La calibration de l'extrudeur est une étape cruciale du paramétrage de l'imprimante 3D qu'il est primordial de savoir maîtriser. Ce tutoriel est axé sur la Creality Ender 3 Pro, mais les principes peuvent s'appliquer à d'autres imprimantes.
Les imprimantes utilisent des moteurs pas à pas (stepper motors ou SM en anglais). Ce sont des moteurs électriques qui ont pour caractéristique principale d'avoir des rotations de leur axe précises et controlables et de pouvoir maintenir fermement leur angle. Ils permettent donc des déplacements très fins de la buse. Sur les imprimantes cartésiennes, ils sont au minimum au nombre de 4 : Un moteur pour chaque axe (X, Y, Z) ainsi qu'un moteur supplémentaire pour l'extrudeur.
Le nom de moteur pas à pas vient du fait que leur rotor ne peut maintenir qu'un nombre fini d'angles de rotation. Pour la Ender 3 Pro par exemple, un micro-pas pour X ou Y équivaut à une rotation qui se traduit par une translation d'environ 1/80 de millimètre pour la buse ou pour le plateau.
Les SM peuvent donc déplacer la buse ou le plateau dans une direction, dans un sens ou dans l'autre et d'une distance précise. Cependant ces moteurs ne communiquent pas à la carte mère qui les pilote l'angle de leur rotor. L'imprimante ne peut donc connaître la position de la buse par rapport au plateau par ses seuls moteurs. Il est nécessaire d'avoir un point de référence.
D'un point de vue technique, ce sont de simples boutons poussoirs au contact électrique normalement fermés (NC) surmontés d'une languette. Lorsque la tête d'impression vient en buté à gauche de l'axe X par exemple, elle fait pression sur cette languette ce qui a pour effet d'ouvrir le contact électrique. Il reste alors à faire de même avec les axes Y et Z pour ramener la buse à l'origine de notre repère cartésien : X=Y=Z=0.
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La mise à l'origine du repère cartérisen et son maintient peut se faire via le menu de l'imprimante : Menu > Prepare > Auto home. À l'inverse : Menu > Prepare > Disable SM permet de débloquer les moteurs pas à pas ce qui permet alors de déplacer à la main le chariot et le plateau.
La position de la buse par rapport au plateau est alors perdue pour la carte mère. C'est pourquoi au début de chaque impression l'imprimante réalise un auto-home. Sans cette opération, l'impression débuterait à n'importe quelle hauteur du plateau et pas forcément au centre de celui-ci. De plus, les capteurs de fin de courses permettent aussi d'éviter d'abîmer la mécanique en arrêtant la course du chariot ou du plateau avant que celui-ci d'atteigne les butés physiques de l'imprimante.
ATTENTION : Évitez de déplacer à la main le chariot ou le plateau à trop grande vitesse.
La hauteur Z=0 signifie que l'axe X sur lequel roule le chariot est au contact du capteur de fin de course en Z.
ASTUCE : D'une manière générale, après certains changements importants apportés à votre imprimante, il est conseillé de garder un doigt sur l'interrupteur général de la machine à la première mise en route de celle-ci. Placer le capteur de fin de course en Z au contact de l'axe X et descendre le couple jusqu'à approcher l'extrémité de la buse à environ 2 mm du centre du plateau.
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Le nivellement du bed consiste à faire en sorte que la buse soit bien orthogonale au plateau. Avant de commencer et pour ne pas fausser le calibrage du plateau, vérifiez que votre buse est propre à son extrémité. S'il reste à sa pointe un fragment de filament comme c'est toujours le cas à une fin d'impression, cela faussera le calibrage du plateau. Pour ce faire, faites chauffer la buse et retirez la coulure avec une pince plate ou une brosse métalique. Faites ensuite refroidir la buse tout en veillant à ce qu'une nouvelle coulure n'apparaisse pas.
Deux méthodes sont présentées ici, en fonction du firmware utilisé :
C'est la méthode la moins pratique à l'usage. Mettre à température le plateau. On place la hotend au dessus d'un des ressorts du plateau. Pour réaliser ces déplacements, on fait rouler le chariot sur l'axe X et on fait avancer le plateau en avant ou en arrière. On prend garde à ne pas faire de translation suivant l'axe Z qui est débrayé, pour ne pas fausser le calibrage. On place un bout de papier entre la buse et le plateau et on lui fait faire un mouvement de va et vient. On serre ou desserre la roue correspondante du plateau juqu'à ce que le paper gratte légèrement entre la buse et le plateau.
