作为高性价比DIY机,Ender 3 V2速度是真的慢,一开始觉得没必要升级,其实打印头改造只要60元,早改早享受,速度翻倍就相当于有了2台。而且整个改造除了主板调压,不需要动主板其余任何部分,和双Z一起改就行了。

Ender 3已经是网上资料最多的打印机了,过程中还是遇到了很多没有资料的情况,下面是我的升级路线,可以按顺序改造。

1. 挤出

首选遇到的是挤出打滑,导致打一半刨料,打印失败。这个是单齿轮挤出机的问题,一般换23元的国产BMG克隆挤出机可以完美解决。这是最容易升级的,又不贵,而且大部分近程打印头都会用到这个BMG挤出机,横竖不亏。

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装完后E轴传动比要调为425.5,屏幕里面可以设置。

2. 填充溢出/大象脚/挤出过剩

然后是底层或顶层完整填充的时候,会有溢出的情况,一开始以为挤出过剩,打印花瓶方块做挤出调校时,发现右边那一面的线条宽度总是比其他的小。

这是因为Ender 3是单丝杆机器,只有左边有丝杆支撑,右边是悬垂的,所以在提升z轴时,右边到底提升多少高度看它心情,而且前几层必定提升过少,0.2的层高可能一开始每层只提升了0.1。松右边滚轮的螺丝可以缓解一丢丢。

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层高不准确严重影响质量,也影响遇到很多问题时的调试。如果想看到完美的层纹,必须进行升级。

1688花77元买了双z轴套装,说不需要拆主板,整个安装很方便。装完试打结果每次打印都需要调平,而且怎么调都调不平,打印过程中也有波浪纹。

双z修复1:修改电压

一是因为z轴2个步进电机并联了,导致步进电机电流不够。本来发烫的步进电机摸起来都是冷的,所以扭矩不够让丝杆打滑,层高还是不稳定。

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解决方法就是增加步进电机电流,但我发现无法通过软件改,无论是在固件里面还是M906命令。原因后面会说。

只能拆主板,用万用表调整主板上Z轴步进电机驱动的VrefV_{ref}电压,每个步进电机驱动旁有个调整的旋钮,用万用表边测量电压边调整(当心碰到其他地方短路)。

首先是公式,TMC系列的公式是:Imax2=325mVRSENSE+30mΩ12Vref2.5V\frac {I_{max}} {\sqrt 2}=\frac {325mV} {R_{SENSE}+30m\Omega} * \frac 1 {\sqrt 2} * \frac {V_{ref}} {2.5V}

我的主板上贴片电阻是R150,所以小学数学:
RSENSE=150mΩR_{SENSE}=150m\Omega
Imax2=325mV180mΩ12Vref2.5V\frac {I_{max}} {\sqrt 2} = \frac {325mV} {180m\Omega} * \frac 1 {\sqrt 2} * \frac {V_{ref}} {2.5V}
Imax2/(325mV180mΩ1212.5V)=Vref\frac {I_{max}} {\sqrt 2} / (\frac {325mV} {180m\Omega} * \frac 1 {\sqrt 2} * \frac 1 {2.5V} ) = V_{ref}
Imax2.5V325mV180mΩ=VrefI_{max} * \frac {2.5V} {\frac {325mV} {180m\Omega}} = V_{ref}
Vref1.3846153846153846ImaxV_{ref} \approx 1.3846153846153846 *I_{max}

Z轴驱动出厂VrefV_{ref}测量下来是1.18V,符合Ender 3 V2的XYZ轴电机Imax=0.84AI_{max}=0.84A规格。直接翻倍感觉太大,也超过了TMC2208的最大值1.4RMS,我就按0.58A(早期Ender3的电流)翻倍1.16A,因此VrefV_{ref}调整到1.6066V。

1.6V-1.65V范围可以安全解决此问题,但实际电流还是不足的,电机还是不热,我又尝试了改到2V到1.8V,结果电机都会随机关机,看来确实不能接近最大值。此外右电机更热一点,哪怕调1.7V打ABS温度高了右边还会跳步,总之折腾下来,开始理解那种单电机用传动带1拖2的方案了,至少我只用关心一个电机的精确问题。

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如果你要改电压,建议先别调整,高速也需要改电压。

双z修复2: 解决杆不直

毕竟是便宜货,杆会不直,或者安装尺寸有些许误差,导致z轴电机阻力太大。
首先我拆掉了顶部的丝杆支架,阻力小了很多。然后给丝杆增加了容差,比如用弹性联轴器之类的。

3. 高速改造

e3v2在尝试高速打印时,速度快了会发生挤出不均匀,所有挤出堆积在了拐角处,模型一塌糊涂,感觉像是远程挤出热端腔内累积的压力导致的,反正升级热端和近程后解决了。现有热端流量是12mm3/s12mm^3/s,0.4喷嘴0.2层高下只能最高133mm/s的速度。

