Drucktipps3D goes with Klipper

Ja, wir geben es zu: Klipper wurde von uns weitestgehend ignoriert. Im Forum gibt es dazu allerdings reichlich Themen und es wird nun auch klar, dass man an Klipper nicht mehr vorbei kommt. Die Gemeinde wächst stetig und mittlerweile werden einige Drucker auch direkt mit Klipper auf den Markt gebracht. Ebenso liefert Creality mit dem Sonic Pad ein „Klipper zum Nachrüsten“ für ihre Drucker aus. Marlin hat hier eine merkliche Konkurrenz bekommen. Und deshalb werden wir uns dieses Klipper mal näher ansehen.

Drucktipps3D goes with Klipper. Also nicht alle von uns….eigentlich nur ein paar….genauer, ein paar wenige. Im Prinzip nur ich.

Vorwort

Und oje, schon in den ersten Sätzen weiß ich, dass ich hier ein Thema anfange, bei dem ich gar nicht weiß, wo ich anfangen soll. Daher wird das vielleicht am Ende echt der zäheste und widersprüchlichste Bericht, den ich je hier auf Drucktipps3D verfasst habe.

Also, wo fange ich an:

Warum jetzt Klipper? Ganz einfach. Ich habe im weit im Voraus dieses Berichtes ein Testgerät angekündigt bekommen, welches direkt mit Klipper ausgeliefert wird. Dabei handelt es sich um den FLSUN V400. Um hier überhaupt aussagefähig zu sein, und einen entsprechend ordentlichen Test machen und Vergleiche zu anderen Druckern ziehen zu können, habe ich mich dem Thema Klipper im Vorfeld mal angenommen.

Außerdem, wie eingangs erwähnt, kommen wir insgesamt und speziell auch bei Drucktipps3D am Thema Klipper nicht mehr vorbei. Dafür ist es bereits zu weit in der 3D Druckwelt etabliert und wie ebenfalls erwähnt werden weitere Hersteller nach FLSUN und Creality diesen Weg einschlagen und da will man einfach auch ein wenig vorbereitet sein. Zudem gibt es im Forum bereits einige Themen zu Klipper, die von einfachen Fragen bis hin zu komplexen Leitfäden reichen um sein Druckermodell zu „klippern“.

Ich gehe davon aus, dass so einige Forenuser wesentlich fitter in dem Bereich sind als ich und hier wesentlich mehr Praxiserfahrung sammeln konnten, daher wird dieser Artikel auch kein Klipper-Test oder eine Klipper-Anleitung, sondern ein Erfahrungsbericht zu Klipper, wie ich ihn ebenfalls zu jedem Testgerät schreibe um gerade Einsteigern eine Entscheidungshilfe geben zu können und aus Sicht eines reinen Anwenders die Vor- und Nachteile gegeneinander abwägen zu können.

Das sind im Grunde auch die Punkte, welche die Motivation ausmachten. Wobei das Upgrade eines 3D Druckers nicht neu ist.

Druckerupgrades

Klipper ist nicht neu. Also nicht die Firmware selbst, sondern Klipper in seiner Eigenschaft als Upgrade für einen 3D Drucker, aus dem man glaubt mehr rausholen zu können, als der Hersteller sich vorgestellt hat.

Wenn wir in die nahe Vergangenheit gucken und ich meine wenigen Jahre mit 3D Druckerfahrung mal chronologisch in die Abfolge bringe, sehe ich mich zunächst mal mit Lüftern konfrontiert. Laute Lüfter sind ein Graus und wurden oder besser werden immer noch gerne gegen leisere Modelle ausgetauscht. Da gibt es gute und weniger gute Ratschläge zu Herstellern und Luftströmen, sowie Betriebsspannungen und man liest genauso viel Unsinn wie gute Lösungen in diesem Bereich. Aber das zieht sich quasi wie ein roter Faden durch alle Bereiche der Geräteaufrüstungen.

Nach den Lüftern sind die Motortreiber dran. Allegros, TMCs, 2208, 2209, 2130, usw. usf.

Viel technischer Kram, viel Wissen und Halbwissen, aber definitiv immer als Upgrade gewünscht, bzw. von den Herstellern eingefordert. Dabei verändert ein TMC Treiber oft nur die Lautstärke und hat keinen Einfluss auf die Druckqualität.

Dann sind Hotends und Feeder dran. V6 gegen Stock V5, MK10 Hotends gegen MicroSwiss oder Brozzl, auf jeden Fall aber AllMetall, MK8 Plastikfeeder gegen Titan oder BMG, aber zumindest bitte die Aluversion des MK8 oder besser noch den DualGear MK8. Von Bowden zu DirectDrive auch mal ganz abgesehen, was dann als Nächstes dran wäre.

All das bis hin zum kompletten Mainboardtausch, entweder durch SilentUpgrades der Hersteller, oder sogar selbst von 8 auf 32bit mit Mainboards anderer Hersteller und auch nicht zu vergessen die Firmware. Und da sind wir bereits zu Teilen bei Klipper angelangt. Ok, am Anfang war es Marlin in der Version 1.x, dann 2.x wo in den Konfigurationen der Hersteller dies und jenes nicht aktiviert war, oder die Marlinversion nicht den neuesten Stand hatte, oder man rüstete ein Sensor nach….die Liste ist lang. Druckoberflächen fallen mir noch ein. Glasbett, Federstahl, PEI Beschichtung und weiß Gott nicht was es da alles so gab und gibt.

In vielen Bereichen haben die Hersteller zugehört und ihre Geräte in der folgenden Revision bereits mit Upgrades versorgt. Im Bereich der Ender 3 Klone bewegt sich aber noch vieles auf einem Stand von vor 3 bis 5 Jahren. Kleiner Wink mit dem Zaunpfahl: Das ist ok, wenn die Ergebnisse ebenfalls ok sind und wenn der Nutzer auch nicht mehr benötigt.

