2022年11月24日以前の3日

2022年 11月 24日

Voron 2.4 に温度センサーを追加

tech | 08:00 |

DS18B20 デジタル温度センサが便利。1-wire で複数のデバイスを同時に扱える。Klipper も対応している。

Raspberry Pi の場合 1-wire を有効にして GPIO4 (PIN7) に信号線を接続する。3.3Vから 4.7kΩ (信号線の長さで調整する)) でプルアップする。

庫内温度(上) フレームあたり
庫内温度(下) 高さはベッド付近
室温(ファン近く)

あたりをモニタリングする。庫内温度は上と下で10℃ぐらい差があるのでどっちも見たい。

Raspberry Pi 上で

以下のように見える。22312 は1000倍した℃なのでこの場合は22.3℃

$ ls /sys/bus/w1/devices/
28-03039794629e  28-0306979425a5  28-030f979445fd  w1_bus_master1

$ cat /sys/bus/w1/devices/28-03039794629e/w1_slave
65 01 55 05 7f a5 a5 66 c5 : crc=c5 YES
65 01 55 05 7f a5 a5 66 c5 t=22312

Klipper での設定

以下のように設定する。

[temperature_sensor temp1]
sensor_type: DS18B20
serial_no: 28-03039794629e
sensor_mcu: host_mcu
min_temp: 0
max_temp: 100

ただし、以下のように host_mcu が定義されていないとエラーになる。

Unknown config object 'mcu host_mcu'

rpi 自身をセカンダリーmcuとしてセットアップする必要がある。

上記ページの指示に従って host_mcu のサービスを起動する。そして printer.cfg に設定を追加する

[mcu host_mcu]
serial: /tmp/klipper_host_mcu

これで動くようになる

1-wire

しょうがないけど 1-wire は遅い。

OS起動直後、なんらかの原因で一部の 1-wire デバイスと通信できずに serial_no が認識されないと Klipper が起動に失敗する。

また 1-wire の通信に失敗すると Kilipper がエラーを吐いて止まることがある (1度あった)。のであまり大量に繋げたりしないほうが安全そう。念のためフェライトコアを噛ませている。

Klipper Pressure Advance の調整

tech | 08:03 |

立方体とかをプリントすると角が膨らんでいることに気付くと思う。こういうのをできるだけなくすのが Pressure Advance 機能になる。

https://note.com/eitoku_note/n/n78f0d240940a このマクロをつかわせてもらう。

一番下は現在の設定値なので、その次のラインから console に表示されている値と突きあわせて見ていくのが早い。今回は 0.03 が適切だった。

Klipper でOS起動時に oneshot gcode を実行する。

tech | 08:07 |

Klipper はなるべく早く起動して、ディプレイに起動してますよというアピールをしてほしい。しかしいろいろ設定した printer.cfg だと、なるはやで起動というのが難しいことがある。例えば 1-wire のデバイスを設定していると、1-wire のデバイスが OS に認識されるまで klipper を起動できなくなってしまう (さもなくばエラーになる)

ということで、最小限の cfg を作って最小限の gcode を実行してすぐ終了するようなことを OS 起動初期にやりたい。

Klipper batch モード

klippy.py に -i で gcode 入力ファイルを渡すとそのファイルだけ実行して終了してくれる。これをバッチモードという。

mcu のファームウェアを make したときにできる out/klipper.dict が必要になる。これは形式的にはJSONファイルで、mcu との通信プロトコルの規約が入っている。

以下のように cfg と gcode と dict を渡すと gcode の実行をして終了する。

/home/pi/klippy-env/bin/python /home/pi/klipper/klippy/klippy.py /home/pi/klipper_config/bootstrap.cfg -i /home/pi/klipper_config/bootstrap.gcode -d /home/pi/klipper/out/mcu_klipper.dict

systemd のサービス化

以下のようにする。なるはやで起動してさっさと終了してほしい意図がある。もっといい方法があるかもだけどとりあえずうまくいっている。

$ cat /etc/systemd/system/klipper_bootstrap.service
#Systemd Klipper Service

[Unit]
Description=Bootstrap klipper
Before=klipper.service
Wants=udev.target

[Install]
WantedBy=multi-user.target

[Service]
Type=oneshot
User=pi
RemainAfterExit=yes
ExecStart= /home/pi/klippy-env/bin/python /home/pi/klipper/klippy/klippy.py /home/pi/klipper_config/bootstrap.cfg -i /home/pi/klipper_config/bootstrap.gcode -d /home/pi/klipper/out/mcu_klipper.dict

systemctl enable klipper_bootstrap.service

備考

shutdown 時も同様のことをしたいが、batch モードではない klipper が終了するときに mcu を shutdown 状態 (estop) にしてしまいうまくいかない。batch モードではこの shutdown 状態を解除する方法がおそらくない (FIRMWARE_RESTART する前にエラーで死んでしまう)

