Pour le fun, tout simplement 😉

CR-10 S4 – Optimisation

L'imprimante CR-10 S4

L’imprimante 3D CrĂ©ality CR-10 S4 est un modĂšle de type “cartĂ©sien” avec un volume d’impression de 400 x 400 x 400 mm. C’est une Ă©volution de la CR-10 qui est Ă©quipĂ©e d’un Ă©cran LCD “Full graphic” 128 x 64 points.

Elles est livrĂ©e prĂ© montĂ©e et s’assemble en quelques minutes, et donc prĂȘte pour son premier print! Aucune soudure n’est nĂ©cessaire. Les filaments utilisables sont les suivants :

  • PLA,
  • Bois,
  • PETG,
  • ABS (AprĂšs upgrade du Bed et en caisson fermĂ©),
  • TPU,

Présentation

L'imprimante CR-10 S4
  • Volume d’impression : 400*400*400mm
  • PrĂ©cision d’impression : ±0.1mm
  • Ø de buse : Standard 0.4mm (PossibiltĂ© autres Ø)
  • Vitesse d’impression : De 80 Ă  200 mm/s
  • Ø du filament : 1.75 mm.
  • MĂ©thodes d’impression : Via le PC (USB) ou direct par carte ”SD
  • Structure: ProfilĂ© aluminium de type “V Slot” (Linear Bearing System)
  • Capteur de filament
  • Double vis trapĂ©zoĂŻdale motorisĂ©es sur Z.
  • Extrudeur MK10
  • SystĂšme embarquĂ© Marlin 1.1.0 de 2015, en Anglais

Le cÎté positif

  • Gros volume d’impression (Il existe aussi la S5 en 500 x 500 x 500 mm).
  • La facilitĂ© d’assemblage de la machine.

Le cÎté négatif

  • La planĂ©itĂ© du plateau d’impression.
  • Le systĂšme de chauffage du plateau d’impression.
  • Le bruit des ventilateurs (Pas trĂšs grave, mais gĂȘnant Ă  la longue…).
  • Le firmware Marlin limitĂ© et en version 1.1.0.

 

Les mises à jour réalisées

Plateau d’impression

Non content de ne pas ĂȘtre “plan”, la tempĂ©rature ne dĂ©passe pas 70°C et pour cela il faut plus de 25mn!!

Planéïté

Pour la planĂ©itĂ©, on peut toujours tenter de remettre le support de plateau droit (Il est gĂ©nĂ©ralement plus creux sur le centre du plateau…), mais c’est peine perdue ou bidouilles continuelles…

Ma solution est trĂšs simple : Remplacer la plaque de verre d’origine par un modĂšle “SĂ©curit” de 6 mm d’Ă©paisseur. Ainsi, le plateau alu reste “tordu”, mais la surface de print est totalement plane 😉 Ce nouveau lit de verre est fixĂ© au plateau par trois pinces de “bureau”, deux devant et une derriĂšre au centre du plateau.

Lit chauffant

Le lit 12V livrĂ© est vraiment trop juste pour Ă©lever la tempĂ©rature du bed de maniĂšre satisfaisante. LimitĂ©e Ă  70°C environ, pas question de tenter une impression ABS par exemple. Sans compter que mĂȘme pour atteindre 70°C il faut compter entre 20 et 30 mn !!

On démonte donc le systÚme entier du lit chauffant et :

  • Dessoudage des fils reliant le bed au boitier de contrĂŽle.
  • DĂ©collage de la plaque de mousse isolante et grattage, puis nettoyage Ă  l’acĂ©tone. Un petit coup de ponçage fin et une dernier coup d’acĂ©tone 🙂
  • Mise en place par simple collage du lit chauffant en silicone 240V. Vue de dessus, les fils sortiront dorĂ©navant au centre gauche du plateau.
  • Perçage du support de plateau en aluminium pour y fixer les cĂąbles du bed Ă  l’aide de deux colliers nylon.
Lit chauffant d'origine nettoyé, CR-10 S4
L’ancien bed nettoyĂ©.
Lit chauffant équipé d'un pad silicone de 1000W 240V, CR-10 S4
Le nouveau bed collĂ© sur l’ancien.

