Klipper と Marlin：3D プリンターファームウェア徹底比較

Klipper と Marlin は、人気のある 2 つの 3D プリンターファームウェア実装です。Marlin は 2011 年に最初に開発され、現在最も人気のある FDM（溶融積層造形）プリンターファームウェアです。使いやすく、信頼性が高く、正確で、大多数の 3D プリンターと互換性があります。Klipper は 2016 年に独自の設計思想と速度・プリント品質への注力で開発されました。これにより急速に人気を博し、いくつかの有名な 3D プリンターメーカーが Klipper ベースの 3D プリンターをリリースするまでになりました。

この記事では、Klipper と Marlin ファームウェアを、動作原理、処理タスクの扱い方、主な利点と欠点の観点で比較します。

Klipper ファームウェアとは

Klipper はフリーのオープンソース 3D プリンターファームウェアプロジェクトです。2016 年に 3D プリンターの処理速度向上に焦点を当てて開始されました。現在、Klipper は 500 mm/s 以上のプリント速度をサポートし、入力整形やスムーズ圧力前進など、プリント品質を劇的に向上させる機能を先駆的に導入しています。

Klipper は、計算負荷をコントローラー間で分散する設計思想を特徴とします。Raspberry Pi などの 32 ビットコントローラーが、計算コストの高い G コードを機械指令に変換します。3D プリンターのメイン 8 ビットマイクロコントローラーは、ハードウェアと直接インターフェースし、変換された指令を中継する役割を担います。

Klipper ファームウェアの目的

Klipper ファームウェアの目的は、G コードを 3D プリンターのステッパーモーター用ハードウェア指令に変換し、ハードウェアとインターフェースして 3D 造形物を生成することです。Klipper の設計思想は、パワフルなコンピュータボードで G コードを低レベル指令に変換し、それほどパワフルでないコントローラーでステッパーモーター、ヒーター、押出機とインターフェースすることです。

Klipper ファームウェアの仕組み

Klipper ファームウェアは、3D プリンターに搭載されたハードウェア用の指令に G コードを変換することで動作します。これには、入力整形や圧力前進などの高度な機能を、これらのプリンターに送られる移動指令に組み込むことも含まれます。

これらの G コード変換計算は、Raspberry Pi などの比較的パワフルなコンピュータボードで行われます。その結果得られる移動指令は、モーターと直接インターフェースし、モーターへの指令中継のみを担当する、より非力な制御ボードに送られます。

Klipper ファームウェアを使用すべき時

Klipper ファームウェアは、互換性のあるあらゆる 3D プリンターで使用でき、その結果得られる高品質・高速プリントを活用できます。Klipper の正しいインストールにはある程度の技術知識が必要ですが、「インストールヘルパー」の導入により参入障壁は低下しています。3D プリンターを最大限に活用したい、かつコンピューターに関する基本的から公正な理解があるなら、Klipper を試す価値があります。

Klipper ファームウェアが Marlin と比較して処理タスクをどう扱うか

Marlin は、プリンターのメイン 8 ビットコントローラーボード上で全処理タスクを実行します。これには、G コードを移動指令に変換することと、ステッパーモーターと押出機とのインターフェースが含まれます。Klipper は、計算ワークロードを複数のコントローラー間で分割する処理アプローチを採用します。標準コントローラーはモーターとのインターフェース専用に予約されます。よりパワフルなコンピュータボードは、G コードを移動指令に変換する際に発生する計算コストの高い操作を処理するために使用されます。通常 Raspberry Pi が使用されますが、他の 32 ビット Linux ベースのコンピュータボードも使用可能です。

