Jedním z hlavních témat, na které jsme se v posledních dvou měsících zaměřili, bylo řešení takzvaných VFA (Vertical Fine Artifacts) na tiskárně Prusa CORE One i dalších modelech. Průběžně jsem o celém procesu informoval prostřednictvím Redditu. Neustále jsme ladili a testovali nejrůznější aspekty našich tiskáren a s radostí můžu říct, že tuhle kapitolu můžeme nyní uzavřít.

Jak už to bývá, jedna věc vede k druhé. Začali jsme řešit VFA a skončili jsme u toho, že jsme komplexně zlepšili kvalitu povrchu výtisků na všech našich tiskárnách. Jde o novou funkci v PrusaSliceru, ze které ale může těžit skoro každá 3D tiskárna na trhu – nejen naše! Řešení je kompletně open-source a už se nemůžu dočkat, jakým směrem ho posune třeba @softfever v OrcaSliceru. Každopádně toho chci probrat hodně. VFA jsou totiž jenom jedním z mnoha témat okolo kvality tisku.

Kvalita tisku je složité téma. Vždycky, než pustíme novou tiskárnu na trh, tak dlouho ladíme kvalitu tisku. Necháváme si zpracovávat detailní CT skeny, které prokazatelně potvrzují, že naše tiskárny se mohou pochlubit skutečně špičkovou přesností. Přesnost rovná se kvalita. Říkáme tomu trochu nadneseně WYDIWYG: What You Design is What You Get. Důležitým parametrem pro posuzování kvality je ale samozřejmě i kvalita povrchu. A tohle je oblast, na kterou se dá dívat z různých úhlů – a to doslova.

Připravte se na delší čtení, takže jenom ve zkratce:

• Máme dvě nové super funkce v PrusaSliceru
• Máme vylepšené tiskové profily
• Vyvinuli jsme nový systém napínání řemenů (čímž se řeší třeba i hlasitý homing)
• Výsledek: konzistentní kvalita povrchu a potlačené VFA

Nekonzistentní odlesky a matné povrchy

Určitě už jste to na nějakém výtisku viděli: některé části jsou lesklé a jiné matné, což vede k nehezkým horizontálním pruhům. Nejčastěji se toho všimnete u funkčních výtisků, které jsou často tištěné z černého PETG, které umí být HODNĚ lesklé. Příčinou je funkce „cooling slowdown“ ve sliceru. U vrstev s malým průřezem musí tiskárna zpomalit, aby měl horký plast dostaek času na vychladnutí a ztuhnutí před nanesením další vrstvy. Bez toho by se model deformoval. Ale právě v těchto místech získává materiál odlišné optické vlastnosti, což vede k nekonzistentní kvalitě povrchu. Některé materiály jsou k tomu náchylnější (lesklé černé PETG), u jiných si toho ani nevšimnete (matné materiály, „Galaxy“ filamenty).

Problém současné (staré) metody

Všechny slicery odvozené od původního Slic3ru tento scénář řeší stejným způsobem: úplně všechny pohyby tiskárny se ve zmíněné oblasti tisku zpomalí. Problém je, že tisk lesklého filamentu různými rychlostmi vede k nekonzistenci povrchu. A co hůře: tiskárna může přejít na rychlost, která způsobuje vibrace či rezonance rámu. Ty se pak přenášejí zpět do výtisku – výsledkem je nestejnorodý povrch a VFA.

To vše je dokonce možné vizualizovat přímo v PrusaSliceru v náhledu G-codu přepnutím do režimu Rychlost nebo ještě lépe Skutečná rychlost.

