Klipper A-Z phần 1: Giới thiệu Klipper - Tại sao nên nâng cấp từ Marlin?

Danh sách bài viết:

1. Giới thiệu Klipper
2. Chuẩn bị phần cứng và cài đặt Klipper
3. Flash firmware và tạo file printer.cfg
4. Hiệu chỉnh cơ bản
5. Input Shaper và Pressure Advance
6. Tạo macro Klipper cơ bản
7. Khắc phục sự cố và bảo trì hệ thống

Klipper là gì?

Klipper là firmware máy in 3D mã nguồn mở được Kevin O'Connor phát triển từ năm 2016, với thiết kế hoàn toàn khác biệt so với các firmware truyền thống như Marlin.

Điểm khác biệt cốt lõi

Trong khi Marlin thực hiện tất cả xử lý trên board điều khiển 8-bit của máy in, Klipper sử dụng phương pháp phân tách: các tác vụ tính toán phức tạp được chuyển cho máy tính host mạnh mẽ hơn (như Raspberry Pi), còn board điều khiển chỉ thực hiện các lệnh chuyển động thời gian thực.

Lịch sử phát triển

Marlin ra đời năm 2011 và đã có hơn 69 phiên bản phát hành, trong khi Klipper bắt đầu từ 2016 và chỉ có hơn 12 phiên bản chính. Kevin O'Connor phát hành phiên bản đầu tiên vào ngày 5/6/2016. Klipper trở nên phổ biến nhờ dự án Voron - những máy in CoreXY được thiết kế cho tốc độ cao.

Kiến trúc của Marlin

Marlin thực hiện tất cả tác vụ xử lý trên board điều khiển 8-bit của máy in. Điều này bao gồm việc chuyển đổi G-code thành lệnh chuyển động và giao tiếp với động cơ stepper và extruder.

G-code → Board điều khiển 8-bit → Xử lý → Điều khiển motor
         ↑
    Tất cả trên chip hạn chế (32KB RAM)

Kiến trúc của Klipper

Klipper sử dụng phương pháp xử lý trong đó nó chia khối lượng công việc tính toán giữa nhiều bộ điều khiển. Các bộ điều khiển tiêu chuẩn được dành riêng cho giao tiếp với motor. Các board máy tính mạnh hơn được sử dụng để xử lý các hoạt động tính toán phức tạp xảy ra khi chuyển đổi G-code thành lệnh chuyển động.

G-code → Raspberry Pi → Tính toán phức tạp → Board điều khiển → Motor
         ↑                                  ↑
    4GB RAM, CPU 4 nhân            Chỉ thực thi lệnh đơn giản

Lợi ích của kiến trúc này

Klipper sử dụng bộ xử lý ứng dụng (như Raspberry Pi giá rẻ) khi tính toán chuyển động máy in. Bộ xử lý ứng dụng xác định khi nào cần bước từng motor stepper, nén các sự kiện đó, truyền chúng đến vi điều khiển, sau đó vi điều khiển thực hiện từng sự kiện vào thời điểm được yêu cầu. Mỗi sự kiện stepper được lên lịch với độ chính xác 25 micro giây hoặc tốt hơn.

So sánh với Marlin

Bảng so sánh chi tiết

Hiệu năng thực tế

Với cùng một file G-code trên cùng máy:

• Marlin: In Benchy mất 3 tiếng 30 phút ở 60mm/s
• Klipper: Chỉ 2 tiếng 15 phút ở 100mm/s với chất lượng tương đương
• Klipper tối ưu: 1 tiếng 45 phút ở 150mm/s

Ưu điểm nổi bật

Tốc độ vượt trội

Ưu điểm chính của firmware Klipper là tốc độ và chất lượng in. Máy in 3D chạy firmware Klipper có thể đạt tốc độ 500mm/s trở lên.

Klipper có thể đạt tốc độ stepping cao trên cả vi điều khiển mới và cũ. Ngay cả vi điều khiển 8-bit cũ cũng có thể đạt tốc độ hơn 175K steps mỗi giây.

Tính năng nâng cao

Input Shaping: Các tính năng như input shaping giúp giữ chất lượng của bản in cực kỳ cao. Input shaping loại bỏ hiện tượng ghosting/ringing.

Pressure Advance: Klipper hỗ trợ "Pressure Advance" - cơ chế tính toán ảnh hưởng của áp suất trong extruder. Điều này giảm "ooze" của extruder và cải thiện chất lượng in.

Giao diện hiện đại

Có nhiều giao diện web khả dụng. Hoạt động với Mainsail, Fluidd, OctoPrint và nhiều giao diện khác. Điều này cho phép máy in được điều khiển bằng trình duyệt web thông thường

Linh hoạt cấu hình

Cấu hình thông qua file config đơn giản. Không cần flash lại vi điều khiển để thay đổi cài đặt. Tất cả cấu hình của Klipper được lưu trong file config tiêu chuẩn có thể dễ dàng chỉnh sửa.

Hỗ trợ đa MCU

Klipper hỗ trợ máy in với nhiều vi điều khiển. Ví dụ, một vi điều khiển có thể được sử dụng để điều khiển extruder, trong khi một vi điều khiển khác điều khiển heater của máy in, và một vi điều khiển thứ ba điều khiển phần còn lại của máy in.

