3D打印机自动调平浅析

对于FDM机型来说，开始打印的第一层能否均匀稳固的附着于工作台决定了整体打印的成功与否，一般打印第一层的层厚为0.35mm，打印头过低会导致挤出困难、第一层凹凸不平甚至喷头刮蹭工作台，过高会导致粘接不牢甚至凌空吐丝。此时，机器的调平就显得尤为重要。

现在市面上的3D打印机很多还是手动调平，比如畅销的Makerbot Replicator2、Makerbot Replicator2x。手动调平主要是调节工作台的高度，一般的打印机工作台底面或者边缘会有2到4个调节旋钮，调平时只需转动旋旋钮即可。有些已经配备了自动调平功能，比如Makerbot五代以及一些DELTA机型，例如Fprinter S2。自动调平一般是先探测打印头与工作台之间的距离，然后进行软件补偿。Makerbot五代的调平过程引入了人工辅助。先是自动探测平台高度，然后通过另外两点的人工辅助调节来调整平台的水平。DELTA机型的自动调平是通过探测工作平台上数个点的坐标来调整机器高度以及对平台的倾斜进行软件补偿，实现的方式大致分为以下几种：

接触式探测：

最常用的是用机械式微动开关作为调平工具，此时要求微动开关必须在喷嘴以下，这就要求打印时需将微动开关抬起或者取下。有以下几种方法

1、可以将微动开关装在舵机之上，调平开始后将微动开关放下，调平结束后将其收起。

2、也可以将其设计成可在特定位置弹出的结构，调平开始后打印头移动到特定位置，通过撞击工作台边上设置的立柱将微动开关“掰下”，结束后采用同样方法将其收起。在Marlin中这两个动作可以通过以下参数进行设置。

#define Z_PROBE_DEPLOY_START_LOCATION{20,96,30,0}

#define Z_PROBE_DEPLOY_END_LOCATION{5,96,30,0}

#define Z_PROBE_RETRACT_START_LOCATION{49,84,20,0}

#define Z_PROBE_RETRACT_END_LOCATION{49,84,1,0}

3、还有一种将调平结构和打印头通过磁性结构连接，调平之前将其吸附于打印头对应位置，调平结束将其取下。这种方式结构简单，设计精巧，Fprinter kit采用的就是这种结构。

4、另外一种接触式的探测方法采用的是压敏传感器，将压力片至于工作台下，打印头通过对工作台施压，来触发压敏传感器。以此获取平台上点的坐标。

5、还有一种是利用光电门，用一根长螺丝连接光电门，下面伸出，作为探针。

其中的光电门也可用机械式微动开关替代。

非接触式探测：

接近开关是一种非接触式传感器，采用接近开关作为调平传感器。接近开关的类型分为NPN、PNP型，以及电容式和电感式。根据类型的不同以及接线方式的不同需要在固件中进行触发类型的配置。这种方式可以将调平装置固定于打印头一侧，避免了调平装置的反复移动。不影响正常打印。Fprinter S2采用的就是这种调平装置。由于是非接触式测量，所以可以将这种调平装置安装于打印头之上，打印时不会影响打印过程，不用将其拆下。

调平开始后，打印头下降至平台，当打印头运动至平台时，主板接收到触发信号，进入下一个点的探测。反复几次，打印机依据采集到的这些点的数据对高度和水平进行调节。下图是打印机调平过程中反回的点阵数据：

以上调平方式基本都是依赖于硬件传感器，不管是微动开关也好或者是接近开关、光电门，都必须有用于探测的装置，不过下面要介绍的调平方式都是基于软件的调平，不依赖于任何传感器。

这种调平方式是通过程序让打印头下降一定距离，这个距离比打印的实际高度稍大一点，减小下降的末段电机的力矩，通过打印头与打印床“硬接触”，让程序走完，通过计算归位步数，来确定改点实际高度。目前，国内

的一家Delta打印机以及波兰M200打印机采用的就是这种“软调平”。