Klipper ファームウェアの機能

Klipper ファームウェアには、以下の機能があります：

1. 高速プリント： ステッパーモーターで業界トップクラスの速度を達成可能で、最大 500 mm/s 以上の高速プリントを実現。
2. 高解像度モーションプランニング： 高精度で高詳細なモーションプランニングを実現し、最終的にプリント品質を向上。
3. カスタマイズ性： 設定ファイルで容易に設定可能で、好みに応じて様々な Web インターフェースで操作可能。
4. 入力整形： 入力整形を先駆的に導入。プリント物体にゴーストやリンギングとして現れる振動と共振を補償。数学モデルを用いて振動を計算し、移動を変更することで以前の移動による振動を補償。
5. スムーズ圧力前進： プリンターのフィラメント押出方法を変更。従来の圧力前進は瞬時の押出速度変更を試みるが、これにより押出ラグ（圧力蓄積開始と実際のフィラメント押出の間の遅延）が生じる。圧力前進開始時にアンダーエクストルージョン、終了時にオーバーエクストルージョンが発生。スムーズ圧力前進は、押出機が圧力を増減すべきタイミングを先読み。これらのポイントで押出機がわずかに早めに圧力を増やし、フィラメントが正しいタイミングで流れ始めるようにする。押出終了時には、オーバーエクストルージョンが発生する前にフィラメントが流れ止まるよう、わずかに早めに圧力を減らし始める。これにより欠陥の少ないより均一なプリントが可能。

Klipper ファームウェアが CNC 加工機能をどう向上させるか

Klipper ファームウェアの多くのコア機能は、高速処理、リモート制御、カスタマイズ性、高解像度、精密モーションプランニングなど、CNC 加工機能に転用可能です。しかし、Klipper は 3D プリント専用に開発されたため、ツールチェンジ、プロービング、フライス制御など、CNC の基本機能の多くが現在の実装では完全に欠けています。これらの基本機能を追加して Klipper を CNC 加工に適したものにする取り組みが進行中です。

Klipper ファームウェアの主な利点

Klipper ファームウェアの主な利点はその速度とプリント品質です。Klipper ファームウェアで動作する 3D プリンターは 500 mm/s 以上の速度に達することができます。入力整形などの機能により、これらのプリント品質を非常に高く保てます。Klipper はまた、多くの GUI オプションと Klipper ベース 3D プリンターのリモート制御で容易にカスタマイズ可能です。

Klipper ファームウェアの主な欠点

Klipper の主な欠点は追加ハードウェアへの依存です。Klipper の主な設計思想は、計算コストの高い操作を Raspberry Pi などの別のコンピュータボードにオフロードすることです。これにより、Marlin のように低レベル・低コストのコントローラーのみを必要とするファームウェアとは異なり、これらの追加の、より高価なコンピュータボードが必要になります。

Klipper ファームウェアは幅広い 3D プリンターハードウェアにインストール可能か？

はい、Klipper ファームウェアは幅広い 3D プリンターハードウェアにインストール可能です。Klipper は幅広いハードウェアと FDM 3D プリンタータイプとの柔軟性と互換性を持つよう設計されています。インストールプロセスは、Klipper インストールおよびアップデートヘルパー（KIAUH）というアプリケーションの導入により容易になりました。また、サードパーティ製 Klipper パッドを 3D プリンターで使用するオプションもあります。これらのパッドには Klipper がインストールされたコントローラーが含まれ、通常タッチスクリーンが付属しているため、プリンターに接続するだけで Klipper を使用できます。

Marlin ファームウェアとは

Marlin は 2011 年に最初に開発されたオープンソース 3D プリントファームウェアプログラムです。以来、人気が高まり、FDM プリンターで最も人気のある 3D プリントファームウェアとなりました。現在、ほとんどのプリンターは Marlin ファームウェアまたはその派生版を実行しています。

Marlin は 8 ビットマイクロコントローラー、具体的には Arduino コントローラーで動作するよう設計されました。開発当時、8 ビットマイクロコントローラーが広く入手可能で安価だったため、これが 3D プリントへの参入障壁を下げ、3D プリンターの全体的なコストを削減するのに役立ちました。Marlin は信頼性、正確さ、使いやすさ、現在入手可能なほとんどの FDM プリンターとの互換性で知られています。

Marlin ファームウェアの目的

Marlin ファームウェアの目的は、G コードを機械指令に変換し、それらの指令を使用して 3D プリンターのハードウェアを制御して 3D 造形物を生成することです。

Marlin ファームウェアの仕組み

Marlin ファームウェアは、コントローラーボード上で G コードを機械指令に変換することで動作します。これらの指令は、プリントプロセスを促進するためにプリンターの様々なハードウェアに送られます。これにはステッパーモーター、押出機、ヒーターが含まれます。

Marlin ファームウェアを使用すべき時

Marlin ファームウェアは、あらゆる 3D プリンターとあらゆる 3D プリントジョブで使用できます。多くのプリンターが Marlin ベースのファームウェアで動作しているため、3D プリントを始めたばかりの場合に使用するのに適したファームウェアです。Marlin は使いやすく信頼性が高く、3D プリントの基礎を学ぶ間に使用するのに最適なファームウェアです。