按贡献度排序各改造重要性:>ETMC线>E3DV6>固件升级调参>E轴TMC飞线>E3DV6火山>近程

E轴TMC飞线可以大幅提高轮廓速度,本篇不涉及。

近程挤出改装

近程是否提升质量我没单独测试,因为和其他项目一起改了,但就算作用不大还是有必要的,因为绝对可以降低回抽,回抽多的模型可以大幅提升打印速度(月球灯提升22%)。

这个只要把之前买的BMG挤出机,和电机叠加到热端上方即可,需要自己用ABS+打印个支架。

我先选了HeroMe V6支架:HMG6 DD Base E3DV6-Revo Six-BMO - Bondtech BMG Reverse,因为考虑到这是少有的挤出电机是后置的支架,重心靠近中间。附带Ender 3 Series Gantry Clip,Ender 3V2 E3DV6-Revo Six-BMO Gantry Adapter,HMG6 E3D V6 collar,HMG6-tall-lightweight-5015零件也需要打印。

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这个支架有以下缺点:

  1. 整个打印头固定在一个适配器上,适配器再固定在底板,导致容易晃动,特别是我用PETG打印的情况下。
  2. 维护热端非常不方便,要全部拆光
  3. 因为1,风扇振动也会导致整个打印头震动
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所以我又尝试用ABS+打印了Petsfang支架:BMG.E3d.Volc.AIOBase.3.16.21,E3D.30mmCap.3.16.21,以及PLA打印了Blokhead_HI.Flow.II.5.26.21,End3v2.Backbrace.3.16.21,VOLC.BLT.X48_Y-2_Rt.3.16.21文件,打完后装上确实不晃了。

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打印支架需要准备一堆螺丝,HeroMe还要注塑螺母。我是按Voron2.4的sourcing guide表里的紧固件部分无脑全买,这样就不用选型了,基本上打印机改造需要的都在里面。花了200多,太贵,所以从成本里忽略它。

热端升级

国产E3D V6克隆2.6元(选远程的),E3D火山加热块7.5元,火山喷嘴1元(或用普通加热块+cht喷嘴10元),总价不超过12元,性价比之王。

火山25mm3/s25mm^3/s的流量直接翻倍,加热也充分,层粘更高,还能换0.6喷嘴,0.4喷嘴我都积灰了。不过火山腔内液体更多,回抽效果弱,容易滴漏和拉丝,需要保持高速。cht喷嘴可以不改加热块直接加30%流量。

全金属喉管打ABS再用,因为金属喉管温度高可融化PLA,回抽太高,或进料慢都会堵料。

我同时升级350度ntc100k测温头4元,为了提高温度打ABS;以及24V 50W加热筒10元,主要我发现全开风扇25流量时40W会温度跟不上停机。不过本文目标是2倍速,这速度加热筒可不用升级。

热端冷却风扇可以用原厂热端的4010风扇,风道用5015涡轮风扇10元,安装的话,我偷懒直接剪掉了原涡轮风扇电线,把新的风扇焊上去了。

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我是想找紧凑型热端支架,就是BMG和近程E3DV6合体那种,但Ender3 X轴架限制太多没法实现,换线性轨道才会有更多选择。可以40元买个国产线轨,不过不如直接组voron。

热端组合时可以加些耐400度的工业导热硅脂,涂在传感器、加热棒、喉管仅散热那面的螺纹部分。工业硅脂100克大概60元,太贵,所以从成本里忽略它。

热床温度提升

热床官方只支持90度,实际打ABS 80度就关机,这是因为现在主板风扇是跟随风道冷却风道启动的,但当打ABS时,风道一般是关闭,加上热床90度,你的主板就会booom,需要重新接线让风扇一直启用。

改完就可以上110度了,后面还有2个改主板的地方,可以一起改。

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挤出步进电机更换

需要换厚度23以下的42煎饼电机(13元),不然太重,用后置支架还会撞到型材。这里又需要调整电机电压,因为薄电机显然无法承受原来的电压,变得异常发烫。测量E驱动出厂VrefV_{ref}是1.38,我买的42-23电机额定电流是1A,换算RMSImaxI_{max}就是0.707A,所以我调整VrefV_{ref}到了0.98,摸起来温度正常了。

EVA配色失败|2x

测试过程中还发现挤出电机不工作抖一下就停了,以为是主板挂了,来回测试了半天发现E轴线接头的端子出厂没压好,没想到电机电线也能坏。

固件参数修改

各种焊接组装完成后,就是改马林固件的参数了,我选择直接改JyersUI的参数,方便。用vscode打开,安装platformio扩展就可以直接编译,不需要调整编译选项,编译完拷贝bin文件到sd卡,插入,开机,搞定。(有时候不知道为啥主板不更新,要文件名把firmware部分改掉才行。)

我用的是UBL-BLTouch-10x10配置文件,因为我装了3DTouch,配置文件复制到Marlin目录后修改Configuration.h:

