Accueil Facktualité Le Prusa I3 MK3S et l’histoire de deux capteurs

Le Prusa I3 MK3S et l’histoire de deux capteurs

Lorsque la Prusa i3 MK3 est sortie en 2017, elle a été commercialisée comme étant «sanglante» grâce au nombre impressionnant de capteurs intégrés à l’imprimante. La mise à jour ne visait pas vraiment à améliorer la qualité d’impression par rapport au MK2, mais plutôt à rendre la machine plus facile à utiliser et plus fiable. Il y avait un système de reprise des impressions qui s’était arrêté lors d’une panne de courant, un thermomètre pour que le micrologiciel puisse compenser la dérive thermique dans le capteur de lit inductif, une détection de régime sur tous les ventilateurs de refroidissement et des pilotes avancés Trinamic qui pouvaient détecter quand le l’imprimante a glissé ou est restée bloquée.

Le capteur à filament optique du Prusa i3 MK3.

Mais la mise à niveau la plus excitante de toutes était le nouveau capteur à filament. En utilisant un encodeur optique similaire à ce que vous trouverez dans une souris, le Prusa i3 MK3 pouvait détecter quand le filament avait été inséré dans l’extrudeuse. Cela a permis au micrologiciel de suspendre l’impression si le filament était épuisé, une fonctionnalité qui, avant ce point, était largement inconnue sur les imprimantes 3D de bureau grand public. De plus, le codeur optique pouvait également détecter si le filament se déplaçait réellement ou non à travers l’extrudeuse.

En théorie, cela signifiait que le MK3 pouvait détecter des problèmes tels qu’une extrudeuse bloquée ou un enchevêtrement dans le chemin du filament qui empêchait la bobine de se dérouler. Toute autre imprimante 3D grand public sur le marché continuerait simplement joyeusement, sans se rendre compte qu’elle n’extrudait pas réellement de plastique. Mais le MK3 pourrait voir que le filament a calé et alerter l’utilisateur. Les capacités du capteur à filament optique représentaient une révolution mineure dans l’impression 3D de bureau et, combinées au reste de l’instrumentation du MK3, promettaient d’éradiquer le chagrin des impressions échouées.

Avance rapide jusqu’en février 2019 et annonce du Prusa i3 MK3S. Cette actualisation relativement mineure de l’imprimante a rassemblé toutes les modifications incrémentielles qui avaient été apportées lors de la production du MK3, et n’a pas vraiment ajouté de nouvelles fonctionnalités. Bien qu’il en ait supprimé un: le MK3S a supprimé le capteur d’encodeur optique utilisé dans le MK3, et avec lui la capacité de détecter le mouvement du filament. Les utilisateurs devraient décider si conserver la capacité de détecter les obstructions et les enchevêtrements valait la peine d’abandonner toutes les autres améliorations offertes par la mise à jour.

Mais pourquoi? Que s’est-il passé au cours de ces trois années qui ont poussé Prusa Research à abandonner ce qui promettait d’être une énorme amélioration de la convivialité de son produit phare? La réponse est un regard intéressant sur le fait que même les solutions d’ingénierie les plus intelligentes ne fonctionnent pas toujours comme prévu dans le monde réel.

Une approche pratique

Bien sûr, Prusa Research n’a pas été le premier à essayer de s’attaquer au problème de la détection de filament coincé. Les pirates avaient déjà concocté leurs propres solutions pendant des années au moment de la sortie du MK3, mais la plupart d’entre eux utilisaient une approche plus directe. Le moyen le plus courant était de simplement pousser une roue contre la bobine ou le filament lui-même, dont la rotation peut être facilement détectée par un encodeur rotatif ou un capteur à effet Hall.

Un capteur de filament à roulettes DIY.

Mais le problème avec cette idée est qu’elle met une traînée supplémentaire sur le filament, ce qui peut introduire des variations du taux d’extrusion qui ont finalement un impact sur la qualité d’impression. C’est précisément pour cette raison que les utilisateurs recherchant une extrusion parfaite ont développé divers porte-bobines à faible traînée. L’ajout de glissement dans le système, même si cela permettrait la détection du filament bloqué, ne serait pas une solution pour de nombreux utilisateurs.

La beauté du capteur optique était qu’il pouvait «voir» quand le filament se déplaçait sans le toucher. Encore une fois, Prusa Research n’a pas eu cette idée. Il y avait déjà eu des tentatives pour inspecter visuellement le filament lorsqu’il pénétrait dans l’extrudeuse, bien que le but soit généralement de compenser l’épaisseur variable du filament.

Qu’est-ce que Prusa Research fait a été de proposer un capteur matériel ouvert à faible coût qui combinait ces idées établies pour créer un capteur de vitesse à filament sans contact précis. De droit, vous vous attendez à ce que tous les fabricants d’imprimantes 3D de la planète aient créé leur propre variante de ce petit capteur et l’ont boulonné sur leurs machines d’entrée de gamme.

Ce qu’ils auraient certainement fait finalement, si le capteur avait réellement fonctionné comme prévu.

