Klipper là gì và bạn có nên sử dụng nó không?

Phần mềm Firmware cho Máy in 3D

Để hiểu rõ hơn về Klipper, trước hết, chúng ta cần nắm vững công nghệ tính toán thường được sử dụng trên máy in 3D để bàn. Cấu hình phổ biến nhất thường bao gồm một bo mạch điều khiển nhỏ gọn, chẳng hạn như Arduino, Duet, hoặc các mẫu khác.

Những thiết bị này trực tiếp kết nối với động cơ bước điều khiển hệ thống chuyển động và các bộ làm nóng, cùng với các thành phần khác của hệ thống.

Những bo mạch điều khiển nhỏ gọn này sử dụng firmware, tức là phần mềm chạy trên những bo mạch nhúng này. Trong số một số phiên bản firmware tiêu chuẩn thường được sử dụng, có lẽ phiên bản phổ biến nhất hiện nay là Marlin.

Tuy nhiên, vấn đề nảy sinh khi các bo mạch điều khiển nhỏ gọn thường không đủ sức mạnh để xử lý những công việc mà họ được giao. Chúng bị hạn chế về sức mạnh tính toán vì chúng là những bo mạch giá rẻ nhất có thể tìm thấy cho cấu hình đó. Điều này giúp nhà sản xuất giữ giá máy in thấp, đồng thời vẫn đảm bảo hoạt động ở mức hiệu suất chấp nhận được.

Tuy nhiên, có nhiều người muốn nâng cao hiệu suất của thiết bị của họ, đặc biệt là trong hai khía cạnh quan trọng:

1. Tốc độ in nhanh hơn.
2. Chất lượng in tốt hơn.

Thường, hai khía cạnh này có mối liên quan: nếu in quá nhanh, chất lượng sẽ giảm đi. Nếu in chậm hơn, chất lượng in sẽ được cải thiện, nhưng điều này đồng nghĩa với việc mất nhiều thời gian hơn.

Klipper có thể giải quyết những vấn đề này bằng cách đưa vào các khả năng mới. Dự án Klipper giải thích:

“Klipper là firmware cho máy in 3D, kết hợp sức mạnh của máy tính mục đích chung với một hoặc nhiều bo mạch điều khiển.”

Bằng cách thêm một máy tính mục đích chung mạnh mẽ hơn để hoạt động cùng với các bo mạch điều khiển nhỏ gọn, Klipper cung cấp khả năng xử lý bổ sung. Sức mạnh này có thể được sử dụng để tăng tốc độ in và duy trì hoặc thậm chí nâng cao chất lượng in.

Tính năng chính của Klipper là nó đảm nhận việc tính toán động cơ bước, công việc mà nếu không có Klipper, sẽ do bo mạch điều khiển nhỏ gọn với khả năng tính toán thấp phải xử lý. Klipper sử dụng toàn bộ sức mạnh của nó để tính toán các bước in và sau đó đơn giản là truyền các hướng dẫn kết quả tới bo mạch điều khiển nhỏ gọn để thực hiện.

Mô hình tính toán này cho phép chuyển động động cơ bước nhanh hơn đáng kể, vì bo mạch điều khiển nhỏ gọn không bị quá tải bởi các tính toán. Điều này có nghĩa rằng bạn có thể in 3D nhanh hơn.

Klipper nói rằng ngay cả đối với các bo mạch điều khiển 8-bit cũ, chúng có thể đạt được tốc độ lên đến 175k bước mỗi giây! Đối với các bo mạch hiện đại, họ tuyên bố có thể đạt được tốc độ lên đến 500K bước mỗi giây.

Tuy nhiên, có một vấn đề khác: khi bạn di chuyển đầu dụng cụ quá nhanh, sẽ có đà cần vượt qua. Điều này cũng được Klipper giải quyết. Họ giải thích:

“Mỗi sự kiện của động cơ bước được lên lịch với độ chính xác 25 micro-giây hoặc tốt hơn. Phần mềm không sử dụng ước tính hình học (như thuật toán Bresenham) – thay vào đó, nó tính toán thời gian bước chính xác dựa trên vật lý gia tốc và vật lý động học của máy. Chuyển động động cơ bước chính xác hơn dẫn đến hoạt động máy in yên tĩnh và ổn định hơn.”

Klipper sử dụng khả năng xử lý bổ sung cho các tính năng khác, trong đó có “Advance Áp lực Mượt”. Đây là một tính toán nâng cao để quản lý áp lực chất lỏng trong đầu phun.

Như bạn có thể đoán, việc bắt đầu và dừng đầu in không dừng và bắt đầu chính xác sự tiết chảy. Khi đầu in đẩy sợi vào đầu in, áp lực tăng dần cho đến khi đạt một điểm quyết định và sau đó dòng chảy bắt đầu từ ống phun. Tương tự, khi động cơ đầu in dừng lại, áp lực trong đầu in và do đó ống phun không ngay lập tức dừng lại.

Tính năng Advance Áp lực Mượt thực hiện tính toán nâng cao để quản lý những hiệu ứng này. Nói cách khác, dòng chảy nên bắt đầu và dừng chính xác khi cần thiết. Điều này đảm bảo ít lỗ trống và vết bắn trong sản phẩm in, cũng như giảm thiểu đáng kể hiện tượng dây nhiệt từ ống phun.

Một tính năng khác đáng chú ý là “Input Shaping”, nơi loại bỏ hiện tượng “rung động”. Rung động xuất hiện dưới dạng một mẫu sóng lặp lại ở các góc của các đối tượng in 3D. Mẫu sóng này phản ánh các dao động xảy ra khi hướng của đầu dụng cụ thay đổi đột ngột.

Rung động làm ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt in, nhưng nó có thể được giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn với Input Shaping, một lần nữa sử dụng sức mạnh tính toán để tính toán hướng dẫn đường cụ thể tránh hiện tượng rung động.

Có nhiều tính năng khác được triển khai bởi Klipper mà bạn có thể thấy trên trang “Tính năng” của họ.

Klipper được cung cấp miễn phí qua GitHub và có thể được cài đặt bằng OctoPrint. Lưu ý rằng nếu bạn đang sử dụng OctoPrint, bạn có khả năng đã có sẵn toàn bộ phần cứng xử lý bổ sung.

Khả năng của Klipper dường như rất mạnh mẽ, tôi tự hỏi tại sao không có nhiều nhà sản xuất máy in 3D hơn không tận dụng nó. Có thể tinh chỉnh thiết kế máy để dễ dàng tích hợp sức mạnh xử lý bổ sung như này, hoặc thậm chí bao gồm một “Tùy chọn Klipper” cho những người muốn đẩy giới hạn.