Le schéma de cùblage 240 V :

RĂ©glages plateau

Pour ma part, pas de BLTouch ou autres Touch-MI, utilisation tout simplement de papier 80gr/mmÂČ pour imprimante classique.

  • Le plateau, avec son verre de 6 mm se trouve maintenant plus haut que celui d’origine… Il faut donc pouvoir dĂ©clencher le fin de course de l’axe Z plus “tĂŽt”. Ceci a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ© avec une petite butĂ©e imprimĂ©e en PLA et rĂ©glable en hauteur, fixĂ©e par la vis de la roulette infĂ©rieure gauche de l’axe Z (Vis plus longue nĂ©cessaire).
  • Le systĂšme de ressorts “jaune” est de bonne qualitĂ©, mais pour moi cela reste un systĂšme “bancal”, surtout avec quatre points d’appuis alors que la logique voudrait un systĂšme Ă  3 points. cela dit, on ne va pas tout refaire 😉 J’ai en commande, 4 entretoise silicone qui vont remplacer les ressorts. Cela Ă©vitera le “ghosting” et autres dĂ©convenues, lorsque par exemple les ressorts ne sont pas assez compressĂ©s…
  • Les molettes de rĂ©glage d’origine sont petites et peux pratiques, je les ai donc remplacĂ© par de plus large imprimĂ©es en PTEG. Afin que les 4 vis Ă  tĂȘte fraisĂ©e du plateau ne se desserrent pas lors du rĂ©glage, une rondelle et un Ă©crou les maintiennent fermement sur le plateau aluminium.

Nouvelle butée de l'axe Z

 

Axes Z

lorsque nous avons deux entrainement sĂ©parĂ©s pour l’axe Z, comme c’est le cas sur tous les modĂšles “cartĂ©siens”, la barre de l’axe X Ă  tendance Ă  se mettre en “crabe”… Sur la CR-10 S4, chacune des deux vis Z sont motorisĂ©es et cela rĂ©duit cette mise en “crabe”, toutefois c’est loin d’ĂȘtre parfait. De ce fait on doit constamment vĂ©rifier la hauteur de la barre de l’axe X, par rapport au plateau Ă  l’aide d’une jauge de profondeur, puis faire les rĂ©glages adĂ©quats.

Pour Ă©viter cela, j’ai crĂ©Ă© un systĂšme de synchronisation des deux vis de l’axe Z. Les manipulations :

  • Desserrer les accouplements moteur, remonter lĂ©gĂšrement les deux vis trapĂ©zoĂŻdales et resserrer les accouplements.
  • DĂ©monter et remplacer, par des modĂšles imprimĂ©s, les deux systĂšme de centrage en haut des axes Z, puis fixer les poulies.
  • Mettre en place le systĂšme de synchronisation sur la barre haute en profilĂ© aluminium 20 x 20 de l’imprimante.
  • ProcĂ©der au rĂ©glage du plateau et de la barre des X comme dit plus haut
  • Poser la courroie de type GT2 et la tendre lĂ©gĂšrement.

DorĂ©navant, la barre devrait rester Ă  la bonne position des deux cĂŽtĂ©s de l’imprimante 😉

Tube extrudeur/hotend

Dans mon cas, le tube livrĂ© Ă©tait trop long et pendouillait au risque de frotter le plateau ou le print en cours… De plus aprĂšs quelques impressions, ce dernier Ă©tait dĂ©jĂ  usĂ© du cĂŽtĂ© de la tĂȘte d’impression et impossible Ă  sortir sans dĂ©montage 🙁

J’ai donc fait l’acquisition d’un tube avec un embout aimantĂ© cotĂ© tĂȘte et un raccord fixe cĂŽtĂ© extrudeur. Du cĂŽtĂ© extrudeur, j’ai coupĂ© le tube et utilisĂ© le raccord d’origine car j’avais commandĂ© un tube encore trop long… Voici les Ă©tapes de montage :