Im Bereich der Firmware war man allerdings auch darauf angewiesen, dass der Hersteller mal eine neue Version veröffentlichte, oder es gab für bestimmte Druckermodelle Community Firmware, oder andere Unternehmen/Händler haben sich darauf spezialisiert. Im Falle von Creality kann man Tiny Machines hinter der Firmwareschmiede Insanity Automation mal nennen, die sich den Creality Druckern und dem einem oder anderen teuren Exoten angenommen haben. David Ramiro darf auch im Bereich der Hochzeiten von Anycubic nicht unerwähnt bleiben.

Aber alles immer um dem persönlichen Anspruch gerecht zu werden. Viele dieser „Aufrüstungen“, ob Hardware oder Software haben schlicht auch keine nennenswerte Verbesserung gebracht, wenn der Drucker mit Stock Ausstattung prima Ergebnisse erzielt hatte.

Punkt. Erfahrungsbericht zu Klipper fertig! Braucht keiner und gut. Ja nee, so einfach ist es dann auch nicht.

Auch ich habe immer mal den einen oder anderen Drucker in seinem Kern umgekrempelt und mir auf Basis einer anderen Hardware selbst ein Marlin gebacken. Da ist viel Zeit draufgegangen und ich war bisher auch mit den Ergebnissen aus diesen Umbauten zufrieden. Es gab zumindest immer ein Benefit.

Klipper itself

Daher habe ich auch bisher nicht die Notwendigkeit gesehen, unbedingt einen gut ab Werk konfigurierten Drucker unmittelbar in allen Bereichen der Hardware zu pimpen oder direkt mit einer alternativen Firmware auszustatten. Und auch meine akribische Arbeit im Bereich meiner eigenen Umbauten und der Marlinanpassungen wollte ich nicht unbedingt opfern.

Never change a running System. Mir ist das sogar noch umso bewusster geworden, als der Flying Bear Reborn 2 neu rauskam und aus dem Karton heraus bei mir so gut gelaufen ist wie wenige andere Drucker. Und noch während ich mich darüber gefreut habe, hatte im Forum schon jemand Klipper auf das Gerät gezogen und ne Anleitung dazu verfasst. Häh? Warum? Der druckt doch super! Was bietet Klipper mir also mehr an einem gut konfigurierten Gerät?

Hier muss ich ehrlich gesetehen, dass ich bei dem Reborn 2 nicht den Funken einer Notwendigkeit gesehen habe, ihn direkt mit einer anderen Firmware, geschweige denn mit Klipper auszustatten.

Insgesamt hielt ich am Anfang meiner Testreihe Klipper für die normalen Bettschubser oder MakerBot Aufbauten immer noch für….ja, nicht direkt überflüssig…eher für Perlen vor die Säue schmeißen. Die Frage stellte ich mir auch bis heute noch, was mir Klipper bei einem Ender 3 Klon bringen soll?

Für CoreXY, Deltas, sowas wie einen Voron oder Drucker, die grundsätzlich in ihrem Aufbau auf Schnelligkeit ausgerichtet sind sehe ich eher eine lohnende Um- bzw. Aufrüstung zu Klipper, wenn nicht direkt schon damit ausgestattet.

Dazu gehört der Reborn 2 zwar auch, aber die Firmware funktioniert und der Drucker kann auch schnell. Keine 400mm/s, aber das braucht er bei mir auch nicht. Zumal solche Werte eh der Relativität unterliegen und je nach Druckmodell auch teils bei durchschnittlicher Druckgeschwindigkeit liegen. Dazu im Abschnitt Geschwindigkeit später mehr.

Aber ich habe dann doch (auch in Vorbereitung auf den FLSUN) einen (nein zwei) meiner Drucker dafür geopfert. Der Vorteil bei Klipper in diesem Falle ist, man kann jederzeit auf die originale Firmware wieder zurück.

Die Testkandidaten: Ein Anycubic Predator. Ein Delta, den ich auch vor langer Zeit mal von seinem ChiTu Gelumpe befreit hatte und ihn mit einem SKR1.3, TMC2208 Treibern und einigen leiseren Lüftern ausgestattet hatte. Auch dafür habe ich eine Marlin Version konfiguriert und den Predator damit erfolgreich betrieben. Da er nun schon lange in der Ecke stand und ich ihn nicht einfach nur mit einer frischen Marlin wieder aufwecken wollte, hab ich mir einen Raspi rausgekramt und mal angefangen mich in Klipper etwas einzulesen.

Der zweite Drucker war dann ein CoreXY, ebenfalls von mir auf SKR umgerüstet. Diesmal mit SKR1.4 Turbo und TMC2130SPI Treibern.

Die Erfahrungen mit diesen zwei Druckern werde ich dann auch zu einem späteren Zeitpunkt beschreiben, da diese Erfahrungen sich auch komplett unterscheiden.

Zunächst mag ich etwas auf Klipper selbst eingehen. Was ist es, woher bekommt man es, geht es auch wieder weg, was brauche ich alles dafür und warum nimmt man nicht einfach OctoPrint?

Und auch jetzt weiß ich bereits, dass dies ein zäher Abschnitt wird. Wer es bis hierher aber geschafft hat, der ist leidenserprobt und kann in dem theoretischen Teil auch einfach weiterlesen.

Definitionen

Wenn man von Klipper spricht, fällt auch unweigerlich immer der Begriff Firmware. Allerdings ist das so nicht korrekt. Klipper ist keine Firmware.

