámetro que se pasa por alto fácilmente es el tiempo mínimo de exposición en los parámetros de enfriamiento. En la configuración de la impresora, asegúrate de que la configuración de la máquina esté establecida en "Ignorar". Además, no necesitas ajustar la orientación del modelo a menos que estés utilizando una impresora CoreXY. En este caso, debes ajustar la orientación en 45 grados.

Una vez que se completa la impresión, puedes ver cómo cada frecuencia afectó en el Ringing de cada plano para los ejes X e Y. Selecciona el nivel donde ocurrió el último Ringing y usa calibradores o una regla para medir desde la base hasta ese nivel. Luego puedes añadir este valor aquí en la calculadora TH3D y ya tiene tus valores para el Input Shaping. Sin embargo, recomendamos repetir la prueba para obtener un valor más preciso.

Ahora puedes añadir los valores en el firmware. Nosotros en una Ender 3 V2 obtuvimos una frecuencia de 56,36 para el eje X y 45,00 para el eje Y, por lo que nuestro firmware se ve así:

#define SHAPING_FREQ_X 56.36

#define SHAPING_FREQ_Y 45.00

¡Felicidades! El firmware está listo... ¡Casi! Recomendamos encarecidamente habilitar el avance lineal si aún no está habilitado. Muchas impresoras aún no utilizan esta función, lo cual es una pena, ya que mejora enormemente la calidad de una impresión cuando hay muchos cambios de velocidad o cambios bruscos de dirección. Hubo un problema de compatibilidad con las tarjetas Creality, pero afortunadamente se ha resuelto. Michael de Teaching Tech tiene una excelente guía al respecto aquí.

¡Ya has terminado! Para una Ender 3 V2 estándar, la mejor velocidad de impresión es de alrededor de 150 mm/s, pero si actualizas el extrusor y el hotend, puedes alcanzar velocidades más altas, ya que el extrusor y el hotend 3 V2 de Ender no están realmente diseñados para alta velocidad y flujo. El extrusor y hotend que debes usar depende de tu impresora, pero si quieres probar una impresora de la serie Creality Ender, Sprite Extruder Pro sería una buena opción. Es una combinación de extrusor Direct Drive y hotend con una temperatura máxima de 300 °C, por lo que puedes imprimir una gama más amplia de tipos de filamentos. También se puede actualizar a algo con un poco más de potencia como Hemera, que puedes comprar por separado y también se puede montar con un Volcano Block.

¿Ya probaste Marlin 2.1.2 con Input Shaping y Creality Sonic Pad? ¿Cuál crees que funciona mejor? ¡Comenta en nuestro canal de Youtube , donde encontrarás regularmente proyectos originales, consejos y trucos para la impresión 3D!