  • Desserrer les embouts sur la tĂȘte et sur l’extrudeur, puis sortir le tube.
  • Oter le raccord cĂŽtĂ© tĂȘte, et resserrer cĂŽtĂ© extrudeur.
  • DĂ©monter les deux vis maintenant du hotend. Si vous avez un doute sur la propretĂ© Ă  l’intĂ©rieur de ce dernier, dĂ©monter tout et nettoyer.
  • Remonter le hotend mais en passant les rondelles entre le chariot et le hotend. Cela permet de “dĂ©gager” l’embout aimantĂ©).
  • Serrer l’Ă©crou moletĂ© livrĂ© avec le kit sur le hotend, insĂ©rer A FOND un petit bout de tube dans ce dernier, et le couper bien Ă  ras et droit.
  • Poser la partie aimantĂ©e et couper le tube Ă  la bonne longueur puis le raccorder Ă  l’extrudeur.
  • DĂ©gager la partie aimantĂ©e (Plus simple en la glissant), puis engager cĂŽtĂ© extrudeur du filament. une fois le filament dĂ©bouchant, engagĂ© le dans la hotend, puis poser l’aimant du tube. Le filament doit coulisser librement.

Nouveau montage du tube Bowden

A mon humble avis, il n’est absolument pas nĂ©cessaire de faire une usine Ă  gaz de cette tĂȘte pas si mal conçue d’origine :), la seule modification faite est la suivante :

Remplacement du ventilateur permanent qui est bruyant par un “low noise”, et rĂ©glage de ce dernier Ă  90% ce qui rĂ©duit encore le bruit. Cela devient alors quasi inaudible !

 

Electronique

L’Ă©lectronique d’origine est bien, mise Ă  part les ventilateurs bruyants…

Du fait du passage en 240V du bed, l’alimentation est surdimensionnĂ©e. J’ai pris l’option de la supprimer du boitier et d’en poser une “ultra mince” 12V / 25A sur le cadre de l’imprimante sous le plateau.

J’ai donc remplacĂ© les deux ventilateurs du plateau par des “low noise”, mĂȘme si le grand du devant ne sert plus Ă  grand chose du fait de la disparition de l’alimentation d’origine.

Les modifications réalisées dans le boitier de commande :

  • Remplacement des deux ventilateurs.
  • Suppression de l’alimentation d’origine.
  • Suppression de la prise 240 V + fusible et de l’interrupteur. Orifice cachĂ©s par des piĂšces imprimĂ©es 3D.
  • Suppression du module thyristor d’alimentation de l’ancien bed.
  • Suppression du cĂąblage 240 V et du 12 V de puissance vers l’ancien bed.
  • Adjonction de deux “smoothers” sur les drivers des axes X & Y. Cela permettant de lisser le fonctionnement sans pour autant passer par le remplacement des drivers par des TMC 2130 ou autres…
  • Modification et rĂ©fection en profondeur de l’ensemble du cĂąblage.

Ventilateur “extraction”

Vue d’ensemble

Ventilateur “soufflerie”

Les “Smoother”

Au niveau mécanique, quelques points ont été revu :

  • Adjonction d’un support de carte ”SD en façade grĂące Ă  l’utilisation d’une piĂšce imprimĂ©e.
  • Trou du sĂ©lecteur 110/220  obturĂ© avec un bouchon imprimĂ©.
  • Pose de 4 pieds caoutchouc sous le boitier, les bossages mĂ©talliques d’origine n’Ă©tant pas du tout satisfaisant.

Par ailleurs, l’interrupteur Ă  Ă©tĂ© placĂ© dans un boitier imprimĂ© Ă  droite devant sur le cadre de l’imprimante. La prise 240 V + fusible, quand Ă  elle se retrouve dans un boitier imprimĂ© sur la cadre Ă  l’arriĂšre droit de la machine.

Du fait du passage en lit chauffant 240 V, un relais SSR a Ă©tĂ© installĂ© dans un boitier imprimĂ©, posĂ© sur le cadre de la machine Ă  l’arriĂšre et Ă  gauche.

Pour finir, la terre est reliée à :

  • La carcasse du boitier Ă©lectronique et au GND gĂ©nĂ©ral.
  • Les boĂźtiers de l’alimentation ultra mince et du relais SSR.
  • Le cadre aluminium de la CR-10.
  • Tout l’Ă©quipement mobile du plateau d’impression.