Vorweg aber mal an alle Linux-Experten, Klipper-Spezialisten, Python-Programmierer. Ich selbst bin weder vom Fach der ITler, noch kann ich in irgendeiner Weise programmieren und Firmware entwickeln kann ich auch nicht. Aus Tonnen von Informationen und über einen langen Zeitraum habe ich mein Hobbyisten Wissen in diversen Bereichen irgendwann mal erlangt. Ich versuche hier also nicht auf Fachchinesisch irgendwelche Prozesse zu erklären und verwende vielleicht auch die eine oder andere nicht gebräuchliche Ausdrucksweise zu etwaigen Sachverhalten, die bei Euch in Fleisch und Blut übergegangen sind. Falls etwas aus dem Kontext und in der gröbsten Umschreibung totaler Mumpitz ist, dann dürft Ihr mich gerne in den Kommentaren berichtigen. Ich lerne gerne und reichlich dazu.

Wo war ich? Ach ja. Klipper ist in dem Sinne keine Firmware, sondern ein Programm. Und zwar eines, was unter Linux ausgeführt wird. Um da nun Ordnung rein zu bekommen und es etwas verständlicher zu machen, wie Klipper im Gegensatz zu anderer zusätzlicher Software im 3D Druckbereich steht anbei ein paar „umschriebene“ Definitionen.

Firmware

Eine Firmware ist ein ProgrammCode, der dafür sorgt, dass ein für sein Zweck bestimmtes elektronisches Gerät grundsätzlich funktioniert. Eine Waschmaschine besitzt heutzutage zumeist eine Firmware, ebenso wie eine Mikrowelle, ein Steuergerät im Auto oder ein Fernseher. Man könnte sagen, dass es die Betriebssoftware für das elektronische Innere des Gerätes ist. Firmware ist meist während des Betriebs nicht anpassbar und muss extern verändert, auf die Bedürfnisse angepasst, neu kompiliert werden und dann dem Gerät wieder in den entsprechend auslesbaren Speicher zugeführt werden.

Firmware im 3D Druck ist die Betriebssoftware des Mainboards. Beim PC oder Laptop könnte man es grob mit dem BIOS vergleichen. Marlin dürfte die bekannteste und verbreitetste Betriebssoftware für Mainboards sein. Marlin ist grundsätzlich OpenSource, jedoch machen manche Hersteller ihre Konfigurationen innerhalb der Betriebssoftware für den Nutzer nicht sichtbar, weil sie nur die kompilierte Datei zur Verfügung stellen und nicht den Quelltext aus dem man ablesen könnte, welche Einstellungen und Parameter genutzt wurden.

Andere gängige Firmware gibt es von MKS (wobei hier nach meinem Kenntnisstand auch ein Marlin-Unterbau verwendet wird), ChiTu und diverse herstellereigene Betriebssoftware, die nicht quelloffen ist. Qidi basiert z. B. auf ChiTu, bei Flashforge weiß ich es gar nicht und Hersteller wie TwoTrees oder TronXY haben sich auf MKS spezialisiert.

Halten wir aber erstmal fest: Die Firmware ist die zum Teil konfigurierbare Betriebssoftware eines Mainboards, die auch ausschließlich auf dem Mainboard über den eigenen Prozessor ausgeführt wird.

Um mit der Firmware zu agieren bedarf es eines

UserInterface UI

Um hier auch beim 3D Druck zu bleiben und es in der Erklärung nicht noch komplizierter zu machen, ist das UI beim 3D Drucker zumeist das Display. Die Hardware selbst besteht wieder aus einem Prozessor gestützten Mainboard mit Display. Eingaben über das UI werden von der darauf befindlichen Firmware über eine

Schnittstelle 

an die Firmware des Mainboards übergeben und so kommunizieren Display und Mainboard miteinander. Die Software Schnittstelle nennt sich API (Application Programming Interface, und diese wird bereits in der Firmware beider Geräte verwaltet) und die Hardwareschnittstellen kennen wir alle, da uns an allen Ecken und Enden USB-Anschlüsse, SD Kartenschächte HDMI, DVI und sonstige kabelgebundene oder auch kabellose Schnittstellen über den Weg laufen. Seriell, UART, SPI und so weiter. Darüber gibt es auch tonnenweise Informationen zu lesen und zu verstehen.

Ich mag es nicht so ausführlich und tief beleuchten, da es erstens nicht ganz so relevant ist und zweitens komme ich dabei wahrscheinlich selbst irgendwann ins straucheln.

Wir halten an der Stelle fest, dass wir zum reinen Betrieb eines 3D Druckers lediglich ein Mainboard und ein UserInterface benötigen, welche beide mit einer Firmware betrieben werden und über eine Schnittstelle sowohl hardwaretechnisch als auch per Software miteinander kommunizieren.

Die Daten für den eigentlichen Druck muss man aber erstellen. Zumeist, sofern sie nicht von der Druck-Fee unters Kissen gelegt werden, über ein

Programm

Echt jetzt? Ich muss nicht erklären was ein Programm per Definition ist, oder?
Sagen wir einfach der Slicer und auch das CAD werdne uns als Programme zur Verfügung gestellt, die auf einem PC, Laptop oder Rechner über das

Betriebssystem OS (Operating System)

ausgeführt werden. Auch hier nur kurz mal als Stichworte in den Raum geworfen.
Windows, macOS, Linux, Android, iOS usw. sind OS = Operating System = Betriebssystem

Jetzt haben wir alles, was wir brauchen in der Definition. Oder hab ich was vergessen?
Ich glaube nicht. Denn wenn wir nun Klipper als Oberbegriff mal dem herkömmlichen Bedarf für den 3D Drucker gegenüber stellen, sehen wir, dass Klipper eben keine Firmware ist, sondern ein Programm und man ganz viele Dinge noch nebenher benötigt um es überhaupt zum Laufen zu bringen.