Aveuglé par la science

Pour être clair, le capteur à filament optique du Prusa i3 MK3 a fonctionné. Ils n’auraient pas expédié la machine si ce n’était pas le cas. Cela fonctionnait même plutôt bien… la plupart du temps. Mais il y avait quelques problèmes assez graves qui ne sont vraiment devenus apparents que lorsque les utilisateurs ont passé du temps de qualité avec la machine. Même avant la sortie du MK3S et son retrait physique du capteur, de nombreux utilisateurs avaient simplement choisi de désactiver le capteur optique dans les paramètres du micrologiciel en raison de problèmes qui devenaient tout simplement trop courants pour être ignorés.

Le premier et le plus évident problème était que le capteur avait des difficultés occasionnelles à voir les filaments de couleur claire, et encore pire avec les filaments translucides. Cela seul n’était pas vraiment un énorme problème pour de nombreux utilisateurs; une promenade rapide dans Thingiverse vous montrera que la plupart des propriétaires d’imprimantes 3D s’en tiennent au filament noir, bleu ou rouge pour commencer. Mais au fur et à mesure que les utilisateurs consacraient plus de temps au MK3 et commençaient à utiliser des couleurs moins courantes, il est devenu clair que tous les filaments n’étaient pas égaux aux yeux de l’imprimante.

Malheureusement, le deuxième problème a encore aggravé le problème. Bien qu’il y ait eu une tentative claire d’encastrer le capteur dans le corps de l’extrudeuse, la poussière a quand même réussi à trouver son chemin. Dans une certaine mesure, cela était inévitable, car les engrenages de l’extrudeuse génèrent invariablement des morceaux de poussière de plastique lorsqu’ils font leur travail. La procédure de maintenance officielle a conseillé aux utilisateurs de garder un œil sur l’accumulation de poussière et de particules autour des engrenages de l’extrudeuse, mais elle ne mentionne pas la vérification du capteur. Bien que retirer le capteur et le nettoyer sans déchirer toute l’extrudeuse ne soit pas très difficile, ce n’est pas ce que tout le monde qualifierait de convivial. Ce n’est certainement pas le genre de chose que vous feriez sur un coup de tête, surtout si cela n’est pas mentionné dans les directives de maintenance.

Capteur à filament optique du Prusa i3 MK3 de l’auteur. Notez l’accumulation de débris après deux ans.

Après un certain temps, cette couche de poussière commencerait à avoir un impact sur la capacité du capteur à voir le filament. Les problèmes que vous avez rencontrés occasionnellement ont commencé à se produire quotidiennement. Vous remarquerez peut-être que l’insertion du filament dans l’extrudeuse ne déclenchera pas toujours la fonction de chargement automatique, vous obligeant à l’engager manuellement. Dans le pire des cas, l’imprimante pourrait soudainement décider que le filament avait disparu et arrêter l’impression. C’était déjà assez ennuyeux si vous étiez dans la même pièce avec, mais si vous faisiez de longues impressions pendant la nuit ou pendant que vous étiez hors de la maison, cela pourrait être une énorme perte de temps.

Retour à la planche à dessin

La modification de la procédure de maintenance pour que les utilisateurs retirent et nettoient le capteur optique tous les quelques mois aurait pu améliorer la situation, mais franchement, cela aurait été au mieux une mesure provisoire. De toute évidence, le capteur n’était pas à la hauteur du défi. La précision n’était pas assez élevée, même dans des conditions idéales, et elle a introduit un point faible dans ce qui était autrement un bourreau de travail. Il fallait que ça disparaisse. Mais qu’est-ce qui le remplacerait?

Le nouveau capteur en action.

En fin de compte, Prusa Research est allé avec un compromis. Le capteur du MK3S est toujours optique, mais il ne regarde pas le filament cette fois. Lorsque le filament est inséré dans l’extrudeuse, il repousse une petite bille métallique qui à son tour déplace un levier qui interrompt un faisceau de lumière. Lorsque le filament ne pousse plus sur la bille, la force de deux aimants opposés ramène le levier à sa position d’origine.

Sans ressorts ni interrupteur mécanique pour se gommer et s’user, le nouveau capteur devrait durer beaucoup plus longtemps que la version d’origine. Dans le même temps, la pression exercée sur le filament lui-même est suffisamment légère et constante pour ne pas avoir d’impact sur la qualité d’impression.

L’inconvénient évident est que le capteur ne peut plus dire si le filament bouge, seulement qu’il est physiquement présent. Ainsi, si le hotend est obstrué ou si la bobine est bloquée, le filament broiera à l’intérieur de l’extrudeuse et l’impression échouera. Mais cela ne signifie pas que Prusa a renoncé à résoudre le problème; L’entreprise a depuis décidé que la meilleure façon de lutter contre les bourrages et les sabots était de produire son propre filament en interne avec des tolérances physiques plus élevées. La théorie est que si le matériau d’alimentation est correctement dimensionné et formulé, il n’y aura aucune raison pour que l’imprimante s’étrangle dessus.

Pour la grande communauté de l’impression 3D, il est dommage que le capteur de filament avancé de Prusa n’ait pas fonctionné. Bien que même en cas d’échec, cela constitue une importante leçon d’ingénierie. C’est un rappel que parfois les approches les plus simples sont vraiment les meilleures, et que ce n’est pas parce qu’un morceau de matériel fonctionne sur votre banc de test qu’il survivra aux réalités de l’utilisation quotidienne.

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