自動調平的迷思 從Repetier G32/G33看平台自動校正
自動調平是個很常聽到的功能
很多人會以為 這是一個萬靈丹
當遇到平台手動調不好，那就交給自動吧!
這其實是個錯誤的觀念。
真相是
你手動調不平，自動調平一定不會平
很多新手在剛入門時最常碰到的第一關 - 平台調平
平台調平不好 = 剛開始印就失敗 = GG
有些機器會自帶所謂自動調平的功能
但這功能很多都不可靠，尤其是一些低價機種
以常見20cmx20cm的列印範圍來說，手動調平絕對比自動調平可靠
列印第一層失敗有很多種原因
當想使用自動調平前
最好先了解自動調平到底在做些甚麼，能解決甚麼問題
而不是遇到問題就想用自動調平解決
這篇文章主題是說明Repetier韌體中的兩個跟平台校正有關的指令 G32/G33
為什麼用Repetier當作說明對像呢
因為我認為Repetier的自動調平比Marlin的更簡單好設定並且更強大
Marlin的G29 ABL跟Repetier的G32的計算方法是一樣的
這裡要先說明一個觀念
自動調平的"平"
是"調水平"，不是"調平整"
自動調平有兩項任務
1.校正平台傾斜度
2.計算最佳的Z-Height
自動調平可以處理Z軸平台傾斜的問題
如下圖所示
假設你的平台有所傾斜，理論上自動調平探測到傾斜之後
會進行一個校正，讓列印模型轉向
這就是所謂"調水平"的意思
Repetier 的G32軟體校正有三種模式(硬體校正此處不談)
1.三點調平
2.多點調平
3.2+2點調平
其中1 , 3的方法是
當你的平台平整度非常理想
只需要測量最少的點就能夠計算出平台的傾斜度
就可以選一種使用
當你的平台平整度比較差
只量三四個點誤差過大
就要使用多點調平
進行比較多點的測量來求取平均值
自動調平理論上點越多越能接近理想值，但過多的測點並沒有太大意義
自動調平究竟是怎麼計算的呢?
自動調平的計算其實是一種空間座標的計算
空間A是理論座標，也就是你的G Code所描述的座標
空間B是實際座標，也就是你的噴嘴實際上應該移動到的位置
兩者是透過一個矩陣M做計算
矩陣M是一個4x4矩陣，可以對座標做移動/旋轉/縮放的轉換
A空間的座標乘以這個矩陣就可以得到B空間的座標
這是一個在電腦圖學上常用的計算方法
不管你用多少點去調平，都只是用來求取這個矩陣的方法而已
所有測試方法所導向的公式都一樣，只差在測點數量而已
由計算公式可以得知，因為只是座標轉換
自動調平對於平整度的幫助只有計算一個比較平均的Z Height
讓你在印第一層時受到的影響降低
當你的平台是因為高低起伏落差太大的平整度問題而導致的列印失敗自動調平是沒辦法幫助你解決問題的
這跟Marlin的Mesh Bed Leveling是類似的東西
官方說明是說
當你窮盡一切方法後再來使用這個功能吧
這是一個強迫進行Z軸補正的方法
用來處理"平整度"的問題
這個方法的測量跟自動調平很類似
一樣是在平台上做多點取樣
紀錄每個點所測量到的Z誤差
根據所設定的點劃出區域
在不同區域中各自對Z進行不一樣的補正
其中有兩個參數 FC和RZ
FC的意思是在這個Z Height以下會進行完全補正，平台起伏多大你的噴嘴就跟著起伏
RZ的意思是補正歸零的Z Height , 當你的Z > RZ時，所有補正都會歸零，就是沒補正的意思
當你的Z在FC到RZ之間，補正的數字會根據你的Z高度做漸變
就是說這邊補正歸零是會隨著層高慢慢減少，直到0為止
如果你的平台起伏越大，就需要加大RZ，防止漸變過於快速導致RZ以下的列印出現太過明顯的缺陷
舉例來說你的RZ到FC只有0.5mm
你的平台起伏超過0.1mm
你用層高0.25mm列印
這個層高平均一層需要補償0.05mm 也就是用0.25mm的擠出去印0.3mm或0.2mm的層高
以我個人經驗來說這對模型表面絕對會是一個非常明顯的缺陷
甚至會造成很嚴重的層接合問題
所以我個人對這項補正的理解是最好要配合Raft使用
RZ高度需低於Raft的總高度
這樣對模型本體就不會有任何影響
Raft使用加粗加高的擠料設定也可以大幅降低需要修正誤差所產生的影響
理論上，這對平整度問題是一個終極解法
不管平台如何起伏都能夠對應
但就我看來
強迫補正只是把問題掩蓋，並沒有解決問題
進行補正只是讓擠出料可以比較容易貼平在平台上
你的列印件仍然存在著變形，問題並沒有被解決
尤其是Delta的碗型失真
如果你要列印的是機構件需要組裝精度，這絕對會是個問題
自動調平是一個能夠用軟體修正機構誤差的機制
調平的量測與計算的大前提是，你的機構誤差在可控制範圍內
而且其中存在很多理想化的計算
例如假設你的XY是絕對垂直的 你的Z軸絕對垂直於運動方向
這並不是一個真正解決問題的方法
一台品質良好且仔細校調後的機器絕對是必要的
不好的機器 扭曲的框架只會得到非現實的數字
錯誤的測量只會得到錯誤的結果
就算測試數據正確
你的Z軸運動誤差過大
或者平台根本不是很穩定
那仍然沒甚麼卵用
一切問題的根本仍然是你的機器品質到甚麼程度
很多人會以為 這是一個萬靈丹
當遇到平台手動調不好，那就交給自動吧!