Aber zunächst bauen wir uns einen Stock Ender 3 auf, den wir neben seinem tollen UserInterface, nämlich dem Dreh-Klick-Display und dem auf dem Mainboard vorhandenen SD Kartenschacht auch vom PC aus bedienen wollen.

Mainboard hat Firmware inne. Marlin als Basis. Display kommuniziert mit dem Mainboard und am PC mit Betriebssystem Windows nutzen wir mittels USB Schnittstelle das Programm Pronterface. Pronterface ist in diesem Falle Programm und UI gleichzeitig. Natürlich wird auch eine API benötigt, da die Befehle vom Windows PC und die Rückmeldungen der Mainboard Firmware untereinander verstanden werden müssen. Nachteil dieser Geschichte ist, der PC muss in Betrieb bleiben, solange ich am 3D Drucker etwas machen möchte.

Die Lösung dafür gibt es auch schon lange, denn man lagert einfach das für den 3D Drucker notwendige Programm (hier jetzt nicht mehr Pronterface, sondern OctoPrint) auf einen kleinen Einplatinenrechner wie den Raspberry PI aus und koppelt den per USB mit dem Drucker.

Auf dem Raspberry PI läuft nun als Betriebsystem Linux. In dieser Form als spezielle vorkonfigurierte Version mit dem Namen OctoPi. Das ist im Grunde nichts anderes als ein Debian Linux mit aller notwendiger Software um OctoPrint als Programm darauf laufen zu lassen und das UserInterface als Webanwendung über eine RestAPI mittels Wifi oder LAN auf dem Windows PC im Browser anzeigen zu lassen und von dort aus zu bedienen.

Wow! Alles verstanden? Ok, dann nochmal.

Was haben wir nun? Wir haben einen Drucker, der von dessen Firmware betrieben wird, die wir nun nicht mehr über das Display steuern, sondern über ein Programm namens OctoPrint welches auf einem Linux Betreibssystem läuft. Die Steuerung des Programms OctoPrint, welches auf einem RaspberryPi mit Linux als Betriebssystem läuft (ja, ich sags nochmal), erfolgt über einen PC oder Laptop oder Mac, auf dem wahlweise Linux, Windows oder macOS laufen kann, da wir OctoPrint universal über eine Web-Adresse in einem Browser unserer Wahl steuern.

Dafür sorgt das im Programm OctoPrint mitgelieferte UserInterface und eine Softwareschnittstelle (RestAPI) die uns fröhlich Befehle senden lässt und sogar Druckdateien übers Netz auf den SD Speicher des Raspi entgegennimmt und sie darüber per USB an den Drucker sendet.

Sobald nun ein Druck gestartet ist, brauchen wir den PC nicht mehr und können ihn getrost ausschalten.

Der geneigte und aufmerksame Leser hat nun berechtigter Weise eine Frage auf den Lippen: Und wo ist nun der Unterschied zwischen dem Druck von einer SD Karte im Kartenschacht des Druckers und dem Druck über einen RaspberryPi?

Jo, das dürfen wir uns wirklich fragen. Denn an der Druckqualität sowie der Interpretation des GCode und den Einstellungen in der Firmware ändert das rein gar nichts. Wir nutzen also die Leistung eines RaspberryPi um einen konstanten Datenstrom über USB an den Drucker zu senden. Exakt das Gleiche, was die SD Karte im internen Schacht des Druckers auch macht.

Ok, mit OctoPrint sind natürlich noch andere Annehmlichkeiten verbunden. Neben der wirklich einfachen Einrichtung einer WebCam steht uns über OctoPrint auch ein ewig großer Katalog an nützlichen PlugIns zur Verfügung. Das hat also alles schon seine Daseinsberechtigung. Am Ende arbeitet OctoPrint aber nicht im Team mit der Firmware, die alle Einstellungsparameter des Slicers auf dem internen 8 oder 32bit Prozessor erledigen muss.

Da greift nun Klipper ins Gemächt. Aus einer Kombination aus minimalistischer Firmware, die auf dem Mainboard und über dessen Prozessor läuft, einem Linux Betriebssystem, einem UserInterfase einer WebAPI (nicht mehr RestAPI, aber da lest Euch bitte selbst ein) und einem auf dem Linux OS ausgeführten Programm, übernimmt es alle aufwendigen Rechenarbeiten und führt diese auf dem leistungsstärkeren RaspberryPi oder einem Äquivalent, z. B. OrangePi aus. Creality nutzt dafür ein SoC, welcher unter dem Namen Sonic Pad verkauft wird. FLSUN ebenso, allerdings leider nicht quelloffen.

Theoretisch läuft Klipper auf allem, was mit Linux als OS bestückt werden kann und über eine USB Schnittstelle sowie LAN oder WLAN Anbindung verfügt. Demnach theoretisch sogar auf einem NAS, einem NUC oder einem echten PC, wobei ich das bisher nicht ausprobiert habe. Das wäre aus meiner Sicht auch ein bissl drüber. Wobei Multihost hier noch eine denkbare Anwendung wäre. Ähnlich wie bei Repetier Server der bei mir auf einem I5 4Kerner mit 16GB Ram läuft.

Aufbau von Klipper

Wie oben bereits erwähnt besteht Klipper aus mehreren Komponenten.

Die einfachste Art Klipper auf einem RaspberryPi zu installieren und den Firmwareteil für das entsprechende Mainboard zu erstellen ist MainsailOS.

MainsailOS ist hierbei das Linux Betriebssystem für den Raspi, analog zu OctoPi.
In MainsailOS ist alles vorhanden, was man für den Betrieb von Klipper sonst über eine reguläre Debian Distri noch nachinstallieren müsste.

