Naše 3D tiskárny jsou obecně považovány za vysoce spolehlivé a bezpečné stroje. Když jsme vyvíjeli MK3 i následné upgrady, vždy jsme se snažili implementovat co nejvíce bezpečnostních funkcí, které vám ušetří spoustu trápení. Naše tiskárny nabízí zotavení ze ztráty napájení, detekci nárazů a množství důležitých systémů pro odchycení problémů spojených s napájením. Mezi ně patří třeba Mintemp/Maxtemp, Thermal Runaway, monitoring otáček ventilátorů a další procesy chránící vaši tiskárnu před poškozením.

Posledních několik měsíců jsme strávili prací na zcela nové vrstvě teplotního zabezpečení. Nejnovější vydání firmwaru 3.12-BETA (pro MK3/S/+) je první verzí, která přináší novou ochranu na bázi teplotního modelu (Thermal Model Protection – TMP). Je to ideální příležitost k tomu, abychom vám celou technologii více přiblížili a podívali se i detailně na to, jak tahle významná novinka vznikala.

Nová teplotní ochrana totiž nabízí i uživatelsky přívětivější chování v případě falešných poplachů. Abychom to uvedli na konkrétním případu: když dříve zasáhl tiskárnu proud studeného vzduchu (např. průvan), tiskárna mohla zobrazit MINTEMP chybu, která je definitivní a uživatel už pak nemohl v tisku pokračovat. Nový systém funguje tak, že tisk v případě přetrvávající chyby pozastaví a uživatele na vzniklou situaci upozorní. Teoreticky je pak možné (za zvýšené opatrnosti) v tisku dál pokračovat.

Nový firmware jsme rozebrali i v našem podcastu Prusa Live

Detekce teplotních anomálií

S novým systémem teplotní ochrany dokážeme detekovat nečekané problémy týkající se vyhřívaných částí extruderu. Tiskárna tak dokáže velmi rychle (během 10-12 sekund) na výkyv zareagovat, čímž zabraňuje poškození. Po létech užívání nebo nesprávným zacházením může dojít například k poškození kabeláže, nesprávné funkci topného tělesa či chybám termistoru, případně se mohou objevit i externí faktory (průvan, tvorba „blobu“ na extruderu) – to všechno dokáže náš nový firmware odchytit.

Toto je možné díky tomu, že je nový systém založen na interní simulaci hotendu. Jinými slovy: firmware neustále kontroluje, jestli se vyhřívaná část extruderu chová dle očekávaného vzorce termálního modelu. Jakmile se firmwaru nějaká hodnota „nezdá“, dojde během okamžiku k zobrazení varovné hlášky „THERMAL ANOMALY“ na displeji. Pokud se hodnoty během pěti vteřin vrátí do normálu, varování zmizí – takže pokud například otevřete dveře do místnosti a tiskárnu ofoukne studený vzduch, situace se rychle ustálí a tiskárna se nebude zbytečně zastavovat. Pokud ale bude nesprávná teplota detekovaná po více než 5 sekund, dojde k pozastavení tisku a tiskárna upozorní uživatele textem na displeji a zvukovou signalizací. Jedná se tedy o další užitečný doplněk k již existujícím bezpečnostním funkcím, který dále zlepšuje spolehlivost celé tiskárny.

V tuto chvíli firmware dokáže přesně detekovat, že se hotend tiskárny nechová očekávaným způsobem, a je na uživateli, aby prověřil všechna potenciálně problematická místa. Zatím tedy ještě neumíme přesně detekovat konkrétní místo, kde problém vzniká.

Pro všechny MK3/S/+ tiskárny

Abychom si to shrnuli: firmware neustále porovnává hodnoty z interního teplotního modelu s hodnotami reálnými (kolik se dodává energie a jaká je reálná teplota). Jakmile objeví nesrovnalost, okamžitě vypíná topení.

Teď by se ale někdo mohl zeptat: co když mám svoji MK3S+ v boxu? A co když jsem si tiskárnu upravil? To určitě musí termální model rozhodit. Na tohle jsme ale mysleli – a proto není teplotní model univerzální pro všechny tiskárny. Namísto toho pouze vychází z čísel, která jsme nasbírali na našich produkčních tiskárnách, a následně je automaticky doladěn přímo na vaší tiskárně po instalaci firmwaru. Takže i když máte 3D tiskárnu delší dobu, nový firmware dokáže potenciální problémy rozpoznat, protože naměřené hodnoty z vaší konkrétní tiskárny nebere jako perfektní výchozí hodnoty. Zjednodušeně řečeno proběhne uvažování ve smyslu: „Očekávám hodnoty v tomto rozsahu, ale nyní jsem po kalibraci na tomto stroji naměřil něco jiného – a vidím velký špatný!“

Firmware obsahuje nový teplotní selftest, pomocí kterého si systém osahá vaši tiskárnu, naměří si požadované hodnoty a teplotní profil uloží. Proces trvá zhruba 15 minut, během kterých dojde k otestování teplotní charakteristiky hotendu. Následně se profil uloží do EEPROM a vše je připraveno. Mimo jiné to znamená i dobrou zprávu pro všechny moddery – pokud jste si tiskárnu upravili, nový teplotní model bude fungovat i na upraveném zařízení, byť se mohou najít výjimky. Ačkoliv jsme se snažili otestovat různě upravené tiskárny, nabídka third-party addonů je přece jen dost velká. Proto budeme rádi, pokud se s námi podělíte o vaše zkušenosti, pakliže upravenou tiskárnu provozujete (více informací najdete v závěru článku). Je potřeba zmínit i to, že se teplotnímu modelu nemusí moc líbit časté měnění komponent. Pokud například neustále přehazujete hotendy, může se stát, že bude THERMAL ANOMALY vyskakovat častěji.

