Minulý týden jsme se věnovali především Original Prusa XL a PrusaSliceru, tentokrát je ale čas posvítit si na MMU3, tedy doplněk pro naše tiskárny MK3S+ a MK4, který umožňuje efektivní tisk s až pěti filamenty současně. Verze pro MK3S+ je venku už několik měsíců a sbírá velmi pozitivní kritiku, ale s verzí pro MK4 je to složitější a došlo k posunům vydání. V tomto článku se chceme rozepsat o tom, na jaké problémy jsme při vývoji narazili, jak je řešíme, a co nám ještě zbývá dotáhnout do konce, než začneme MK4 verzi MMU3 rozesílat.

Spolehlivost MMU3 na MK3S+ tiskárnách

Od začátku nám bylo jasné, co musí MMU3 splňovat. Chtěli jsme navázat na starší generaci, tedy MMU2S, a zvýšit její spolehlivost, usnadnit používání a celkově snížit nároky na různé kalibrace a nastavení, aby jednotka dobře fungovala i s tiskárnami, které nejsou v top kondici.

MMU3 pro MK3S+ odesíláme zákazníkům už několik měsíců – od července 2023. A těší nás, že se pozitivní zkušenosti z interních betatestů plynule přenesly i mezi uživatele. Odezva je skvělá, a na internetu můžete fotky hotových tisků, které trvaly přes 70 hodin a nevyžadovaly ani jediný uživatelský zásah. A přesně o to nám šlo.

https://x.com/BobKarnes/status/1696715184449237273

Verze MMU3 pro MK4 musí být samozřejmě stejně spolehlivá, ne-li ještě lepší. Je to ale složitější, než by se mohlo zdát.

Potíže se spolehlivostí MMU3 na MK4

Jednotka MMU3 je naprosto shodná pro obě tiskárny. Pokud nepočítáme připojovací kabel, jedná se skutečně o identické zařízení. Na MK3S+ tiskne bez problémů. Kde je tedy zádrhel? V tiskové hlavě. Každá z tiskáren využívá odlišný extruzní systém s jiným typem hotendu. A je potřeba vzít v potaz i to, že MK4 je postavená na zcela jiné platformě a využívá jiný firmware, tudíž je s odladěním dvojnásobek práce.

Když jsme v březnu 2023 oznámili MMU3, byli jsme si jistí, že vše funguje tak, jak má. Jednotka fungovala spolehlivě na obou tiskárnách, tudíž jsme mohli naplánovat rozesílku na druhou polovinu června 2023 a jediné, co nás vlastně brzdilo, byla výrobní kapacita.

Jenže s příchodem léta vzrostly teploty na naší testovací farmě o 6 až 10 stupňů Celsia, a zatímco MK3S+ tiskly vícebarevné tisky bez problémů, MK4 tiskárny zaznamenaly pokles ve spolehlivosti. Jak jsme zjistili, problémy způsobovaly tenké filamentové vlasce, které se začaly akumulovat okolo podávacího kolečka v extruderu. U MK3S+ jsme zaznamenali něco podobného, ale v daleko menší míře – tiskárna má navíc extruder s otevřenějším designem a dráha filamentu má zcela rovnou trasu, což zmírňovalo dopad popsaných problémů. U MK4 to neplatilo – chuchvalce drobných vláken se zachytávaly uvnitř extruderu a způsobovaly celou řadu problémů při zavádění a vysouvání filamentu.

Takto mohly v krajních případech vypadat špičky filamentů

Okamžitě jsme se pustili do zjišťování, proč se to děje, abychom mohli co nejrychleji vyvinout řešení. Pro správnou funkčnost MMU3 je správně vytvořená špička vysouvaného filamentu naprosto zásadní.  A tak jsme měnili trysky, ladili teploty tisku i celé místnosti, upravovali jsme rychlost a testovali různá nastavení. 

Zcela nový systém výměny filamentu – eliminace vlasců.

Abychom mohli správně vysvětlit, jaké jsou rozdíly, je potřeba se nejprve podívat na to, jak tento proces probíhá na MK3S+ s MMU3.