Zum einen das eigentliche Mainsail. Hier ist dann aber nicht das Betriebssystem gemeint, sondern das Web User Interface. Eine Oberfläche wie man sie auch von OctoPrint kennt. Man kann im Übrigen auch OctoPrint als UserInterface nutzen. Habe ich aber nicht ausprobiert, weil ich mich als ehemaliger OctoPrint Nutzer nicht unnötig verwirren lassen wollte. Es gibt auch noch Fluiid, aber auch damit habe ich mich erstmal nicht beschäftigt.

Natürlich das Programm Klipper, ohne dies hier alles nicht notwendig wäre.

Weiterhin benötigt man Moonraker. Moonraker ist die WebAPI, also die Schnittstelle zwischen Raspi, Mainboard und WebInterface, damit der auf dem Mainboard liegende Teil mit der Software auf dem Raspi kommunizieren kann und man den Drucker über das WebInterface aus steuern kann.

Dann gibt es noch Crowsnest, also übersetzt das Krähennest. Das ist der Bedeutung nach der am Schiffsmast höchste Punkt, wo der Ausguck platziert ist. So ungefähr wird es auch beschrieben. Dies ist eine Software, welche eine oder sogar mehrere Webcams einbinden und verwalten kann.

Zum Schluss noch Sonar, was ein sogenannter Daemon ist. Wird dafür genutzt MainsailOS wach zu halten.

Wenn man an den Raspi noch ein Display anschließen möchte, dann benötigt man noch KlipperScreen. Dies ist aber nicht im Umfang von MainsailOS dabei. Das muss in beiden Fällen noch separat über die Shell nachinstalliert werden.

Da man das Stock Display zunächst mal grundsätzlich verliert, habe ich mir für den Raspi ein BTT PI TFT mit 5″ bestellt. Das ist aber wirklich optional. Ich mag es aber am Drucker direkt zu arbeiten und die Möglichkeit zu haben während des Drucks eingreifen zu können, weshalb ich daruf nicht verzichten wollte.

Da dies nun auch kein Guideline für Installation und Einrichtung sein soll, mag ich auf die im Internet vorhandenen Informationen dazu verweisen. Alleine auf der Webseite von Klipper kann man sich eine Menge an Infos zur Installation besorgen.

Ich habe zweimal installiert und bin zwei verschiedene Wege gegangen. Das erste mal über eine Buster light Installation, also zuerst Linux auf den Raspi und dann über die Shell alle Programme nachinstalliert. Das zweite Mal dann den direkten Weg über MainsailOS als Image. Wobei ich damit auch zwei verschiedene Linux Unterbauten nun habe. Die erste Installation basiert auf Buster und bei der zweiten hatte MainsailOS bereits Bullseye im Bauch. Das sind zwei unterschiedliche Debian Releases. Ähnlich wie Windows 10 oder Windows 11, besser aber vergleichbar mit macOS Monterey und macOS Ventura.

In beiden Fällen war aber die Installation kein Hexenwerk. Wer schonmal OctoPi auf einen Raspberry „installiert“ hat, der macht hier nichts anderes.

Konfiguration

Die Kompilierung der Firmware war mir Anfangs ein kleines Rätsel, ob es nach den Einstellungen in der Konfigurationsdatei für den Drucker gemacht werden muss, oder auch schon vorher passieren kann. Die Installationsanleitung erwähnt es nicht explizit, aber da der Schritt chronologisch vor der eigentlichen Druckerkonfiguration beschrieben wird, nehme ich an, es macht keinen Unterschied. Wirkt auch logisch, weil die PIN Belegungen des Boards und die gesamten Einstellungen für Treiber und Motoren außerhalb der Firmware des Mainboards bleiben. Die Firmware wird dann aber wie vom Hersteller des Boards vorgesehen auf das Mainboard geflasht.

Alles in Allem ist die Installation und auch die Ersteinrichtung um den Drucker über Klipper ansprechen zu können nicht kompliziert. Es gibt im Branch von Klipper eine riesige Anzahl von generischen Druckerprofilen vieler Hersteller und ebenso viele für einzelne Mainboards. So habe ich logischerweise keine Konfigs für Anycubic Predator und Sapphire Plus genommen, sondern die vorhandenen Konfigurationsdateien für die SKR Mainboards.

Und ohne auch nur eine Einstellung vorzunehmen konnte ich die Drucker direkt ansprechen.

Allerdings ist man mit den Grundeinstellungen in der Printer.cfg nicht unbedingt fertig. Hier fängt der Spaß dann nun richtig an. Zumindest wenn man wie ich ein Mainboard nach seinen Bedürfnissen und mit entsprechenden Treibern, sowie abweichend von der Stock Ausstattung angeschlossenen Motoren umgesetzt hat. So hat der Sapphire Plus bei mir ein echtes DualZ, wo beide Z Motoren unabhängig voneinander angesprochen werden. In Marlin gibt es dafür Z-Align. Bei Klipper musste ich mich erst in die Funktion Z-Tilt einlesen. Ebenso habe ich den ab Werk verbauten Z-Endstopp gegen einen BLTouch ausgetauscht. Solche Dinge müssen natürlich erst separat eingepflegt und konfiguriert werden. Dagegen war der Predator sofort fertig, da hier nichts abweichend oder zusätzlich zur Stock Ausstattung an- oder eingebaut wurde, bis auf den Wechsel des Mainboards. Da habe ich mir beholfen die Grundeinstellungen des Anycubic Predators auf Basis seiner ChiTu Hardware mit den speziellen Einstellungen für das SKR Board zu verschmelzen.

