マスター 3D プリンター キャリブレーション:正確な印刷のためのステップバイステップ ガイド

「3 次元 (3D) プリンターのキャリブレーション方法」では、予測可能な寸法精度を達成するために、モーション コントロール、押し出し速度、熱安定性を調整する構造化されたプロセスを定義します。 3D プリンターには、約 0.02 ～ 0.10 ミリメートル (mm) の範囲でのベッド レベリングの均一性、100 mm の指令長さでの押出精度、20 mm キャリブレーション キューブを使用した軸スケーリング、摂氏 ±0.5 ℃ ±0.5 ℃ ～ ±2 ℃ の範囲内に維持される比例積分微分 (PID) の温度安定性の体系的な検証が含まれます。まず、加熱ベッドを通常の動作温度（例：PLA ホットエンド約 190 ～ 220 °C、ベッド約 50 ～ 60 °C）で水平にし、アルミニウムの膨張を補償します。次に、Z オフセットを 0.02 mm ～ 0.05 mm の増分で設定して、最初の層の厚さが 0.20 mm ～ 0.28 mm になるようにします。 3 番目に、測定された押し出し補正を使用して E ステップを校正します。 4 番目に、寸法測定を使用して mm あたりの X、Y、Z ステップを検証します。

3D プリンターでは、形状、押し出し、温度挙動にわたる補正の有効性を確認するために、制御された検証プリントが必要です。校正モデル (20 mm 立方体、5 °C 刻みの温度タワー、0.5 mm ～ 6 mm の範囲のリトラクション タワー) は、機械的変数と熱的変数を分離します。適切なキャリブレーションにより、プリンタの剛性と材料の収縮に応じて、寸法偏差が ±0.50 mm から ±0.10 mm まで ±0.30 mm に減少します。コンピュータ数値制御 (CNC) 加工では通常、機械の能力と鋳鉄フレーム、バックラッシュ 0.001 インチ未満の予圧ボールねじ、および閉ループ サーボ フィードバックによるプロセス制御に応じて、約 ±0.001 インチから ±0.005 インチ (≈ ±0.025 ～ 0.127 mm) の公差が維持されます。 3D プリンターのキャリブレーションは、機械的な剛性ではなくファームウェアの調整によって補正します。構造化されたパラメータの検証により、効果的な 3D プリンタのキャリブレーションが定義されます。

1.プリント ベッドを水平にする (手動または自動ベッド レベリング)

プリント ベッドを手動で水平にするには、6 つの手順に従います。アルミニウムのベッドと真鍮のノズルは加熱中に膨張するため、まず、プリント ベッドとノズルを通常の印刷温度まで加熱します。次に、既知の基準位置を確立するためのホーム軸。 3 番目に、ステッパーを無効にして、プリント ヘッドの制御された手動移動を可能にします。 4 番目に、実用的なゲージとして、標準のプリンタ用紙シート (厚さ約 0.08 ～ 0.12 mm) をノズルと造形面の間に置きます。 5番目に、シートをスライドさせるときにわずかな摩擦が感じられるまで、各隅のネジを調整します。 6 番目に、中心位置を確認して、ベッド全体の均一な平坦性を確認します。適切なノズル クリアランスにより、接着力の低下、不均一な押し出し、第 1 層の厚さのばらつきが防止されます。

自動ベッドを水平にするには、次の 4 つの手順に従ってください。まず、誘導性、容量性、またはひずみベースのプローブをアクティブにします。次に、システムが複数の表面点を自動的に測定できるようにします。 3 番目に、ファームウェアは印刷中の Z 軸の動きを調整する補正メッシュを生成します。 4 番目に、メッシュ データをファームウェアまたは電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ (EEPROM) に保存します。自動補正により、わずかに歪んだベッドの一貫性が向上しますが、機械的な平坦度検証に代わるものではありません。

2.正しい Z オフセットを設定する

正しい Z オフセットを設定するには、4 つの手順に従います。まず、広いベッド領域をカバーする専用の第 1 層テスト パターンを印刷して、表面全体の一貫性を評価します。次に、テスト印刷中に Z オフセットを 0.02 mm ～ 0.05 mm の小さな増分で調整し、ノズルの高さを微調整します。第三に、押し出しラインを注意深く観察してください。ノズルが高すぎるとフィラメントが丸まって見え、隣接するラインと接着できず、接着力が弱くなります。第 4 に、ノズルが低すぎると、ノズルが表面を引っ掻き、フィラメントが外側に過度に汚れ、押し出し物が過度に平らになったように見えます。適切な Z オフセットにより、表面を損傷することなく均一に結合する、滑らかでわずかに圧縮されたラインが生成されます。

3.エクストルーダーステップ (E ステップ) を校正する

エクストルーダーのステップを調整するには、次の 5 つのステップに従います。まず、ホットエンドをフィラメント印刷温度 (ポリ乳酸 (PLA) 190 ～ 210 °C、アクリロニトリル ブタジエン スチレン (ABS) 220 ～ 250 °C) まで加熱して、冷間押出抵抗を排除します。次に、押出機の入口点から測定してフィラメントに 120 mm のマークを付けて、基準長を確立します。 3 番目に、ダイレクト ドライブ システムかボーデン システムかに関係なく、背圧の影響を軽減するために、毎分 50 ～ 100 mm の制御された送り速度で 100 mm 押し出すようにプリンターに命令します。 4 番目に、残りの距離を測定して、実際に押し出された長さを計算します。新しい E ステップ =(現在の E ステップ × 100) / 実際の押し出し長さを使用して補正値を計算します。最後に、M92 Ennn、続いて M500 を使用してファームウェアまたは EEPROM を更新し、校正値を永続的に保存します。

4.流量の校正 (押出乗数)