1. Tisková hlava se přesune nad čistící věž
2. Dojde k rapidní extruzi (tzv. ramming) – vysokou rychlostí se vytlačí trocha filamentu, aby se uvnitř trysky na konci plastového vlákna vytvořila hezká špička
3. Filament je vysunut zpátky do jednotky MMU3
4. Selektor MMU3 se přesune na novou pozici a zavede filament do tiskové hlavy
5. Tisková hlava začne vytlačovat filament do čistící věže (nebo čistícího objektu) – vytlačí se zbytek starého filamentu z trysky a barva plynule přejde v nově zavedenou barvu.

To znamená, že v momentě, kdy je do trysky zaváděn nový filament, je tryska stále ještě „kontaminovaná“ zbytkem předchozího filamentu až do bodu 5.

Když jsme stejný postup využili na MK4, tak v bodě 3 došlo k vytvoření tenkého vlasce na špičce filamentu, který způsoboval výše popsané komplikace. Krok číslo 5 je navíc ten bod, kdy MK3S+ generuje největší množství plastového odpadu.

Abychom zabránili tvoření tenkých vlasců na MK4, museli jsme vyvinout zcela nový postup pro výměnu filamentů, který je uzpůsobený pro odlišnou architekturu Nextruderu. Trochu se podobá metodě pro čištění trysky, tzv. cold pull, a funguje následovně:

1. Tisková hlava se přesune nad čistící věž
2. Dojde k rapidní extruzi (rammingu): tisková hlava se pohybuje maximální rychlostí a všechen natavený filament je rapidně vytlačován do čistící věže. Vysoká rychlost navíc trysku mírně ochladí.
3. „Razítkování“ (stamping) – v tento moment se částečně nahřátý filament zatlačí do trysky, aby se vytvořila hezká špička (je to vlastně „negativ“ vnitřku trysky).
4. Filament je rychle vysunut z trysky, čímž tento proces připomíná metodu „cold pull.“
5. Selektor MMU3 se přesune na novou pozici a zavede filament do tiskové hlavy.
6. Proběhne už jen miniaturní extruze, aby se stabilizoval tlak v trysce, ale barva je téměř okamžitě správná a není potřeba další čištění.

Díky tomuto postupu je po provedení bodu číslo 3 v trysce zanedbatelné minimum nataveného plastu. Díky tomu se daří vytvářet optimální špičky filamentu i v místnostech se zvýšenou teplotou. Testování ještě není u konce, dáváme si na něm záležet, a využíváme speciální kontejner s řízenou teplotou, kde provozujeme malou tiskovou farmu.

The tip of the filament with the new unload strategy

Vítaným „vedlejším efektem“ je i další snížení tvorby plastového odpadu. Ta se v tuto chvíli objevuje vlastně jen v bodě číslo 2 (rapidní extruze), protože se díky upravenému procesu prakticky eliminovala potřeba čistit trysku po změně filamentu.

Časově nejnáročnější je v tomto ohledu testování. Po každé provedené změně je potřeba celou testovací farmu nechat 2-3 dny tisknout, aby se podařilo nasbírat dostatečně velké množství vzorků na vyhodnocení. Pak upravit nastavení, pustit další tisky, a tak pořád dokola, dokud se nedostaví žádaný výsledek. K aktuálnímu řešení, které se zdá být funkčním, jsme se dostali na konci srpna. I tak ale raději říkáme, že je to aktuální verze než finální verze. Ještě totiž máme pár věcí k řešení – například testování širšího spektra materiálů od různých značek.

Ideálním řešením pro vícemateriálový tisk je samozřejmě použít individuální tiskové hlavy tak, jako to dělá naše Original Prusa XL. Takový systém je zdaleka nejúspornější, nedochází k tvorbě velké čistící věže ani k odstřihávání filamentů. Úsporná čistící věž u MMU3 je ale hned v závěsu a především funguje na jednotryskových tiskárnách.

Co zbývá doladit na MMU3 pro MK4

3D tiskárna je komplexní zařízení, a když do rovnice přidáte více než 2000 výměn filamentu během jednoho tisku, vše se ještě mnohem více zkomplikuje. Jedna vyřešená věc může klidně spustit řetězovou reakci, na jejímž konci se manifestuje úplně nový problém.