#define HEATER_0_MAXTEMP 300 //热端可以做到了300度了,温度传感器也选了350度的
#define EXTRUDE_MINTEMP 160  //加上这条就可以打过期料了,成本从90/1kg迅速降到25😂
#define DEFAULT_MAX_FEEDRATE          { 500, 500, 10, 120 }  //提升速度
#define DEFAULT_MAX_ACCELERATION      { 1500, 1500, 200, 2000 }  //这是保守的加速度设置,换了加热筒后上3000没问题
#define NOZZLE_TO_PROBE_OFFSET {  44.5, 6.5, 0 }  //Petsfang支架的自动调平坐标
#define Y_BED_SIZE 228  //我机器的Y只能到228
#define Y_MIN_POS -13  //热端厚了大概13
#define Y_MAX_POS (Y_BED_SIZE + Y_MIN_POS)
#define Z_MAX_POS 230  //HeroMe支架填200

修改Configuration_adv.h:

  #define BLTOUCH_HS_MODE  //增加自动调平速度
  //#define STEALTHCHOP_XY  //取消这3个,特别是z轴,增加扭矩
  //#define STEALTHCHOP_Z
  //#define STEALTHCHOP_E

注意,线性(压力)提前Linear Advance开这个轮廓速度会快很多,解决棱角不够锐利的问题,但是Ender3 V2主板上的TMC驱动是StandAlone的,固件无法控制(这也导致我们调ImaxI_{max}要手动调),如果想启用线性提前,需要主板上手动飞一根线,把E轴的TMC接到PA13 PIN上,由于一头在一个很小的贴片电阻上,没这技术,放弃了,有技术的话可以试试。

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PID

新的固件有Autotune PID功能,刷完后记得去调整一下,目标温度设hotend 250,Bed 90,迭代次数设20。换了新热端如果不调整会遇到加热失败错误。

PrusaSlicer软件参数修改

其实就是改成Voron 2.4的默认速度 😙。

打印速度

轮廓100
小边界40
外部轮廓40,由于我没开压力提前,所以轮廓速度上不去
填充125
实心填充120
顶部实心填充40
支撑材料90
桥接40
间隙40
旅行300
最大打印速度300
最大体积速度25

上述设置是保守设置,也就是可以在这个速度下保证质量,也符合原厂热端流量,实际我都是开2倍速打。
如果打印丝绸材料,只能用原来的慢速,因为丝绸下高速重影问题会加倍显现。

耗材冷却

风扇速度:双风扇最大50%,单风扇视转速情况
冷却阈值:如果图层打印时间低于,设7

打印机设置

打印平台形状:大小 X:225,Y: 设215,因为Y_MIN_POS-13
最大打印高度:230
G代码风格:Marlin2

挤出机部分
回抽长度:近程设0.75,火山热端可能需要提高到2,自己看
提升Z: 0,不然垃圾料遇到火山那种饱满的加热,容易拉丝
回抽速度:50
减速速度:30
回抽最小行程:3
回抽时擦拭:Yes,70%,减少疙瘩

新热端加热完全,打印温度可能需要降低5-10,对各种材料重新打温度塔测试看看吧。

其他升级

我在高速打印时,遇到了重影问题。考虑到一是打印头变重了,二是热床本来就重,加减速带来的打印头/热床晃动造成重影。缓解的方法就是尽可能不让框架震动,装更软的阻尼垫,让整个机器振动,分散惯性力。整体摇晃不会影响打印效果,可框架震动就会了。在T站搜索squash ball(壁球要50元),或 damping feet(容易裂,不够弹),弄完后机器声音也轻了很多。但笛卡尔机也就这样了,CoreXY可以做的更轻。

还有之前我用的垃圾风扇,风扇震动也会导致显著的重影,打印头的5015选磁悬浮/液压来福是肯定要的,就是没啥正规途径买,不知真假,尝试淘宝买了一个MagLev,果然是假的。

自动调平(40元)对于PLA可以不要,但打ABS这种粘性不足需要精确调平的,没有就很麻烦。上述全套改完后,是可以不封箱打ABS的,这也是改造目的之一。方法是用0.6喷嘴,体积速度设36mm3/s3-6mm^3/s慢慢打,层高0.2,翘曲的原因之一是挤压的压力释放所致(类似用力挤硅胶出来是卷曲的),所以降速、增大口径。还不行只能切片软件里开环绕风挡了。

最后就是玻璃热床最好换成PEI(100元左右),因为玻璃重,和热床又只有夹子贴合,高速震动起来会带来微妙的偏移。还有换主板+上位机(500左右)+加速度计也可以改善不少。看到这你就会发现,Ender3再改下去就不值得了,上述额外的费用加Ender3V2的价格,都可以组1.5个Voron 0.1了。

试打效果

20元垃圾料效果|2x

现在打东西速度快了一倍多,0.6喷嘴还要再快一点,比如打月球灯就从54小时到了16小时,爽翻,而全套升级总价只有140元!(硅脂,紧固件,壁球,ABS+耗材,还有些零散试错成本,另外花费大概400元,这些东西不算😏)

总结

对于新手,如果有点动手能力,入门机就选直接组Voron0.1吧,不难的,价格和Ender3V2改造后差不了多少,Ender3真的老了。