Encore une fois, cette méthode est personnelle. Sur l'Internet, vous verrez que d'autres que moi préfèrent régler plateau et buse froids. D'autres encore préfèrent faire chauffer plateau et buse pour être au plus près des conditions d'impression. Pourquoi pas.
Marlin permet de simplifier le nivellement en déplaçant la buse aux quatre coins du plateau et en bloquant les positions le temps de faire ses réglages. Mettre à température le plateau. Un nouvel item dans le menu apparait. On peut alors faire Menu > Prepare > Level corners. La buse se retrouve alors dans le coin inférieur gauche du plateau. On place un bout de papier entre la buse et le plateau et on lui fait faire un mouvement de va et vient. On serre ou desserre la roue correspondante du plateau jusqu'à ce que le papier gratte légèrement entre la buse et le plateau.
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ATTENTION : Prenez garde aux déplacements de la buse si votre surface d'impression est maintenue par des pinces.
C'est un paramètre qu'il convient de maîtiser. Une buse trop éloignée du plateau provoquera une mauvaise adhérence de l'objet imprimé sur celui-ci. À l'inverse avec une buse trop proche, l'extrusion se fera avec difficulté et les premières couches imprimées seront dégradées et déformées.
On part maintenant du principe que le plateau est correctement nivelé. La première méthode est sans doute la plus logique. Il s'agit de changer la feuille de papier qui nous a servi pour le nivellement du plateau, pour une feuille d'une autre épaisseur. C'est simple mais pas forcement facile.
Comme son nom le laisse supposer, le Z-offset est un décalage sur la coordonnée Z que l'on va introduire lors de l'impression. Réduire cette variable approche la buse du plateau. À l'inverse, augmenter cette variable éloigne la buse du plateau. Dans notre cas, on utilise un capteur de fin de course en Z et non un capteur spécifique comme un BL-Touch, un Touch-Mi ou un capteur inductif. Ici la valeur de Z-offset ne se calcule pas, elle se détermine au juger et à taton.
Par défaut sur une Ender 3 Pro, le Z-offset est réglé à 0,5mm. Le firmware d'origine empêche de descendre en dessous de cette valeur. Pour modifier le Z-offset allez dans : Menu > Control > Motion > Z-offset et changez la valeur.
Ça, c'est la théorie. Dans la pratique, cette manipulation dans les menus de l'Ender 3 Pro ne fonctionne pas ! J'ignore pour quelle raison. Peut être est-ce dû au fait que l'imprimante utilise un microcontrôleur de faible capacité mémoire et que cette option a été sacrifiée au profit d'autres pour le firmware final. Elle aurait cependant dû être supprimée du menu. Si vous décidez d'installer Marlin, vous devrez éditer le fichier de configuration nommé Configuration.h pour activer le menu de Z-offset.
Pour limiter les risques de collision de la buse sur le plateau, on interdit les valeurs d'offset négatives en renseignant une valeur minimale à zéro. Si on ne dispose pas d'un firmware qui permet de modifier le Z-offset via le menu, on peut injecter du G-code à l'imprimante avec un ordinateur via une connexion USB.
La méthode la plus pratique alors est certainement d'utiliser un nano ordinateur comme un Raspberry Pi avec le couple OctoPi/Octoprint installé dessus et branché en permance à l'imprimante. Imaginons dans cet exemple que l'on veuille porter le Z-offset à 0.06 mm. On veut donc éloigner un peu la buse du plateau. Pour redéfinir le Z-offset, il sera nécessaire de retrouver l'ancienne valeur enregistrée grace à la commande M503. Cette commande affiche les paramètres de l'imprimante. La ligne affichée commençant par M206 nous renseigne sur l'ancienne valeur du Z-offset.
Le trancheur, ou slicer en anglais est le logiciel qui permet de générer le fichier G-code à imprimer à partir du fichier de l'objet 3D. Cura en est un exemple, c'est lui que j'utilise au quotidien. Dans Cura jusqu'à la version 3.1, l'option s'intitule Initial Layer Z Offset. Cette option n'est pas affichée par défaut. Il faut donc la faire apparaître via les réglages comme expliqué dans cette vidéo.
À partir de la version 3.1 l'option a été supprimée pour une raison que j'ignore. Il semble cependant que l'on puisse installer un plugin restaurant cette fonctionnalité. Une autre façon de procéder avec le trancheur est de modifier le start G-code. Pour ce faire, vous devez aller dans Settings > Printer > Manage Printers... > Machine Settings.