PrusaSlicer 2.9.3 Beta s funkcí „Konzistentní povrch“

Nová beta PrusaSliceru přichází se zásadním vylepšením, které tento problém řeší. Jedná se o funkci, kterou jsme pojmenovali Konzistentní povrch. Je to mnohem chytřejší a komplexnější systém chlazení výtisku. Prioritizuje „neviditelné“ části výtisku (jako infill) a samotné perimetry zpomaluje až v úplně poslední řadě, kdy už není zbytí. A i tak udržuje původní rychlost pro finální segment dané vrstvy. Díky tomu lze dosáhnout mnohem konzistentnějšího vzhledu povrchu napříč celým modelem. Největší změny se všimnete u černého PETG, u ostatních filamentů budou změny méně zásadní, dokud se na výtisk nepodíváte pozorněji.

Mezi původním a novým řešením můžete přepínat v menu Filamenty – Chlazení – Cooling slowdown logic. Mimochodem, když jsme na tomhle problému pracovali, všimli jsme si, že OrcaSlicer má funkci zvanou „Don’t Slow Down Outer Walls“ (nezpomalovat vnější stěny), která tento problém zkoušela vyřešit jiným přístupem. Konkrétně to byl uživatel igiannakas, který odvedl pořádný kus práce. Naše implementace je odlišná, dosahuje podobného výsledku a je natolik robustní, že ji můžeme nechat zapnutou ve výchozím nastavení. Klíčový rozdíl je v tom, že naše metoda stále zohledňuje vnější perimetery při výpočtu zpomalení chlazení, a využívá i další chytré triky.

Zredukovaný „Ringing“ na externích stěnách

Abychom potlačili tzv. „ringing“ (někdy též „ghosting“), museli jsme se zaměřit na další zdroj vibrací: drobné pohyby tiskárny mezi perimetry. Je to extrémně krátký přesun, který trvá zlomek vteřiny, ale může způsobit překvapivé množství vibrací. Proč? Protože je to pohyb, který je často kolmý na samotnou stěnu. Když tiskárna na tenhle pohyb aplikuje defaultní rychlou akceleraci, vznikne tím ostré „trhnutí“, které se může přenést do tiskárny. Zároveň se ale chceme vyhnout zakulacování rohů, které je často vidět na strojích s agresivním input shapingem. Naše dosavadní metoda slicování si s tímto typem pohybů příliš netykala. Implementovali jsme proto novou slicovací strategii, která tenhle problém řeší. Automaticky využívá jemnější, trochu nižší akceleraci jen pro tyto specifické pohyby na externích perimetrech, ostatní zůstávají rychlé beze změny. Toto cílené zpomalení tlumí vibrace tam, kde je to zásadní, což vede k lepšímu, hladšímu povrchu poblíž ostrých rohů, aniž by to mělo dopad na dobu tisku.

Primárně jsme se zaměřili na Prusa CORE One, ale brzy se prokázalo, že tyto změny mají viditelný vliv i na dalších tiskárnách jako MK4/S a XL. Dokonce jsme vyzkoušeli novou metodu chlazení na tiskárnách od jiných firem a zjistili jsme, že i na nich je zlepšení značné.

Začalo to u VFA

Pojďme si to trošku shrnout, protože to byla obrovská porce informací. 🙂 Tohle všechno začalo tím, že jsme začali řešit příčinu VFA – Vertical Fine Artifacts. Název je dost popisný: jsou to jemné vertikální nedokonalosti. Jak jemné? V podstatě mikroskopické. Jsou to prakticky optické nedokonalosti, které se objevují ve stejném místě každé vrstvy. Většinou se jedná o odchylku kolem 10 mikrometrů, přičemž ty nejhorší mají „až“ 40 mikrometrů. Jsou tak malé, že se pomalu neobjevují ani na specializovaném měřícím vybavení, a nelze je v podstatě ani nahmatat. Jsou ale vidět, protože v takových místech speciálně lesklé filamenty vytvářejí jiný odraz světla. Je to tedy především optický artefakt.