Schéma équipotentiel + photos

Firmware

Le firmware d’origine est en Anglais et la version obsolĂšte… Cela Ă  donc Ă©tĂ© changĂ© par un Marlin 1.1.9 en Français, avec les options suivantes configurĂ©es. Merci Ă  RenĂ© LATRAVERSE de Drummondville (Canada) :

  • RĂ©glages spĂ©cifiques Ă  la CR-10 S4.
  • Passage en langue Française UTF-8 (Prise en compte des accents et caractĂšres spĂ©ciaux).
  • DĂ©tecteur de filament, pour la reprise de l’impression en cas de rupture ou manque de ce dernier.
  • Activation du PWM pour la chauffe du plateau via son relais SSR.
  • Activation des PID pour la tempĂ©rature du bed et la cartouche chauffante de l’extrudeur.
  • La prĂ©vention d’extrusion Ă  froid.
  • Correction des accĂ©lĂ©rations et du jerk, par defaut.
  • Correction des tempĂ©ratures, par defaut.
  • Activation des paramĂštres d’EEPROM.
  • Mise en oeuvre de l’avance linĂ©aire.

Attention, il est impĂ©ratif d’adapter :  “configuration.h” & “configuration_adv.h” Ă  votre machine !!

Le fichier “configuration_adv.h

Ligne

Fonction

Action

772#define LIN_ADVANCEDĂ©commenter pour activer
774#define LIN_ADVANCE_K Voir le chapitre "réglages"
970#define ADVANCED_PAUSE_FEATUREDécommenter pour paramÚtres détecteur filament

Le fichier “configuration.h”

Ligne

Fonction

Action

77#define STRING_CONFIG_H_AUTHORAuteur de la configuration
136#define CUSTOM_MACHINE_NAMENom de la machine
380#define DEFAULT_KpVoir le chapitre "réglages"
381#define DEFAULT_KiVoir le chapitre "réglages"
382#define DEFAULT_KdVoir le chapitre "réglages"
413#define PIDTEMPBEDDĂ©commenter pour activer
428#define DEFAULT_bedKpVoir le chapitre "réglages"
429#define DEFAULT_bedKiVoir le chapitre "réglages"
430#define DEFAULT_bedKdVoir le chapitre "réglages"
458#define PREVENT_COLD_EXTRUSIONDĂ©commenter pour activer
610#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNITVoir le chapitre "réglages"
617#define DEFAULT_MAX_FEEDRATEVoir le chapitre "réglages"
625#define DEFAULT_MAX_ACCELERATIONVoir le chapitre "réglages"
647#define DEFAULT_XJERKVoir le chapitre "réglages"
648#define DEFAULT_YJERKVoir le chapitre "réglages"
929#define FILAMENT_RUNOUT_SENSORDécommenter pour activer le détecteur filament
1226#define EEPROM_SETTINGSDĂ©commenter pour activer la commande M500
1227//#define DISABLE_M503 Commenter pour activer la commande M503
1377#define PRINTCOUNTERDĂ©commenter pour stats avec la commande M78
1396#define LCD_LANGUAGE fr_utf8Activer ce langage (Accepte les accents)

 

Calibrage et réglages de la machine

Calibrage des axes :

Extruder

Afin de calibrer l’extruder, nous allons extruder une certaine longueur de filament et mesurer la valeur rĂ©ellement extrudĂ©e. Nous rĂ©pĂ©terons l’opĂ©ration trois fois, afin de vĂ©rifier qu’aucun “glissement” n’existe. Si c’Ă©tait le cas, il conviendra de nettoyer minutieusement l’extruder et peut ĂȘtre le Hotend.

  1. Chauffer la buse à 210° C,
  2. Faire une marque au marqueur permanent Ă  exactement 110 mm de l’entrĂ©e de l’extrudeur,
  3. Dans une interface de commande (Pronterface par exemple), lancer une extrusion de 100 mm.