Il existe un certain nombres de fichiers de test sur Thingiverse pour contrôler les réglages de son plateau. Pour les plus expérimentés, on peut même aller jusqu'à modifier les réglages des roues de tension des ressorts lors de l'impression du fichier. Dans cette vidéo, Le GüeroLoco montre une manière manuelle de procéder au réglage du plateau.
Le babystep est une fonctionnalité intéressante du firmware Marlin. Il permet de corriger la hauteur de la buse alors même que l'impression a débuté. Ce concept bien que voisin du Z-offset ne doit pas être confondu avec celui-ci. Le Z-offset est mémorisable en faisant un store settings. Le babystep agit en temps réel durant l'impresion sur le moteur de Z.
C'est un décalage que l'on introduit à l'impression mais qui ne sera pas de nouveau appliqué aux impressions suivantes. Cette option n'est réellement utile qu'à l'impression de la première couche. Il est toujours très important d'assister et de surveiller la réalisation de celle-ci. Un exemple : Vous lancez votre impression, vous constatez que durant la construction du brim la première couche part mal car elle est trop écrasée. Vous modifiez alors le babystep pour lui donner une valeur positive jusqu'à trouver un résultat convenable.
Attention, si vous retournez dans le paramètre babystep, vous verrez que celui-ci est de nouveau à zéro. Ça ne signifie pas qu'il a été réinitialisé. Le babystep n'est pas présent dans le firmware original de l'Ender 3 Pro. Vous devrez donc flasher un firmware Marlin avec l'option adéquate dans le fichier Configuration_adv.h. Pour modifier le babystep vous devez aller dans le menu suivant : Menu > Tune > Babystep Z. Il existe un raccourcit très pratique qui consiste à double-cliquer lentement sur le bouton de menu de l'imprimante pour y acceder directement.
D'autres options existent comme l'association du babystep au Z-offset, ou le changement de la sensiblité du bouton multifonction.
ATTENTION : Si vous utilisez le babystep, soyez conscient que celui-ci ne tient pas compte des capteurs de fin de course.
Il sera nécessaire de temps à autre de refaire le nivellement du bed et le réglage de la hauteur de la buse. Quand ? À vous de voir. Il existe différents types de plateaux d'imprimante. Certains ont une surface d'impression en verre ou un miroir. Ils ont pour avantage d'être naturellement plus plats et ne se déforment pas sous la chaleur.
Si vous souhaitez automatiser partiellement cette tâche et gagner temps et précision, vous pouvez installer un capteur sur votre imprimante.
Différents modèles existent : BL-Touch, 3D-Touch, Touch-Mi, capteur inductif, etc. Ils ont des caractéristiques, des qualités et des prix variables. Ils nécessitent un peu de bricolage et une modification de votre firmware. Une fois installé et configuré, un capteur corrigera partiellement des défauts de nivellement, de hauteur et de planéité de votre plateau.
Lorsque vous achetez une imprimante, le constructeur a normalement calibré son extrudeur pour qu'il envoie à la buse le plastique dont elle a besoin pour imprimer, ni plus ni moins. Pour calibrer notre extrudeur aux petits oignons et le mettre hors de cause si des problèmes surviennent par la suite, nous allons utiliser une méthode simple, à la portée de tous les makers, même du plus débutant ou moins bricoleur.
Pour faire simple, nous allons demander à notre imprimante d'extruder une certaine longueur de filament. Nous allons ensuite voir la différence qu'il y a entre la longueur d'extrusion réelle et la longueur demandée. Nous pourrons ainsi calculer le nouveau nombre de pas par millimètres de notre extrudeur.
Nos imprimantes sont équipées de moteurs pas à pas, pour un souci de précision. Un moteur pas à pas est donc un moteur qui va avancer d'un pas par un pas. En prenant l'exemple de ce Moteur Nema 17, nous pouvons voir qu'un pas fait 1,8°. Il a donc besoin de faire 360°/1.8° = 200 pas pour faire un tour complet de son axe. Nous pouvons le modéliser en coupant un cercle en 200 parts égales. Chaque part représente un pas.
Pour éditer le firmware Marlin, vous aurez besoin du bon logiciel. Bien qu'il existe plusieurs options, la plupart utiliseraient Visual Studio Code. Vous aurez également besoin de l'extension Platform IO.