A bohužel je to jedna z těch věcí, která se nedá „odvidět“ – jakmile se jí jednou všimnete, už ji pak uvidíte prakticky na všech tiskárnách. VFA jsou vidět často a jsou záludné v tom, že je nezpůsobuje jedna konkrétní věc. Nezbavíte se jich tím, že vyměníte jeden řemen za druhý. Vznikají tím, že se nasčítají (nebo vynásobí) různé prvky. Existují různé postupy, jak VFA minimalizovat. Od použití vhodnějšího filamentu po snížení tiskové teploty. Opravdové řešení je jen jedno: zjistit, co všechno VFA ovlivňuje, a potlačit to už v zárodku.

Napněte si řemeny, pojedeme z kopce!

Jednou z prvních věcí, které jsme při zkoumání eliminovaly, byly motory. VFA viditelné na CORE One neodpovídají charakteristice použitých motorů. Navíc jak motory, tak drivery a voltáž jsou poctivě naladěné už od MK4, a CORE One používá stejný stack. Tiskařská komunita identifikovala některé potenciální zdroje VFA, včetně rezonancí motorů a charakteristiky řemenů, ale naší hloubkovou analýzou jsme došli k tomu, že postižené tiskárny od našich zákazníků vykazují jasné známky extrémně špatného napnutí řemenů. Proto jsme vyvinuli speciální tester pro napínání řemenů a pustili se do práce.

Výsledkem je přepracovaná metoda pro napínání řemenů a vylepšená ladička v Průša appce. Opravdu důrazně doporučuji, abyste si ihned zkontrolovali napnutí řemenů a ideálně je hned naladili na optimální hodnoty. Ten rozdíl je hodně velký.

Připravili jsme pro vás detailní návod. Budete potřebovat telefon, na kterém si otevřete buď online verzi v prohlížeči nebo ideálně zapnete Prusa App, kde se na ladičku jednoduše překliknete. Proces ladění je ruční, takže nad ním máte perfektní kontrolu.

Než začnete, tady je pár mých doporučení:

• Ujistěte se, že extruder je skutečně přesunutý co nejvíce vepředu a vpravo. Mezi pojezdem (gantry) a dorazy nesmí být mezera.
• Začněte tím, že budete drnkat o horní řemen. Když budete upravovat napnutí, vždycky otáčejte oběma šrouby o stejný díl (např. o jednu půlotáčku). Mohlo by se zdát, že jeden šroub napíná jeden řemen, a druhý šroub druhý řemen, ale zdání klame. Oba dva řemeny se potkávají v extruderu a navzájem se ovlivňují. Otáčejte tedy vždy oběma šrouby. Pokud to nedodržíte, dojde ke zkřivení konzole, což lze sice ještě napravit, ale je lepší se do takového bodu vůbec nedostat.
• Některé telefony jsou z výroby vybaveny mikrofonem s potlačením šumu a procesováním zvuku. To sice zlepšuje kvalitu hovoru, ale může to znesnadnit fungování ladičky. Pokud váš telefon zahlásí chybu měření, zkuste jiný prohlížeč nebo pokud možno jiný telefon.

Jak už jsem předesílal dříve, pracujeme i na jiném způsobu ladění řemenů – pomocí stroboskopického efektu a PWM zabudovaných LED. Výsledek každopádně bude stejný: optimálně napnutý řemen.

Jakmile kalibraci dokončíte, měli byste se všimnout i toho, že homing tiskárny bude rychlejší a tiskárna nebude tak často ťukat extruderem o endstopy. Správně napnuté řemeny vám zajistí zlepšení kvality tisku, ale abyste dosáhli skutečně těch nejlepších výsledků, budete potřebovat i novou betu PrusaSliceru.

PrusaSlicer a nové profily

Pojďme si krátce promluvit o tiskových profilech. Obecně dělíme naše profily do dvou kategorií – profily zaměřené na rychlost tisku (SPEED, DRAFT) a profily, které upřednostňují mechanické vlastnosti výtisku (STRUCTURAL).