Es ist aber am Ende genauso einfach oder je nach Wissenstand kompliziert diese Dinge gleichermaßen in Marlin oder Klipper umzusetzen.

Wofür jetzt Klipper nochmal?

Zum Zeitpunkt der Einrichtung und Konfiguration hat man zunächst mal nichts anderes als es OctoPrint bietet im Zugriff. Über ein etwas anderes WebUser Interface, was ich persönlich ansprechender finde, aber wozu hat man das jetzt nochmal gemacht?

Ach ja. Die Rechenleistung sollte ausgelagert werden. Nun gut, was heißt das nun für mich. In erster Linie erwarte ich gegenüber meiner Marlin Firmware zumindest gleichbleibende, im besten Falle bessere Qualität. Das kann ich schonmal nur teilweise bestätigen. Alle GCodes, die ich unter Marlin am Sapphire Plus und am Anycubic Predator habe drucken lassen, wurden auch unter Klipper ebenso gut am Predator gedruckt. Eine Verbesserung konnte ich nicht feststellen. Am Sapphire hatte ich enorme Qualitätseinbußen. Wo ist also in beiden Fällen mein Benefit?

Der liegt wohl in der Effizenz. Klipper kann laut eigener Aussage gleiche Qualität bei höherer Geschwindigkeit liefern, da bestimmte Prozesse in der Berechnung greifen können, die man auf den Mainboards der Drucker nicht so effizient berechnen lassen kann.

Aber auch das war bei beiden Druckern nicht der Fall. Mit dem Predator konnte ich ein 250mm/s (echte 250mm/s, also alle Parameter auf 100%) drucken. Das war auch soweit ganz passabel. Bei anderen Modellen, gerade welche mit langen Fahrwegen, sank die Qualität drastisch.

Zu den Geheimwaffen von Klipper zählen in erster Linie die Funktionen Pressure Advance, was unter Marlin als Linear Advance zu finden ist. Es wird allerdings wesentlich komplexer umgesetzt. Und als zweites ist es Resonance Compensation oder anders als Input Shaping bekannt.

Da ich Linear Advance in allen meinen Marlin Konfigurationen auskommentiert hatte und wenn es in der Werksfirmware konfiguriert war es über den StartGCode ausgeschaltet habe, war also Pressure Advance erstmal nicht wirklich interessant für mich, was es später aber noch werden sollte. Und zwar auf eine sehr unschöne Weise.

Also habe ich mich zuerst mit Input Shaping oder Resonance Compensation beschäftigt.
Marlin hat diese Funktion nun auch in einer neuen Revision eingebaut. Konnte ich bisher aber noch nicht testen. Daher meine Erfahrungen bei Klipper und den daraus resultierenden Nutzen.

Und wieder hole ich aus. Diesmal mit dem Thema

Geschwindigkeit

Ich habe es angedroht. Das Thema Druckgeschwindigkeit muss hier angesprochen werden. Zumal ich überhaupt dem Trend des immer schnelleren Drucks nicht wirklich folgen möchte, interessieren mich seit dem Reborn 2 aber doch auch die Zusammenhänge zwischen Qualität der Drucke und der dafür maximalen Geschwindigkeit. Mit dem Reborn 2 kann ich in der Grundeinstellung meines Slicers bis zu 150mm/s problemlos fahren, ohne dass ich Unterschiede in der Qualität zu z. B. meinen Ender 5 Plus Drucken bei 60-80mm/s sehen kann. Geschuldet ist das natürlich auch dem Aufbau. Einmal CoreXY gegenüber MakerBot. Träge V-Slot Rollen und über Koppelstangen angetriebene Y Schlitten und separat angetriebene X Achse. Da sind schnelle Richtungswechsel einfach anders zu kompensieren als bei einem CoreXY oder sogar einem Delta.

Auf die Herstellerangaben kann man in der Hinsicht auch oft ein Ei schlagen, wenn es heißt 30-300mm/s. Im Leben schafft ein MakerBot das nicht und vielleicht so gerade eben ein CoreXY je nach verbauten Komponenten. Zumindest nur auf Kosten der Qualität. Daher ist mir der Reborn 2 auch sehr sympathisch, denn der Hersteller lügt nicht. Hier ist eine max. Geschwindigkeit von 150mm/s angegeben.

Der Sapphire Plus soll 300mm/s können. Wir werden es sehen. Ja, leider werden wir es sehen. Denn es ist nicht schön. Nein, wirklich nicht.

Aber gut. 150mm/s oder auch 300mm/s oder auch wie beim FLSUN V400, der seine Geschwindigkeit sogar im Namen trägt, sind auch 400mm/s keine echten 400mm/s Druckgeschwindigkeit.

Je nach Einstellung der maximalen Beschleunigungswerte in der Firmware und auch später im Slicer wird die tatsächliche Druckzeit massiv beeinflusst. Daneben sind es die Geschwindigkeitsabsenkungen für die verschiedenen Bereiche im Modell. Outer Wall, Inner Wall, Top Surface, Infill, und was weiß ich noch.

Printspeed von 400mm/s in S3D bei nur einer Absenkung um 20% für Innen- und/oder Aussenwände druckt den gesamten Umfang des Modells nur noch mit einer Geschwindigkeit von 320mm/s. Der reelle Wert der inner Wall Speed liegt aber bei nur 60% der Druckgeschwindigkeit. Damit sind wir bei 240mm/s. Outer Wall liegt reell bei guter Qualität und entsprechend hoher Druckgeschwindigkeit bei 30%, demnach 120mm/s.

Je langsamer die Druckgeschwindigkeit umso niedriger ist dann folglich die Absenkung und auch die Differenz zwischen den Modellbereichen. Mit gutem Gewissen kann man bei einem CoreXY mit stabilem Aufbau eine Geschwindigkeit von 120mm/s und 0% Absenkung fahren und bekommt immer noch ein Ergebnis von guter Qualität.