On fait le calcul suivant : (Pas-93 par défaut * valeur voulue-100 mm)/valeur mesurée

Dans le menu de l’imprimante, on fait :

  • “ContrĂŽler – Mouvements – Pas/mm – E Pas/mm”
  • Remplacer la valeur par le rĂ©sultat de l’opĂ©ration ci-dessus.
  • “ContrĂŽler – Sauver config”

L’extrudeur est calibrĂ© 😉

X, Y & Z

Pour calibrer les 3 axes X, Y & Z, nous allons imprimer un petit parallĂ©lĂ©pipĂšde qui nous servira d’Ă©talon.

On rĂšgle tout d’abord, mĂ©ticuleusement, le plateau puis on imprime le petit parallĂ©lĂ©pipĂšde (Lien plus bas). Puis on mesure chaque cĂŽtĂ© au pied Ă  coulisse. pour exemple, voici les valeurs trouvĂ©e Ă  l’origine sur ma machine :

  • X : 20.1mm => (80 * 20)/20.1 = 105.555 arrondi Ă  : 79.60
  • Y : 20.1mm => (80 * 20)/20.1 = 105.555 arrondi Ă  : 79.60
  • Z : 10.1mm => (400 * 10)/10.1 = 396.036 arrondi Ă  : 396.04

On refait, de la mĂȘme maniĂšre que pour l’extrudeur, les manipulations sur le LCD de la machine pour les 3 axes.

Dans le fichier configuration.h (Vers la ligne 605), on peut (Pour plus tard) sauver les valeurs :

  • #define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT { 79.6, 79.6, 396.04, 105.56 }  –  Ce sont ici les valeurs de ma machine, pas les vĂŽtres …

PID (Proportionnel, IntĂ©gral, DĂ©rivĂ©) 

Un passage trùs important pour de belles impression 🙂

Sous ce titre barbare se trouve les paramĂštres de “lissage” des courbes de tempĂ©rature du Bed et de la cartouche chauffante. AprĂšs avoir fait les opĂ©rations ci-dessous, les variations de tempĂ©rature seront moindre et la tempĂ©rature donc plus stable.

Bed

Dans une interface de commande du genre “Pronterface”, nous entrons la commande suivante. Cela consiste Ă  rĂ©pĂ©ter 8 fois un test de stabilisation. A la fin de ce test, qui dure quelques minutes, les rĂ©sultats seront affichĂ©s :

M303 E-1 S60 C8

On entre les rĂ©sultats dans l’EEPROM grĂące Ă  la commande suivante (Attention ici ce sont les miennes…) :

M304 P239.15 I36.49 D391.85

Puis on enregistre le contenu (M500) et on vérifie (M503) :

M500
M503

Extruder

Comme pour le bed, ans une interface de commande du genre “Pronterface”, nous entrons la commande suivante. Cela consiste Ă  rĂ©pĂ©ter 8 fois un test de stabilisation. A la fin de ce test, qui dure quelques minutes, les rĂ©sultats seront affichĂ©s :

M303 E0 S210 C8

On entre les rĂ©sultats dans l’EEPROM grĂące Ă  la commande suivante (Attention ici ce sont les miennes…) :

M301 P28.36 I2.55 D78.92

Puis on enregistre le contenu (M500) et on vérifie (M503) :

M500
M503

On peut maintenant entrer, pour plus tard les valeurs dans le fichier “configuration.h”

Dans le fichier configuration.h (Vers la ligne 380) :

  • #define DEFAULT_Kp 27.90
  • #define DEFAULT_Ki 2.47
  • #define DEFAULT_Kd 78.84

Dans le fichier configuration.h (Vers la ligne 428) :

  • #define DEFAULT_bedKp 239.15
  • #define DEFAULT_bedKi 36.49
  • #define DEFAULT_bedKd 391.85

Avance linéaire

L’avance linĂ©aire est efficace sur Marlin, depuis la version 1.1.9. Ca tombe bien, on y est 😉

Le mouvement du filament lorsqu’il entre dans la buse n’est plus “linĂ©aire”… En effet, il est plus gros que la buse et donc s’oppose une force Ă  son passage. C’est ici qu’intervient le paramĂštre d’avance linĂ©aire pour optimiser cela. C’est le coefficient “K-Factor” issu des tests que nous allons faire maintenant est reprĂ©sentatif de l’avance linĂ©aire.