流量校正により、印刷中の寸法の一貫性が保証されます。流量を校正するには、次の 3 つの手順に従います。まず、定義された線幅 (0.40 mm ノズルの場合は 0.40 mm) を使用して、外周が 1 つ、充填層が 0 で、上部層または底部層が 0 の単壁立方体を印刷します。次に、デジタル ノギスを使用して壁の厚さを測定し、測定値を予想される押し出し幅と比較します。第三に、スライサーの流量を調整します。壁が予想よりも厚い場合は、流量の割合を 1% ～ 2% ずつ減らします。壁が予想よりも薄い場合は、流量の割合を徐々に増やしてください。適切な調整により、過剰な押し出しや過小な押し出しが防止されます。そのため、正確な流量校正が重要です。

5. X、Y、Z ステップを調整する

mm あたりのステップを調整するには、次の 3 つの手順に従います。まず、標準のレイヤー高さ設定を使用して、20 mm のキャリブレーション キューブを 100% のスケールで印刷します。次に、デジタル ノギスを使用して各軸を正確に測定し、実際の X、Y、Z 寸法を記録します。 3 番目に、次の式を使用して補正値を計算します:mm あたりの新しいステップ =(mm あたりの現在のステップ × 予想される寸法) / 測定された寸法。更新された値をファームウェアに入力し、EEPROM メモリに保存して、キャリブレーション設定を保持します。軸のステップ キャリブレーションにより系統的なスケーリング エラーを修正できますが、3D プリントの寸法の不正確さは、材料の収縮、ベルトの張力、押し出し動作、およびスライサーの補正設定によっても影響を受ける可能性があります。

6. PID チューニング (ホットエンドとベッド)

PID チューニングを実行するには、次の 3 つの手順に従います。まず、ホットエンドを一般的な印刷温度 (200 °C ～ 220 °C) に加熱し、ファームウェア PID 自動調整コマンドを 8 サイクル実行します。これは、多くのファームウェア実装 (Marlin) の標準です。次に、通常の動作範囲 (50°C ～ 60°C) で加熱ベッドの自動調整プロセスを繰り返します。 3 番目に、計算された P、I、および D 値を EEPROM に保存し、再起動後も最適化された設定を保持します。安定した PID 値により、温度振動が低減され、オーバーシュートが最小限に抑えられ、押出成形中の一貫した熱制御が維持されます。適切な PID 調整により温度が安定するため、キャリブレーション手順が必要です。

7.後退キャリブレーション

収縮を調整するには、概要を示した調整に従ってください。まず、さまざまな高さのセクションにわたって収縮距離を変化させる収縮タワーを印刷して、ストリングの動作を特定します。次に、押出機のタイプに基づいて後退距離を調整します。ダイレクト ドライブ システムは 0.5 mm ～ 2 mm から始まりますが、ボーデン システムではフィラメントの経路長が長いため、一般に 4 mm ～ 6 mm が必要です。 3 番目に、押出機のタイプとファームウェアの設定に応じて、25 mm/s ～ 50 mm/s 以上の一般的な範囲内で後退速度を 5 mm/s ずつ調整します。多くの場合、フィラメントの研磨を引き起こすことなくにじみを低減するために、調整は小さな増分で実行されます。適切な調整により、糸引きが減少し、フィーチャー間の表面の清浄度が向上し、押し出し遷移が安定します。そのため、リトラクション キャリブレーションが必要です。

8.完全なキャリブレーション モデルを印刷する

プリンターのパフォーマンスを検証するには、機械的調整と押し出し調整を完了した後、完全なキャリブレーション モデル (3DBenchy) を印刷します。まず、適切なレイヤー高さ設定 (0.4 mm ノズルの場合は通常 0.20 mm) と選択したフィラメントの印刷温度を使用してモデルをスライスします。次に、プロセス中に設定を変更せずにモデルを印刷して、実際のシステム パフォーマンスを観察します。第三に、オーバーハング、ブリッジ、ストリング、寸法精度、表面仕上げ品質などの重要な特徴を検査します。デジタルノギスを使用して寸法を測定し、結果を予想される設計値と比較します。完全なキャリブレーション プリントは、動作精度、押し出しの一貫性、熱安定性を 1 回のテストで検証します。そのため、これはオールインワンの検証ステップとなります。

3D プリンターのキャリブレーションとは何ですか?

3D プリンターのキャリブレーションは、寸法精度と印刷の一貫性を向上させるために、モーション、押し出し、熱制御パラメーターを調整するプロセスです。キャリブレーションでは、軸の動きのスケーリング (ステップ/mm) が指令された移動量と一致していることを検証します。一方、軸の機械的な位置合わせはプリンタのフレーム アセンブリとハードウェアの調整によって決定され、通常は 20 mm のキャリブレーション キューブを使用して検証されます。押出機のキャリブレーションにより、指令されたフィラメントの押出量 100 mm が測定された出力と一致することを確認し、過剰または過少の押出を防ぎます。ベッドのレベリングと Z オフセットのキャリブレーション。ベッドレベリングと Z オフセットキャリブレーションは、スライサー設定とノズル直径に基づいて最初の層の厚さを制御します。通常はノズル直径の約 50 ～ 75% (たとえば、0.4 mm ノズルの場合は約 0.20 ～ 0.30 mm)。 PID 調整により、ホットエンドとベッドの温度が狭い変動範囲 (ファームウェアとハ​​ードウェアの品質に応じて通常約 ±0.5 °C ～ ±2 °C) 内で安定します。適切なキャリブレーションにより、寸法のずれ、層のずれ、接着不良が軽減されます。剛性の高い機械アセンブリと閉ループ フィードバック システムによって精度を維持する CNC 加工とは異なり、3D プリンタのキャリブレーションは機械的公差と材料の収縮を補正して再現性を向上させます。