Le Prusa I3 MK3S et A Tale Of Two Sensors

Lorsque la Prusa i3 MK3 est sortie en 2017, elle a été commercialisée comme étant « sacrément intelligente » 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 à la MK2, mais plutôt à rendre la machine plus facile à utiliser et plus fiable. Il y avait un système pour reprendre les impressions qui s'étaient arrêtées pendant une panne de courant, un thermomètre pour que le micrologiciel puisse compenser la dérive thermique dans le capteur de lit inductif, la détection de RPM sur tous les ventilateurs de refroidissement et des pilotes pas à pas Trinamic avancés qui pouvaient détecter quand l'imprimante avait glissé ou s'était bloquée.

Mais la mise à niveau la plus excitante de toutes était le nouveau capteur de filament. En utilisant un encodeur optique similaire à ce que vous trouveriez dans une souris, le Prusa i3 MK3 pourrait détecter quand le filament a été inséré dans l'extrudeuse. Cela a permis au micrologiciel de suspendre l'impression si le filament était épuisé, une fonctionnalité qui était auparavant largement inconnue sur les imprimantes 3D de bureau grand public. Plus que cela, l'encodeur optique pouvait également détecter si le filament se déplaçait ou non dans 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 en fait aucun plastique. Mais le MK3 serait capable de voir que le filament avait calé et d'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 ratées.

Avance rapide jusqu'en février 2019 et l'annonce du Prusa i3 MK3S. Cette mise à jour relativement mineure de l'imprimante a rassemblé toutes les modifications incrémentielles qui avaient été apportées lors de la production de la 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 le maintien de la capacité de détecter les sabots et les enchevêtrements valait la peine de renoncer à 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 la façon dont même les solutions d'ingénierie les plus intelligentes ne fonctionnent pas toujours comme prévu dans le monde réel.

Bien sûr, Prusa Research n'a pas été le premier à essayer de résoudre le problème de la détection de filaments coincés. Les pirates avaient déjà concocté leurs propres solutions pendant des années au moment de la sortie du MK3, mais la plupart d'entre eux ont utilisé une approche plus directe. Le moyen le plus courant consistait simplement à 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.

Mais le problème avec cette idée est qu'elle exerce une traînée supplémentaire sur le filament, ce qui peut introduire des variations dans le taux d'extrusion qui ont finalement un impact sur la qualité d'impression. Les utilisateurs à la recherche d'une extrusion parfaite ont développé divers porte-bobines à faible traînée précisément pour cette raison. Ajouter de la traînée dans le système, même si cela permettrait la détection d'un filament bloqué, serait un non-démarrage 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 d'inspecter visuellement le filament à son entrée dans l'extrudeuse, bien que l'objectif soit généralement de compenser l'épaisseur variable du filament.

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

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

Pour être clair, le capteur de filament optique du Prusa i3 MK3 a fonctionné. Ils n'auraient pas expédié la machine si ce n'était pas le cas. Cela a même plutôt bien fonctionné… la plupart du temps. Mais il y avait quelques problèmes assez sérieux 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 sa suppression physique du capteur, de nombreux utilisateurs avaient simplement choisi de désactiver le capteur optique dans les paramètres du micrologiciel en raison de problèmes devenus tout simplement trop courants pour être ignorés.

Le premier problème, et le plus évident, était que le capteur avait parfois des difficultés à voir les filaments de couleur claire, et encore pire avec les filaments translucides. Cela seul n'était pas vraiment un gros 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 à la 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 pénétrer. 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 conseille aux utilisateurs de surveiller l'accumulation de poussière et de particules autour des engrenages de l'extrudeuse, mais elle ne mentionne pas la vérification du capteur. Bien qu'il ne soit pas très difficile de retirer le capteur et de le nettoyer sans déchirer l'ensemble de l'extrudeuse, ce n'est pas ce que tout le monde appellerait convivial. Ce n'est certainement pas le genre de chose que vous feriez sur un coup de tête, surtout s'il n'en est pas fait mention dans les directives d'entretien.

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 devenir des événements quotidiens. Vous remarquerez peut-être que l'insertion du filament dans l'extrudeuse ne déclencherait pas toujours la fonction de chargement automatique, ce qui vous obligerait 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 assez ennuyeux si vous étiez dans la même pièce avec lui, 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.

Modifier 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 introduisait un point faible dans ce qui était autrement un bourreau de travail. Il fallait que ça parte. Mais qu'est-ce qui le remplacerait ?

En fin de compte, Prusa Research a opté pour 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 de métal qui à son tour déplace un levier qui interrompt un faisceau de lumière. Lorsque le filament ne pousse plus sur la boule, la force de deux aimants opposés ramène le levier dans sa position d'origine.

En l'absence de ressorts ou d'interrupteur mécanique à gommer pour 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 se bouche ou si la bobine se coince, le filament se broiera à l'intérieur de l'extrudeuse et l'impression échouera. Mais cela ne signifie pas que Prusa a renoncé à résoudre le problème ; la société 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'étouffe avec.

Pour la plus grande communauté d'impression 3D, il est regrettable 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 matériel fonctionne sur votre banc d'essai qu'il va survivre aux réalités de l'utilisation quotidienne.