良い方法

一番良いのは Klipper を経由せずに (Rapsberry Pi の GPIO で) 起動状態を示す LED などを外出しすること。

Voron 2.4 + Octopus で NeoPixel ストリップの追加

tech | 08:10 |

Octopus の基板上の RGBヘッダは Stealthburner が使うので、さらにストリップを追加しようと思うとなかなかピンが見当らない。BLTouch のところがあいてるなら使える。(PB6)

片側15個、合計30個の NeoPixel ストリップを固定した。

LED Strip Holder for Voron 2.4 の 250mm を2つ。上の左右フレームの内側にとりつけた。ついでに diffuser もつけている

2022年 11月 23日

3Dプリンタ Voron 2.4 を組み立てた

tech | 21:03 |

CoreXY な駆動方式の3Dプリンタには元々興味があって、とはいえ現状の Original Prusa i3 2.5 でそれほど問題もなかったのだが、Voron 2.4 という3Dプリンタを知り、なんかわからんが格好がいいので急に作ってみたくなった。

ハードウェア

3Dプリントパーツ以外をセットにして売ってるところがいくつかある。今回は FORMBOT の Aliexpress から買ってみた。UPS で結構届くのがはやかった。

Voron 2.4 はデフォルトでは Afterburner という名前がついたエクストルーダだが、実は Stealthburner という新しいバージョンがでており、新規で作るならこちらを作ったほうがよい。パーツに一部非互換があるので別途部品を買う必要がある。

届いたセット

exhaustまわり、操作画面部まわり、エンドストップ、Afterburner 相当のインジェクションモールドのプラパーツが「オマケ」でついてきた。ほぼプリント済みだったが Afterburner はまるっとプリントせずにいたので、とりあえず動かすことができそうでありがたい。

このプラパーツは機能的にはオリジナル同様だが細部が違う。インジェクションモールドでは袋状のものは作れないので2パーツ貼りあわせる必要があったりする。

Raspberry Pi は付属しないが SD カードは SunDisk の A1 のちゃんとしたのがついていた。パチもんではなくちゃんと製品登録もできた。

3Dプリントパーツ

Voron は基本的に全てのパーツを ABS (104℃ぐらいで軟化する) で出力することとしている。局所的に温度が高くなることがあるので PETG (84℃ぐらいで軟化する) も推奨されていないようだ。(Original Prusa はホットエンドダクト以外は PETG になっており ABS 出力も今のところ問題ないが……)

PETG は非常にプリントしやすいため、できれば PETG でやりたかったが、ここで不安を残すのも精神に良くないので ABS との和解を試みてすべて ABS で出力することにした。

だいぶ前に Original Prusa i3 にかぶせていたエンクロージャはABSをプリントしないこととなかなか邪魔なこともあって捨ててしまったので、一時的にということでダンボールで箱をつくった。これで内部は40～50℃ぐらいになる。

ABS はとにかくあらゆる部分が反るので嫌なのだがこのぐらいの温度なら割とマシになる。とはいえ接着性が低いのでベッドとノズルの調整がよりシビアだったり、パーツ形状によっては一時的に反った部分ができてノズルにあたるので気を使う。

出力するパーツ数は結構多い (Prusa が 3D プリント部品を最小限にしているのと対照的)し、大きいものが多い。動作に必須な部品だけでも3～4日かかる。全部プリントするには一週間以上かかると思ったほうが良い。パーツを注文しても全部届くまで1ヶ月ぐらいかかるだろうからのんびりやって良い。

リニアレールの潤滑

IPA(無水エタノールでもいいけど高いので…)と柔らかめのグリスが必要。この手順でやった。グリスはSuper Lube 21030というNLGI(ちょう度) 2 で PTFE系のプラスチックに安全なやつ。

グリスポートがあればグリスポートから注射器で注入するのが正しいようだが、安いリニアレールでは見せ掛けのグリスポートで中に入っていかない場合があるようだ。

組立

マニュアルがよくできていて迷うところはほぼない。Gantry の組み立てまわりはマニュアルだけだと完璧にできないと思うので YouTube とかを見るべき。

あとはA/Bベルトを通すのが以下の点でなかなか困難

長い (250mmモデルなら 1600mm のベルト)
2本ある
全体的に狭い
複雑 (特にモータ付近)
アイドラー通すのが激むずい

デッキサポート

https://github.com/VoronDesign/Voron-Trident/issues/65

Voron 2.4 のマニュアルにはデッキサポートが抜けてる。使いかたは Trident のドキュメントを見るとわかる。あとからだとやりにくいので罠

配線

あまり気にしてなかったが部品セットには配線も含まれており、これがとてもよくできていた。すべてのコネクタが圧着済みかつ長さも適切なので、デフォルト設計なら何も考えずに組み立てできる。