這其實是個錯誤的觀念。
真相是
你手動調不平，自動調平一定不會平
很多新手在剛入門時最常碰到的第一關 - 平台調平
平台調平不好 = 剛開始印就失敗 = GG
有些機器會自帶所謂自動調平的功能
但這功能很多都不可靠，尤其是一些低價機種
以常見20cmx20cm的列印範圍來說，手動調平絕對比自動調平可靠
列印第一層失敗有很多種原因
當想使用自動調平前
最好先了解自動調平到底在做些甚麼，能解決甚麼問題
而不是遇到問題就想用自動調平解決
這篇文章主題是說明Repetier韌體中的兩個跟平台校正有關的指令 G32/G33
為什麼用Repetier當作說明對像呢
因為我認為Repetier的自動調平比Marlin的更簡單好設定並且更強大
G32: Auto Bed Leveling
這個就是常說的自動調平Marlin的G29 ABL跟Repetier的G32的計算方法是一樣的
這裡要先說明一個觀念
自動調平的"平"
是"調水平"，不是"調平整"
自動調平有兩項任務
1.校正平台傾斜度
2.計算最佳的Z-Height
自動調平可以處理Z軸平台傾斜的問題
如下圖所示
假設你的平台有所傾斜，理論上自動調平探測到傾斜之後
會進行一個校正，讓列印模型轉向
這就是所謂"調水平"的意思
Repetier 的G32軟體校正有三種模式(硬體校正此處不談)
1.三點調平
2.多點調平
3.2+2點調平
其中1 , 3的方法是
當你的平台平整度非常理想
只需要測量最少的點就能夠計算出平台的傾斜度
就可以選一種使用
當你的平台平整度比較差
只量三四個點誤差過大
就要使用多點調平
進行比較多點的測量來求取平均值
自動調平理論上點越多越能接近理想值，但過多的測點並沒有太大意義
自動調平究竟是怎麼計算的呢?
自動調平的計算其實是一種空間座標的計算
空間A是理論座標，也就是你的G Code所描述的座標
空間B是實際座標，也就是你的噴嘴實際上應該移動到的位置
兩者是透過一個矩陣M做計算
矩陣M是一個4x4矩陣，可以對座標做移動/旋轉/縮放的轉換
A空間的座標乘以這個矩陣就可以得到B空間的座標
這是一個在電腦圖學上常用的計算方法
不管你用多少點去調平，都只是用來求取這個矩陣的方法而已
所有測試方法所導向的公式都一樣，只差在測點數量而已
由計算公式可以得知，因為只是座標轉換
自動調平對於平整度的幫助只有計算一個比較平均的Z Height
讓你在印第一層時受到的影響降低
當你的平台是因為高低起伏落差太大的平整度問題而導致的列印失敗自動調平是沒辦法幫助你解決問題的
G33: Z-Correction
Z軸校正，這裡我比較想把這個稱為Z軸強制校正這跟Marlin的Mesh Bed Leveling是類似的東西
官方說明是說
當你窮盡一切方法後再來使用這個功能吧
這是一個強迫進行Z軸補正的方法
用來處理"平整度"的問題
這個方法的測量跟自動調平很類似
一樣是在平台上做多點取樣
紀錄每個點所測量到的Z誤差
根據所設定的點劃出區域
在不同區域中各自對Z進行不一樣的補正
其中有兩個參數 FC和RZ
FC的意思是在這個Z Height以下會進行完全補正，平台起伏多大你的噴嘴就跟著起伏
RZ的意思是補正歸零的Z Height , 當你的Z > RZ時，所有補正都會歸零，就是沒補正的意思
當你的Z在FC到RZ之間，補正的數字會根據你的Z高度做漸變
就是說這邊補正歸零是會隨著層高慢慢減少，直到0為止
如果你的平台起伏越大，就需要加大RZ，防止漸變過於快速導致RZ以下的列印出現太過明顯的缺陷
舉例來說你的RZ到FC只有0.5mm
你的平台起伏超過0.1mm
你用層高0.25mm列印
這個層高平均一層需要補償0.05mm 也就是用0.25mm的擠出去印0.3mm或0.2mm的層高
以我個人經驗來說這對模型表面絕對會是一個非常明顯的缺陷
甚至會造成很嚴重的層接合問題
所以我個人對這項補正的理解是最好要配合Raft使用
RZ高度需低於Raft的總高度
這樣對模型本體就不會有任何影響
Raft使用加粗加高的擠料設定也可以大幅降低需要修正誤差所產生的影響
理論上，這對平整度問題是一個終極解法
不管平台如何起伏都能夠對應
但就我看來
強迫補正只是把問題掩蓋，並沒有解決問題
進行補正只是讓擠出料可以比較容易貼平在平台上
你的列印件仍然存在著變形，問題並沒有被解決
尤其是Delta的碗型失真
如果你要列印的是機構件需要組裝精度，這絕對會是個問題
一點小結論
自動調平是一個能夠用軟體修正機構誤差的機制
調平的量測與計算的大前提是，你的機構誤差在可控制範圍內
而且其中存在很多理想化的計算
例如假設你的XY是絕對垂直的 你的Z軸絕對垂直於運動方向
這並不是一個真正解決問題的方法
一台品質良好且仔細校調後的機器絕對是必要的
不好的機器 扭曲的框架只會得到非現實的數字
錯誤的測量只會得到錯誤的結果
就算測試數據正確
你的Z軸運動誤差過大
或者平台根本不是很穩定
那仍然沒甚麼卵用
一切問題的根本仍然是你的機器品質到甚麼程度
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