Identifikovali jsme rychlosti perimetrů, při kterých se na CORE One objevují VFA. U většiny profilů byla oprava poměrně jednoduchá. Upravili jsme hodnoty tak, abychom se vyhnuli tiskovým artefaktům, a přitom zachovali velmi podobné časy tisku (některé rychlosti se mírně zvýšily, jiné snížily). U našich profilů Structural by však změna rychlostí perimetrů musela být poměrně výrazná, s potenciálním dopadem na mechanické vlastnosti výtisků. A my nechceme zavádět velké, překvapivé změny do profilů se stejným názvem. Víme, že mnozí z vás používají CORE One ve výrobě, kde má pevnost výtisků absolutní prioritu před nedokonalostmi povrchového lesku u několika kombinací reflexních materiálů. Proto jsme u profilů Structural provedli pouze drobné úpravy.

To znamená, že profily Structural budou stále produkovat výtisky, na kterých se mohou objevit VFA, zejména u PETG. Pokud chceme, aby zůstal hlavním profilem pro vysoce odolné a pevné 3D výtisky, musíme to přijmout jako nutný kompromis. V tomhle ohledu chci být maximálně transparentní. Ne všechny profily mohou být stejné a některé věci jsou omezeny fyzikou.

Kdybychom tvrdili, že každý profil poskytuje špičkovou kvalitu, nejlepší přilnavost vrstev, prvotřídní odolnost atd., znamenalo by to, že se v podstatě jedná o jeden a ten samý profil a jednotlivé parametry nic nedělají.

Nicméně, současně představujeme nové tiskové profily pro CORE One nazvané BALANCED. A troufám si tvrdit, že se mezi tiskaři stanou tou nejpopulárnější volbou, protože kombinují vysokou rychlost se skvěle vypadajícím povrchem a dobrou strukturální integritou. V dnešní době jsou mým favoritem pro většinu funkčních tisků, ale vše záleží na vašem konkrétním použití. Někdy budete chtít použít profil DRAFT, abyste něco získali co nejrychleji, s tlustými vrstvami. Jindy je SPEED ideální pro rychlé a čisté výtisky. Při výrobě malých mechanických dílů možná budete stále chtít používat STRUCTURAL.

Abych to shrnul:

• SPEED – velmi rychlé, skvělá kvalita povrchu, průměrná pevnost
• BALANCED – rychlé, skvělá kvalita povrchu, vyšší pevnost
• STRUCTURAL – rychlé, dobrá kvalita povrchu, skvělá pevnost

Tyto profily jsme přidali i do EasyPrintu (cloudového sliceru) na Printables.

Úskalí syntetických testů

Než to celé uzavřu: je mi jasné, že tenhle článek bude dobrá záminka pro to ověřit si, jestli naše řešení skutečně funguje – a určitě to udělejte! 🙂 Jen bych se chtěl krátce zmínit o syntetických testech (tzn. různé benchmarky) Je prakticky jisté, že pokud začnete cíleně hledat specifický objekt, který má VFA vyvolat, určitě takový model nakonec najdete (nebo vymodelujete). Opravdu neexistuje způsob, jak porazit syntetický test navržený tak, aby cílil na specifické naladění tiskárny a „zneužil“ ho. Změny a vylepšení, které jsem tu popisoval, jsou pro uživatele 3D tiskáren a reálné scénáře: v podstatě pro ty, kteří chtějí tisknout lépe vypadající objekty. A jsem si jistý, že nárůst kvality je podstatný – a to nejen na našich tiskárnách.

Takže, jen rychlá rekapitulace:

• Prosím, nalaďte si řemeny
• Stáhněte si novou beta verzi PrusaSliceru
• Vyzkoušejte nové profily Balanced

Tak, to je snad vše. Je to taková klasika – chci stručně popsat nějaké nové zlepšení a skončí to u masivního článku, který to zkoumá ze všech možných stran. Já osobně tedy takové texty mám ze všeho nejradši, a vy snad taky. 🙂 Snažím se, aby naše postupy transparentní a vy přesně víte, co jsme dělali a proč jsme se rozhodli dělat určité věci určitým způsobem.

Tisku zdar!