Khó khăn cần biết

Yêu cầu phần cứng bổ sung

Nhược điểm chính của Klipper là sự phụ thuộc vào phần cứng bổ sung. Triết lý thiết kế chính của Klipper là chuyển các hoạt động tính toán phức tạp sang một board máy tính riêng biệt như Raspberry Pi.

Độ phức tạp cài đặt

Klipper đòi hỏi một mức độ kiến thức kỹ thuật để cài đặt đúng cách, nhưng việc giới thiệu các "trợ giúp cài đặt" đã giảm bớt rào cản này.

Cộng đồng nhỏ hơn (đang mở rộng)

Marlin được hưởng lợi từ cộng đồng rộng lớn, được thiết lập tốt với nguồn tài nguyên dồi dào và hỗ trợ nhanh chóng. Klipper tuy tương đối mới hơn, nhưng cộng đồng đang mở rộng ổn định, cung cấp các giải pháp, phản hồi nhanh và tài liệu ngày càng phong phú.

Nên chuyển đổi khi nào

Nên chuyển sang Klipper nếu:

Đã có kinh nghiệm:

• Hiểu các khái niệm 3D printing cơ bản
• Đã từng tự tune máy với Marlin
• Thoải mái với việc ngồi hàng giờ để fix lỗi

Cần hiệu năng cao:

• Thường xuyên sử dụng máy in
• Muốn tăng tốc độ in đáng kể
• Quan tâm đến các tính năng tiên tiến

Có thời gian đầu tư:

• Sẵn sàng học Linux cơ bản
• Có thể dành 1-2 tuần để setup
• Không ngại troubleshoot

Không nên chuyển nếu:

Người mới bắt đầu:

• Chưa thành thạo 3D printing cơ bản
• Vẫn đang học slicing và dựng mẫu
• Cần giải pháp plug-and-play

Giới hạn tài nguyên:

• Ngân sách hạn chế
• Không có thời gian học
• Ưu tiên sự đơn giản

Yêu cầu phần cứng

Host computer

Raspberry Pi (khuyến nghị): Phần cứng được khuyến nghị là Raspberry Pi Zero 2 W, Raspberry Pi 3, Raspberry Pi 4 hoặc Raspberry Pi 5, tuy vậy bạn vẫn có thể tận dụng các phần cứng khác như máy tính cá nhân, Orange Pi, một Android Box giá rẻ không sử dụng nữa hoặc thậm chí một chiếc điện thoại chạy Android cũ.

• Pi 4 Model B 2GB: Tốt nhất cho hiệu năng cao - Shopee
• Pi 3B+: Đủ dùng cho máy in cơ bản - Shopee
• Pi Zero 2W: Cho máy đơn giản - Shopee
• Orange Pi: Lựa chọn thay thế với giá hợp lý - Shopee

Board điều khiển tương thích

Các board phổ biến:

• SKR series: SKR Pico, SKR Mini E3, SKR 1.4
• MKS series: MKS Monster8
• Creality boards: 4.2.2, 4.2.7, v1.1.5 - Shopee
• RAMPS 1.4: Với Arduino Mega 2560 - Shopee

Phụ kiện đi kèm

Cần thiết:

• Thẻ microSD Class 10, 32GB trở lên - Sandisk, Kingston
• Cáp USB nối Pi với board - TypeC, MicroUSB
• Adapter nguồn 5V/3A cho Pi - Shopee

Khuyến nghị:

• Vỏ case bảo vệ Pi - Cho Pi3, Cho Pi4
• Tản nhiệt/quạt làm mát - (thường đi kèm case)
• Camera USB để giám sát - Shopee

Chi phí dự kiến

Setup cơ bản

Setup nâng cao

Kết luận

Klipper phù hợp nếu bạn:

✅ Đã thành thạo 3D printing cơ bản
✅ Muốn tăng tốc độ và chất lượng đáng kể
✅ Sẵn sàng đầu tư thời gian học Linux
✅ Có đủ ngân sách cho phần cứng
✅ Thích công nghệ và tính năng tiên tiến
✅ Không ngại troubleshoot và mày mò

Tiếp tục với Marlin nếu:

⭕ Mới bắt đầu với 3D printing
⭕ Máy in hiện tại chưa ổn định
⭕ Ưu tiên sự đơn giản hơn hiệu năng
⭕ Ngân sách hạn chế
⭕ Không có thời gian để học
⭕ Marlin hiện tại đã đáp ứng nhu cầu

Cuối cùng, quyết định giữa Marlin và Klipper phụ thuộc vào sở thích và yêu cầu cá nhân. Nếu người dùng ưu tiên sự đơn giản và hiệu quả về chi phí, Marlin có thể là lựa chọn ưa thích. Ngược lại, những người đánh giá cao hiệu năng nâng cao và sẵn sàng đầu tư vào phần cứng bổ sung có thể thấy Klipper phù hợp hơn với nhu cầu của họ.

Bài tiếp theo: Chuẩn bị phần cứng và cài đặt Klipper lần đầu

Nguồn tham khảo:

• Klipper Official Documentation
• Xometry - Klipper vs Marlin Comparison
• Clever Creations - Klipper vs Marlin Analysis
• Sovol3D - Firmware Speed Comparisonhttps://s.shopee.vn/8UzsC66JLe