WAGO の接続端子が複数ついており、配線部分でははんだ付けをする必要がなかった (マニュアルの5端子WAGOコネクタに加えてヒーター接続用と思われるの2端子WAGOコネクタもついていた)。

ソフトウェア

Klipper

制御は Klipper という3Dプリンタ向けファームウェアを使うのが一般的のようだ。

Klipper は Raspberry Pi で動く Python のコードと、コントローラーボードに書きこむファームウェアからなる。gcode の解釈や補正など計算負荷が高いことは Raspberry Pi 上で行ない、コントローラボードはIOの制御だけをする。LinuxCNC と同じようなイメージ。

そして Klipper は既存の3Dプリンタのシリアルポートでの通信をエミュレートするようなインターフェイスになっている (/tmp/printer)。つまり Klipper 自体は gcode (など) を受けとってデバイスを制御するだけの役割を持つ。

UI はこのシリアルポートを利用できるものならなんでも使える。Voron のドキュメントではMainsail, Fluidd, Octoprint が列挙されている。

mainsail

Rasbperry Pi 3 B に Mainsail のイメージを書きこんで使うことにした。Mainsail は Raspberry Pi Imager のメニューに入ってるので気楽。Mainsail は Klipper のインターフェイスとなるソフトウェア。イメージを書きこめば GUI なしで、ウェブインターフェイスが勝手に起動するようにセットアップされている。

より正確にいうと Klipper とやりとりしているのは Moonraker という Klipper のウェブAPIフロントエンドで、Mainsail はそのクライアント実装といえる。

初期スタートアップ

とりあえず燃えずにQGLできるとこまではきた。Afterburnerはオマケでついてきたやつ。換装するとき楽なように4芯のケーブルを一緒に配線したがどうなるか…… pic.twitter.com/kn7tA4ZXZp
— ショ糖 (@cho45) November 19, 2022

Stealthburner 用の部品が届く前に本体の部品が一通りきてしまったので、とりあえず Afterburner を乗せて組み立てて動作確認をした。

テンプレートの printer.cfgからたくさん書きかえていく。最低限の設定をしたあと、G-code で動かしつつ調整する。

とりあえずステッピングモーターの方向がすべて逆だったので dir を反転した。

ベッドの max_power が 0.6 になっている。Rule of thumb is 0.4 watts / cm^2 と書いてある (経験則では 0.4W/cm^2 ぐらいが適切)。250x250mm なら 625cm^2 なので、250Wぐらいが適切。300Wヒーターなため、0.83 に設定する。

なんで最大パワーを出さないかというと、ヒーターは中央を加熱するため熱伝導が十分されていないとベッドが歪んでしまうからで、早く加熱してもメリットがないということのようだ。

なおヒーターは100V AC商用電源を SSR で PWM 制御する設計になってる。

Stealthburner 化

結局 Afterburner をつけて動作確認しているうちにすぐ部品が届いてしまったので、一度もホットエンドにフィラメントを通すことなく Stealthburner に換装した。

Afterburner と Stealthburner だと NeoPixel LED 用の配線が増えている。このことはわかっていたので、Afterburner をつけて組み立てる時点で1セット配線を追加しておいた。

X-carriage にも互換性がないのでA/Bベルトも外す必要があった。思ったより苦労はしなかった。

Stealthburner は gear_ratio: 50:10 なので printer.cfg を直す必要がある。NeoPixel はとりあえず Voron 公式の stealthburner_leds.cfg を使った。

そしていろいろ調整して一発目のプリントはとりあえず成功。角がちょっと膨らむのは Pressure Advance というので調整していくらしい。

vs Original Prusa i3 2.5

Voron 2.4 のいいところ

筐体剛性と重さのせいか振動が少なくて全体的に静か
めちゃくちゃキビキビ動く (加速度が高い？)
スカートのファンが割とうるさい (60x20mm * 2)
ベッドの安定感がすごい。first layer がとても安定している。
- mesh bed leveling がいらない
カスタマイズ性
早くて綺麗