Voici la méthode :

  • soit on va sur la page Marlin K-Factor pour gĂ©nĂ©rer le Gcode nĂ©cessaire, soit on utilise le mien dĂ©jĂ  prĂȘt Ă  l’emploi 🙂 ,
  • On s’assure de bien avoir paramĂ©trer les PIDs (Voir ci-dessus),
  • On s’assure de la propretĂ© de la buse et de l’extruder,
  • On rĂšgle minutieusement le Bed.
  • On lance le Gcode.

On lance le Gcode sur l’imprimante. Ce dernier va imprimer des lignes parallĂšles Ă  des vitesse variables, ces lignes sont numĂ©rotĂ©es.

On va choisir la plus belle et la plus réguliÚre : So numéro est votre Facteur K !

puis dans une interface de commande, genre “Pronterface”, on entre la commande suivante (Avec votre Factuer K, pas le mien…) :

Dans S3d, taper la commande : M900 K0.4, puis M500 et vérifier avec M503.

On entre les rĂ©sultats dans l’EEPROM grĂące Ă  la commande suivante (Attention ici ce sont les miennes…) :

M900 K0.4

Puis on enregistre le contenu (M500) et on vérifie (M503) :

M500
M503

On peut maintenant entrer, pour plus tard les valeurs dans le fichier “configuration.h”

Dans le fichier configuration_adv.h (Vers la ligne 774) :

  • #define LIN_ADVANCE_K 0.4

Jerk

Sur ce point lĂ , pas de “recette miracle”…

Par dĂ©faut mon “Jerk” des axes X & Y Ă©tait rĂ©glĂ©s Ă  20 et la machine donnait de sĂ©rieux a coups aux changements de direction… J’ai modifiĂ© la valeur en “12” et ça Ă  l’air de le faire. En bref, il faudra faire pas mal d’essais avant de trouver la valeur idĂ©ale… Pour le Z et le E on garde la valeur initiale.

Configuration du trancheur

Les paramĂštres choisis

Travaillant principalement sous S3d, je vous joins mon fichier de configuration “.fff” personnel, pour ma CR-10 S4. Attention les rĂ©glages ne seront pas optimum pour tout un chacun… Cela dĂ©pend en effet du filament utilisĂ© et aussi des habitudes de travail.

Le GCODE de début et de fin

Les paramĂštres de dĂ©but et de fin d’impression sont importants. Il permettent de faire un G28 (Homing), de rĂ©gler le prĂ© chauffage, le nettoyage de la buse, de tester l’extrusion… Puis de stopper les moteurs et le chauffage et d’avancer le plateau pour mieux pouvoir rĂ©cupĂ©rer le print…

Voici les miens :

// Script de début
G21
G90
M82
M106 S0
M140 S60
M190 S60
M104 S205
M109 S205
G28 X0 Y0
G28 Z0
G0 X0 Y15 F9000
G0 Z0.15
G92 E0
G1 X50 E10 F500
G92 E0
G1 E-1 F500
G1 X80 F4000
G1 Z10 F2000
G1 F9000
M117 Travail en cours...
// Script de fin
M104 S0
M140 S0
G91
G1 E-1 F300
G1 Z5 E-5 X-20 Y-20 F9000
G28 X0 Y0
G90
G1 Y385 F9000
M84
M117 Travail termine...

Les premiers tests

Les premiers tests rĂ©alisĂ©s Ă  la suite des upgrades et rĂ©glages ci-dessus, sont trĂšs concluant 🙂

Impression d’un “Benchy” (Le petit bateau qui sert de rĂ©fĂ©rence, un test de rĂ©fĂ©rence avec des ponts et autres, et un test de la surface de plateau crĂ©Ă© par mes soins :

Les photos des tests :

A faire ultérieurement

Par la suite viendront encore quelques modifications mineures :

  • Plaque ant-vibratoire entre la table et l’imprimante. Ca bouge sur une table un peu “frĂȘle”…
  • Un support de rouleau de filament, pour l’instant j’utilise celui de mon Anet A8 qui va bien 🙂
  • les entretoises silicones pour remplacer les ressorts de Bed (Voir au dĂ©but de l’article).
Attention ça print 😉

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