Was heißt es dann nun, wenn ich ein Werbeversprechen von 2 – 5 times faster drucken können soll? Das kann sich einerseits auf die reine Druckzeit beziehen, oder aber lediglich auf die eingestellte Druckgeschwindigkeit. Und zweites wird hier wohl eher zutreffend sein.

Nehmen wir die unten stehende Einstellungen als Beispiel. Selbstverständlich sind es nur errechnete Slicer-Prognosen. Die tatsächliche Druckzeit weicht meist ein paar Minuten ab.

Unter Beibehaltung der Beschleunigungswerte und nur der Anhebung der Druckgeschwindigkeit um das 5fache, erreiche ich eine Reduzierung der Druckzeit um 18 Minuten. Das ist noch nichtmal eine 2fach schnellere Druckzeit.

Erst wenn ich Beschleunigungswerte wie sie z. B. im Slicer Profil des FLSUN V400 voreingestellt sind mit gleichzeitiger Absenkung der anderen Parameter für eine Beibehaltung der Qualität eingebe, kann ich massiv an Druckzeit einsparen.

Ebenfalls eine 5fach höhere Druckgeschwindigkeit, aber diesmal auch eine um 50% kürzere Druckzeit.

Aber da darf sich jeder auch gerne entsprechend seiner Ansprüche an Zeit und Qualität seinen eigenen Testaufbau anlegen. Meine gebe ich am Ende des Berichtes preis.

Klipper will aber nun mit jedem Drucker jeden Aufbaus mindestens die doppelte Geschwindigkeit erreichen und somit schließe ich mal daraus, wenn ich einen stabilen CoreXY Aufbau mit vielleicht sogar Volcano Hotend, Direct Drive und ordentlicher Bauteilkühlung habe, sollte das möglich sein.

Im Falle vom Sapphire Plus, der mir als Aufbau stabil genug daherkommt und unter den obigen Geschwindigkeitserklärungen eine Druckgeschwindigkeit von 300mm/s laut Hersteller erreichen soll, demnach im Mittel bei ca. 180mm/s bis 240mm/s am Rande seiner Leistungen steht und man qualitative Einbußen unter Marlin erwarten darf, sollte das unter Klipper dann besser funktionieren. Von mir aus auch mit Unterstützung von Algorithmen.

Aber kommen wir nun endlich mal zum Wesentlichen, nämlich den Ergebnissen. Es war ein langer Weg bis dahin und eigentlich will ich sagen, dass ich teilweise schon aufgeben wollte, denn es gibt eine Sache, die ich nicht in den Griff bekommen haben. Nämlich…

Massive Treiberprobleme

Also doch nochmal ein Schwenk vor dem Wesentlichen. Ja, ich will Euch quälen. ich habe mich auch da durch gequält. Empfindet nur ansatzweise meinen Schmerz und mein Leid, da ich Euch etwas auf die Folter spanne. 🙂

Wie ich anfangs erwähnte habe ich im Sapphire Plus TMC2130 SPI auf einem SKR1.4 Turbo verbaut. Unter Marlin eine dankbare Kombination. Sehr leise und zuverlässig. Keinerlei Probleme damit. Im Predator, den ich zuerst geklippert hatte, stecken TMC2208 im UART Modus. Da ich an etwaige Treiberprobleme gar nicht gedacht habe, hatte ja auch nie welche, auch nicht mit den TMC2208 unter Klipper, haben mich die TMC2130 SPI beim Sapphire mehr graue Haare gekostet als mein Bengel während der Pubertät.

Die Treiber ließen sich im StealthChop Modus nicht ansprechen. Normale Fahrbewegungen waren möglich, jedoch stiegen sie sofort beim Druck aus, sobald Pressure Advance aktiviert war. Ohne Pressure Advance konnte ich zwar drucken, aber mit Layer Shifts fast in jedem Layer. Das Benchy Unterteil glich einer langezogenen Treppe.

Ausschließlich im SpreadCycle Modus konnte ich mit und auch ohne Pressure Advance drucken. Nur waren die Treiber dort lauter als die ollen Allegros. Und so hatte ich mir Klipper eben auch nicht vorgestellt. An dieser Stelle war ich bereits geneigt das Projekt zu Grabe zu tragen. Aber was macht man nicht alles für ein einigermaßen tragbares Erfolgserlebnis.

Offensichtlich hat Klipper ein massives Problem mit TMC Treibern verschiedener Ausprägung. Es gibt auch auf der Klipper Homepage einen längeren Absatz dazu und im GitHub finden sich zahlreiche Probleme mit verlorenen Steps bei TMC Treibern.

Interessanterweise kommt das nicht bei TMC2209 Treibern vor und FLSUN hat am V400 TMC2226 verbaut. Also habe ich mir je einen Satz bestellt und die TMC2209 schon erhalten, mit denen ich aktuell keine Probleme mehr habe.

So jetzt aber!

Ergebnisse

Ich war wach genug daran zu denken, meinen Sapphire Plus noch vor dem Wechsel auf Klipper zu Bemühen ein Vergleichsbenchy aus Marlin mit meinen üblichen Einstellungen zu drucken und ebenfalls etwas auszureizen. 300mm/s gibt der Hersteller an. Also bitte, dann mal ein Benchy mit 300mm/s ohne die oben bereits erwähnten Absenkungen im Abschnitt Druckgeschwindigkeit. Druckzeit gute 56 Minuten mit den bisher im Profil eingestellten Beschleunigungswerten von XY 2000mm/sec^2, Z 150mm/sec^2 und E 3000mm/sec^2. Ohne Input Shaping, ohne Pressure Advance und mit den TMC2130 SPI Treibern unter Marlin 2.x

Vergleichsbenchy S3D unter Marlin	150mm/s, normale Parameter
Extrembenchy unter Marlin	300mm/s leicht erhöhte Beschleunigung

Das war mal gar nix mit 300mm/s unter Marlin. War mir aber auch vollkommen klar.