Voron 2.4 のよくはないところ

Gantry の調整が難しい
重い (250mm でもかなり重いので 350mm とかムキムキじゃないと無理だと思う)
スタートアップタイムが長い
- Raspberry Pi が起動するまで使えない。最適化すればそこそこ早い
電源切るタイミングがわかりにくい
- Raspberry Pi をシャットダウンしたか確認する方法がない
- overlayfs 化するほうがいいかもだけど、ログが結構でるので難しいかも……
Linux、Python、G-code にある程度慣れてないと設定でつまづくかもしれない

このエントリを参照するエントリ

Voron 0.1 を組み立てた
FORMBOT のセットを買ってみた (先にいっておくとおすすめしない)。Aliexpress だとエクストルーダーの種類が選べないことに気付いたので、FORMBOT … 01:37

2022年 11月 16日

Orbion The OpenSource 3D Space Mouse

tech | 17:09 |

https://github.com/FaqT0tum/Orbion_3D_Space_Mouse

良い点・悪い点

良い点

TPU のクッションでジョイスティックの硬さのサポートをしてるところ
- ありなしで使い比べたらわかるけどジョイスティック単体とはまるで操作感が違う
オープンソースである
- ND ではあるがオープンではある
Arduino ベースなので書きこみが楽。挙動を変えたいならコード変えるのが一番楽
頑張ればちゃんと使える

悪い点

操作できるのはジョイスティック+エンコーダ (上下・左右・回転の3軸)
- そんなにいろんな操作はできない… ジョイスティックを動かすとエンコーダが動いてしまうことがあるので結構むずかしい。あんまり期待しないほうがいい
- ジョイスティックの硬さは上の3本のビスで決まる
- 通常マウスと二刀流になると思うがそれならマウス+キーボードで良くない？という気がしてくる
カーソルも動いてしまう
- マウス・キーボードとして認識させているだけなので普通にマウスが動いてしまう。マウスが操作範囲外に出ると操作できない
ライセンス
- CCPL なのは良いが ND (派生不可) なのが致命的に扱いにくい
- 改変したのを github に push することができないので手元で管理するしかない。めんどくさい
トレランスが厳しい
- FDM 3Dプリント向けじゃないのかな？ってぐらいトレランスが少ない。プリントして無加工で作るのは無理がある
- ジョイスティックやエンコーダーの取り付けは加工しないと入らないと思ったほうが良い
ファームウェアの品質
- 使えはするけどという感じ。コード見たらわかると思う (byte と uint8_t が混在してたり、無意味なコードがあったりする)
- メニューまわりは自分で直さないとイライラすると思う
- エンコーダーもクリック2回で1つ進むみたいな挙動になってるので直したほうがいい
TPU のプリント難易度
- TPU でクッションをプリントしないといけないが柔軟素材のプリントは難しい
配線が大変
- 柔らかいケーブルを使いましょう。いつものクセでカラーのフラットケーブル(を裂いやつ) を使ったが固めなので大変だった。
- 200mm ぐらいのケーブルを Arduino に全部はんだ付けして、配線していくのが良いみたい

ちゃんと使おうと作ろうとすると以下3つの知識がそれぞれある程度ないと難しい。

3Dプリントの知識 (正しい素材で正しくスライサーを使い、正確に出力できること)
電子工作の知識 (ちゃんと配線できるか、配線した結果おかしいときデバッグできるか)
ソフトウェアの知識 (挙動がおかしいときファームウェアのコードを読んで直せるか)

ソフトウェア

Arduino のライブラリごりごりで書かれているのであまりコード量はなく複雑なこともやってない。

メニューを開いたとき、エンコーダの反応がすこぶる悪いが、ビジーループでエンコーダを読む設計なのに、i2c ディスプレイに毎ループデータを送ってるせいなので、そのへんのコードを直すとよくなる。結構同様のロジックがちらばっており、直すのに若干手間がかかる。

エンコーダを読むコード (scroll()) もなんか変なコードになっているので書きなおしたほうが手を入れやすい。

手元で加えた変更

NDでコードを公開できないのでやったことだけ

エンコーダ読みだし回りを綺麗に
ディスプレイ表示の効率化 + menu の反応を良くする
LED関係設定のとき、選択にあわせて光りかたを変えるように
ニュートラルに戻ったときに、操作した分のマウス移動量をキャンセルするように
- ニュートラルに戻すたびにカーソルが元の位置に戻るので、画面端に到達して操作できなくなることが減る
連続して操作するとき、ダブルクリックにならないようにする

感想

あんまり作ってる人がいなくてなんでかなーと思っていたが難易度の高さの割に得るものがそれほどでもない点にあるのかなと思った。ハードウェアの形的にはかっこいい。