Marlin ファームウェアの機能

以下は Marlin ファームウェアの機能の一部です：

1. 広い互換性： Marlin は現在入手可能なほとんどのコンシューマー 3D プリンターと互換性があります。
2. 8 ビットコントローラーで動作： Marlin は 8 ビットコントローラーで動作可能で、コストを削減し、より幅広いプリンターとの互換性を実現。
3. 設定可能性： Marlin にはプリンター動作を微調整する豊富な設定オプションがあります。
4. 使いやすさ： Marlin は非常に初心者フレンドリーで、基本機能の理解を助ける多くのガイドが利用可能。
5. 豊富なプラグインとアドオンサポート： Marlin には幅広いアドオンとプラグインがあります。これらはベッドレベリングプローブやフィラメントセンサーの使用などの機能を有効化します。

Marlin が Klipper と比較して処理タスクをどう扱うか

Marlin は Klipper と明確に異なる設計思想を持っています。Klipper は処理タスクをプリンターの 8 ビットコントローラーとよりパワフルな 32 ビットコントローラーボードの間で分割します。32 ビットコントローラーは、G コード変換や高度な機能などの計算コストの高い操作を処理。8 ビットコントローラーは 3D プリンターハードウェアとのインターフェースのみを処理。

Marlin では、G コード変換が 3D プリンターハードウェアとインターフェースするコントローラー上で直接実行されます。Marlin は 8 ビットコントローラーボードで動作するよう書かれており、コストを抑えるのに役立ちますが、Klipper と比較してパフォーマンスを犠牲にする可能性があります。2019 年以降、Marlin は 32 ビットボードでも動作可能になり、改善された処理能力を活用していくつかの主要機能をサポートし、ファームウェア全体の処理速度も向上させています。

Marlin は幅広い 3D プリンターハードウェアにインストール可能か？

はい、Marlin は幅広い 3D プリンターハードウェアにインストール可能です。Marlin は依然としてコンシューマーグレード 3D プリンターの事実上のファームウェア標準です。8 ビット Atmel AVR または 32 ビット ARM コントローラーにインストール可能です。

Marlin ファームウェアの利点

Marlin ファームウェアを使用することにはいくつかの利点があります：

1. カスタマイズ性： Marlin には豊富なアドオンと設定オプションで優れたカスタマイズオプションがあります。
2. コミュニティサポート： Marlin には大規模で活発なコミュニティがあり、ユーザーにサポートを提供できます。
3. シンプルなセットアップ： Marlin はインストールと設定が比較的簡単。初心者を助ける多数のガイドとチュートリアルが利用可能。
4. 信頼性： Marlin は 2011 年から存在し、信じられないほど安定、信頼性が高く、一貫しています。

Marlin ファームウェアの欠点

Marlin ファームウェアにはいくつかの欠点があります：

1. 処理速度： Marlin はプリンターのメインコントローラーボードで処理を扱うため処理速度が限定的。これによりサポート可能な速度と、より多くの処理能力を必要とする特定機能が制限されます。
2. 面倒な更新プロセス： プリンターのファームウェアや設定の更新にはコントローラーボードの再フラッシュが必要で、時間がかかり面倒なプロセスになる可能性があります。

Marlin ファームウェアは 3D プリントに適しているか？

はい、Marlin ファームウェアは 3D プリントに適しています。Marlin は 2011 年に最初に開発され、以来、大規模なユーザーベースを持つ推奨 3D プリントファームウェアプログラムとなりました。Marlin ベースの 3D プリンターには幅広い種類があります。ファームウェアはオープンソースで、定期的なアップデートと新機能で現在も活発に開発されています。

まとめ

この記事では Klipper と Marlin の 3D プリンターソフトウェアを紹介し、それぞれを説明し、それらの比較について議論しました。3D プリントソフトウェアについてさらに知りたい場合は、Xometry 担当者までお問い合わせください。

Xometry は、試作と生産のあらゆるニーズに対応する 3D プリントを含む幅広い製造能力と付加価値サービスを提供しています。詳細や無料・無義務のお見積もりについては、ウェブサイトをご覧ください。

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