Pod pokličkou

Protože je aktuální vydání firmwaru beta, není vše ještě integrováno v klasickém LCD Menu a následující kroky jsou určené pro pokročilé uživatele. Pro spuštění teplotní kalibrace je potřeba připojit tiskárnu USB kabelem k počítači a spustit Pronterface. Následně pošlete G-Code M310 A F1 (u modifikovaných tiskáren může být nutné místo toho použít M310 A F0 – více informací v poznámkách k vydání). Po kalibraci je potřeba spustit M310 S1 pro kontrolu modelu a nakonec M500 pro uložení kalibrace. Funkčnost systému pak můžete ověřit tak, že nahřejete trysku na 210 °C, chvilku vyčkáte a pak se jí dotknete kouskem vaty (na špejli) namočené ve studené vodě. Do několika vteřin by měla vyskočit hláška o teplotní odchylce.

Je potřeba vést v patrnosti jednu důležitou věc: využíváme i teplotní čidlo na základní desce EINSY. Pokud tedy například umístíte tiskárnu do boxu a EINSY umístíte mimo box, nemusí teplotní model fungovat správně, protože budou teplotní rozdíly příliš velké. I na takové případy jsme ale mysleli – do tiskárny můžete poslat G-Code M310 T, s pomocí kterého můžete nastavit parametry teplotního rozdílu. A než vůbec začnete s kalibrací, důrazně doporučujeme provést PID kalibraci z menu tiskárny.

Rádi bychom se podělili i o jednu zajímavost, kterou jsme během měření objevili – týká se detekce špatného termistoru. Nejprve se podíváme na ukázkový příklad. Na dvou obrázcích níže vidíte, jak se chovají standardní tiskárny – tedy jaká je jejich běžná teplotní charakteristika. Všimnout si můžete i drobného rozdílu v pravé části grafů. Méně rozkmitaná křivka na spodním obrázků patří hotendu, na kterém je navlečené ochranné silikonové pouzdro. Jedná se ale o minimální rozdíl, a neznamená to, že ho hned musíte na hotend nainstalovat. 😉 Ale i takové drobnosti umíme odchytit.

Grafy výše jsou důležité pro pochopení následujícího obrázku. Na něm je v levé části vidět silně rozkmitaná teplotní křivka. Ačkoliv je celou dobu nastavený výkon topného tělesa na maximum, teplota trysky se nemůže dostat na stabilních 230 °C. V jednom bodě ale náhle dojde ke zlomu a teplota trysky prudce vystřelí z 210 na 250 stupňů Celsia, přičemž PID okamžitě utne vyhřívání. Takové chování je silně podezřelé, tudíž důvodné podezření padá na špatně fungující termistor. Nový systém teplotní ochrany je naprogramován pro přesně tyto případy – toto chování dokáže odhalit a adekvátně reagovat.

Způsob fungování mu umožňuje odhalit i zcela unikátní scénáře, ke kterým v podstatě ani nemůže docházet, protože na ně zareagují jiné ochranné mechanismy (Mintemp/Maxtemp). Čistě hypoteticky, pokud byste měli například desku EINSY, která je nepatrně poškozená (například přerušovaný elektrický kontakt v důsledku tepelného a mechanického namáhání nebo miniaturních poškození, jako jsou prasklé pájecí plošky nebo prasklé feritové kuličky), a i navzdory takto očividným a snadno zjistitelným chybám by nevyvolávala žádné chyby typu Mintemp/Maxtemp, nová tepelná ochrana by i takovou situaci zachytila.

A perlička na závěr – celý tento robustní kód se nám podařilo vecpat do pouhých 5 kB paměti. 🙂 Nebylo to jednoduché, a spoustu věcí jsme museli ve firmwaru „přeskládat“, ale snaha se vyplatila.

Méně blobů

Pokud se vám během tisku uvolní model z podložky a nalepí se na trysku, může se začít tvořit takzvaný blob – obrovská rostoucí hrouda plastu, která obalí část extruderu. Nový teplotní model pomáhá bloby detekovat nedlouho poté, co začnou kolem trysky narůstat. Změní se totiž charakteristika chlazení a tiskárna na problém zareaguje pozastavením tisku. Bohužel v tuto chvíli neumíme bloby detekovat v samotném zárodku, ale i v současné fázi je to pořád docela významná pomoc. Minimálně se vám nestane, že by blob vyrostl do obřích rozměrů. Není to jen teorie – byli jsme toho svědky přímo na naší testovací farmě.

Beta verze pro zkušené uživatele

Verze 3.12-BETA je nyní ke stažení na našem Githubu. Ačkoliv prošla intenzivním interním testováním, je tato verze určena především pokročilým uživatelům. Je možné, že narazíte i na drobné chyby. Z těchto důvodů nedoporučujeme instalaci tohoto firmwaru do produkčního prostředí. Na druhou stranu ale velmi oceníme, pokud se rozhodnete firmware nainstalovat a podělit se s námi o své zkušenosti. Vzhledem k tomu, že se nová teplotní ochrana v našich interních testech osvědčila, brzy se dočkáte finální verze. Do té doby ale chceme sesbírat co nejvíce dat od uživatelů, kteří mají starší či modifikované tiskárny, abychom mohli vše ještě pořádně odladit.

Tisku zdar!