Une fois que VS-Code est installé, rendez-vous dans les extensions de la barre d'outils sur la gauche (l'icône avec les 4 carrés), cherchez Platformio et cliquez sur "Installer". Vous pouvez aussi utiliser le plugin pour Auto-Build Marlin, ce qui rend les choses un peu plus rapides si vous installez votre carte avec le bon processeur, mais nous pouvons aussi le faire à l'ancienne. Une fois que vous avez tout rassemblé, il vous faut encore le firmware Marlin.
Vous remarquerez qu'il existe une version bugfix et une version normale. La version bugfix contient les dernières modifications du firmware. Elle peut être utile, mais c'est aussi la version la moins stable, car elle est constamment en développement. Cliquez sur "Code" en haut à droite pour télécharger le firmware sous forme de zip, décompressez le dossier zip et chargez le VS Code.
Vous pouvez commencer par config.h. Presque toutes les imprimantes utilisent un port série pour se connecter à différents appareils. Dans la plupart des cas, un seul est utilisé, mais si vous connectez quelque chose d'autre, comme un écran tactile avec une carte SD ou un port USB, vous devrez peut-être expérimenter un peu. La vitesse de transmission est la vitesse de communication pour ces ports.
L'étape suivante est celle des pilotes pas à pas. Cela peut sembler difficile au premier abord, mais c'est loin d'être le cas. Chaque imprimante utilise des pilotes pas à pas, lesquels contrôlent les moteurs. Auparavant, les imprimantes utilisaient le A4988 ou d'autres variantes, ce qui rendait les moteurs assez bruyants. Aujourd'hui, les pilotes TMC2208 ou TMC2209 sont installés en standard dans la plupart des imprimantes.
Vous pouvez simplement configurer quel pilote vous souhaitez utiliser pour quel accès. Souvent, la carte mère d'une imprimante n'indique pas quels pilotes pas à pas sont utilisés. Parfois, une carte utilise des pilotes intégrés, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être supprimés.
J'aime personnellement beaucoup le homing sans capteur. Certes, il n'est pas aussi précis que les fins de course physiques, mais il réduit le besoin de câbles. Et je déteste les câbles. Tous les pilotes ne prennent pas en charge le homing sans capteur, par exemple les pilotes TMC2208, très populaires, ne peuvent pas utiliser cette fonction. Pour faire fonctionner le homing sans capteur, quelques modifications physiques sont nécessaires sur la carte mère.
Il existe une autre fonction de pilote X_MICROSTEPS (configuration_adv.h) à la ligne 2838. Les pilotes pas à pas se déplacent par pas, généralement 1,8 degré par pas, ce qui est très précis. Mais est-ce que cela peut être encore plus précis ? Outre le fait que l'on peut se procurer un autre moteur dont la mesure par pas est plus petite, on peut utiliser le microstepping, qui demande au pilote de signaler au moteur qu'il peut se déplacer de moins de 1,8 degré, ce qui est assez pratique pour un réglage très précis.
L'étape suivante est celle des réglages thermiques à la ligne 430 (configuration.h), et c'est probablement le tutoriel sur le firmware le plus demandé. Pour beaucoup d'utilisateurs, le hotend est la première pièce à être changée. Donc, que faire si vous avez un Ender 3 et que vous souhaitez installer un hotend Revo ? Il y a deux choses à changer, et la première est la thermistance.
La plupart des imprimantes utilisent une thermistance de 100k, pour laquelle le type de capteur dans Marlin est "1". Cependant, la Revo et de nombreuses autres thermistances utilisent le numéro 5, qui est également une thermistance 100k, mais de Semitec.
Les paramètres PID permettent de synchroniser le chauffage et la thermistance, pour un chauffage très précis. Le plus important ici est la ligne 659, dans laquelle sont indiquées les valeurs par défaut pour la proportionnelle, l'intégrale et la dérivée.
Le prochain point important est la protection contre l'emballement thermique à la ligne 827 (configuration.h), que vous devez absolument activer ! Cela permet d'arrêter l'imprimante si la température s'élève au-delà de ce qui est prévu. Il existe aussi une fonction pour empêcher l'extrusion à froid à la ligne 816 (configuration.h). Cela permet d'éviter que le moteur de l'extrudeuse ne soit activé si la température est inférieure à la valeur saisie.
L'étape suivante est la configuration du mouvement à 1194 (configuration.h), et la toute première est le pas standard. Lorsque le moteur fait tourner une courroie, une vis-mère ou une roue dentée, il doit faire un certain nombre de pas pour que la pièce se déplace de la quantité souhaitée. Le plus souvent, cela doit être modifié lors d'un changement d'extrudeuse : vous devez seulement changer la valeur dans cette ligne.
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