Jde samozřejmě o to, že všechny výměny musí proběhnout zcela bezchybně. Jakmile se vám během dvoudenního tisku začnou množit problémy, začne to být pěkně rychle otravné. MMU3 samozřejmě komunikuje s tiskárnou lépe než předchůdce, a drtivá většina situací se dá vyřešit jen potvrzením volby na displeji, ale i tak je potřeba brát v potaz všechny možné scénáře.

Příklad výtisku s pomocí kterého testujeme spolehlivost výměn filamentů – celkem jich je 1500 během jednoho tisku

Během testování jsme například zjistili, že s upravenými špičkami vysouvaného materiálu reaguje senzor filamentu o nepatrnou chvilku později než dříve. Kvůli tomu se pak v čistících věžích (a někdy i v samotném výtisku) objevovaly díry. Dále jsme museli upravovat kód, když jsme přidali podporu pro Input Shaper a Pressure Advance, a čistící věž se tím pádem začala tisknout vyšší rychlostí. Tyhle věci jsme už samozřejmě stihli opravit.

V tuto chvíli před sebou máme tři případy k vyřešení. Zhruba 15 % tiskových chyb je způsobeno nesprávným čtením senzoru filamentu v extruderu. Stejně jako na MK3S+ jsme situaci vyřešili úpravou senzoru, který nyní nedetekuje vlákno při vstupu do extruderu, ale naopak čeká na moment, kdy je filament zachycen podávacím kolečkem (v ten moment dojde k mírnému vyklopení dvířek idleru, což senzor zachytí). Toto řešení momentálně intenzivně testujeme a vyhodnocujeme jeho spolehlivost.

S novou tištěnou částí senzor filamentu funguje tak, že snímač detekuje moment, kdy se filament dostane k podávacímu kolečku a dojde k mírnému pootevření dvířek idleru

Velmi vzácně může dojít k tomu, že senzor filamentu v jednotce MMU3 nedetekuje konec vlákna správně. Vzhledem k tomu, že k tomuto jevu na MK3S+ nedochází, jsou na vině pravděpodobně drobné úlomky plastu, které zanáší kovovou kuličku – ta spíná senzor FINDA, a pokud se nemůže pohybovat, nefunguje ani samotný senzor.

Nejčastější tiskovou chybou (zhruba 50 % případů) je zadrhávání při zavádění filamentu do kovového vodiče v extruderu, kterým pak materiál pokračuje do trysky. Momentálně testujeme vyvinutá řešení – jak softwarová, tak hardwarová.

Pokud pořadí cívek neodpovídá tomu, co jste při slicování vybrali v PrusaSliceru, můžete využít tuto speciální obrazovku, kterou jsme přidali do firmwaru. Můžete přemapovat barvy, nastavit automatické spotřebovávání cívek (SpoolJoin) nebo zavést jiné materiály.

Kdy budeme odesílat?

Věřte nám, že opakované odklady vydání frustrují nejenom vás, ale i nás. MMU3 pro MK4 nechceme začít posílat, dokud nebudeme sami spokojeni s jeho kvalitou. V tuto chvíli je složité odhadnout, kdy budeme mít hotovo. Je dost možné, že během pár týdnů nám testeři potvrdí, že vyvinutá řešení zafungovala a verze pro MK4 je stejně spolehlivá jako ta pro MK3S+. Tím pádem bychom mohli začít MMU3 odesílat prakticky okamžitě po ukončení testů. Stejně tak je ale možné, že narazíme ještě na něco dalšího, a budeme potřebovat víc času na vyvinutí řešení. Neříká se to snadno, ale v tuto chvíli nemáme realistický odhad, kdy bychom mohli začít MMU3 pro MK4 odesílat. Myslíme si ale, že je lepší to říct na rovinu, než přijít s dalším termínem, který bychom museli za pár měsíců opět posouvat.

Neustále odklady nás mrzí a za způsobené komplikace se omlouváme. Pokud už máte MMU3 objednané, určitě vás zajímá, jak to bude dál. Pro vás je zde následující info:

Vynasnažíme se, abychom zlepšili komunikaci a ohledně MMU3 vám přinášeli nejen ty dobré zprávy, ale samozřejmě i informace o dalším vývoji a testování.