Den leicht abgewandelten GCode dann unter Klipper aber auch noch ohne Input Shaping und Pressure Advance. Die Änderung betreffen die Beschleunigungswerte.

XY auf 6000mm/sec^2 und E auf 5000mm/sec^2 erhöht. Druckzeit auf 47 Minuten gesenkt

Benchy mit Klipper o. Hilfsmittel	300mm/s leicht erhöhte Beschleunigung

Das sieht nicht mehr ganz so gerupft aus, aber auch nicht viel besser. Extremes Ringing und Ghosting. Also erstmal Geheimwaffe von Klipper einstellen und dann mit der Geschwindigkeit in den Absenkungen für die Außenhaut spielen.

Also die GCodes zur Ermittlung von Pressure Advance und Resonance Compensation (Input Shaping) gedruckt, ausgewertet und in die Printer.cfg eingetragen.

Was da nun am Ende bei vielen Tests mit Beschleunigungswerten und Geschwindigkeitsabsenkungen unter Beibehaltung der 300mm/s rauskommt überzeugt nicht wirklich, aber es ist alles, was der Drucker mit den Einstellungen unter Klipper hergibt.

Am Ende komme ich wieder bei 1 Stunde und 8 Minuten mit alten Slicer Einstellungen bis max. 150mm/s für ein „naja“ Ergebnis raus, welches Probleme aufzeigt, die ich unter Marlin nicht hatte und dafür aber nun die Mehrleistung des Raspi benötige um sie mit den Mitteln von Klipper auch nur einigermaßen kompensieren zu können.

Benchy mit Klipper u. Hilfsmittel	wieder bei 150mm/s und normaler Beschleunigung angelangt.

Fazit

Ich habe es angekündigt – es wird widersprüchlich.

Auf der einen Seite begrüße ich Klipper und halte es auch für absolut notwendig diese Art der Druckeranbindung weiter voranzutreiben. Klipper ist definitiv keine schlechte Lösung. Im Gegenteil, bei Druckern wie dem FLSUN V400 ist es eine regelrechte Freude damit zu arbeiten. Allerdings hat man den Drucker in seiner Ausstattung hier auch an Klipper angepasst und nicht wie es sein sollte Klipper an die Druckerhardware. Mit so fein ausgesuchten Komponenten, wie sie der V400 mitbringt, kann ich auch Klipper und Hardware so gut aufeinander einstellen, dass ich gar keine Probleme bekomme und faktisch einen großen Benefit davon habe.

Ich habe irgendwo im Netz einen Bericht über das Sonic Pad von Creality gelesen, in dem ein Satz sehr prägnant war. Er lautete etwa:

Damit kann man nicht nur schneller drucken, sondern – je nach Kenntnisstand des Anwenders – auch mit besserer Qualität.

Naja und das beschreibt es ganz deutlich. Creality selbst sagt 2 – 5 times faster. Das kann ich mir auch sehr gut vorstellen, wenn man einen Ender 3 mit Melzi-Board durch so ein Pad entlastet und bei der rudimentären Hardware solche Algorithmen wie Pressure Advance oder Resonance Compensation anwendet, zumal dort auch ein entsprechender Sensor gleich mitgeliefert wird um die Resonanzen bei höheren Geschwindigkeiten messen zu lassen. Ich habe ja beim Sapphire Plus noch mit dem GCode gearbeitet und es manuell gemessen.

Da liegt nun auch mein Problem. Ich habe bereits vorher Hardware ausgetauscht und eine Marlin akribisch angepasst um auf meine Bedürfnisse zu kommen. Ich arbeite zwar genauso wie Creality auch mit Werksfeeder und Werkshotend, aber der Effekt bleibt aus. Es sind zu viele Einflüsse, die mich zu einem endgültigen Ergebnis kommen lassen. Bowden gegenüber DirectExtruder, untersetzter Feeder etc. pp.

Dazu kommt mein zunächst noch geringer Kenntnisstand über die gesamten Klipper Parameter. Vielleicht werde ich das Werks-MKS Board einfach mal wieder einbauen um auch sowas wie Dritthersteller Mainboards als mögliche Ursache für die deutliche Qualitätsminderung nach Klipper Installation ausschließen zu können.

Es kommt nun auch ein wenig darauf an, was Andy demnächst über das Sonic Pad sagen kann, welches er im Zulauf hat um seinen CR10 Smart damit auszurüsten, könnte sich meine Grundeinstellung darüber auch ändern. Ich habe leider keins um es jetzt schon zu beurteilen. Mir steht nur ein RaspberryPi 3B+ zur Verfügung. Obwohl die Leistung ausreichend sein sollte. Vielleicht kriege ich Stephan noch überredet mit in eine Testreihe einzusteigen und sein Pad entsprechend zu vergewaltigen um da auch andere Drucker mit zu füttern als die Creality Modelle.

Wenn ich also am Anfang noch behauptet habe, dass Klipper sich wohl eher für Drucker eignet, die grundsätzlich schon auf höhere Geschwindigkeiten ausgelegt sind, würde ich das nun von der anderen Seite betrachten. Es ergibt viel mehr Sinn einen Ender 3 oder auch einen Ender 5 oder irgendwelche Klone damit auszustatten um hier eine deutliche Verbesserung zu erreichen, als einen Drucker umzurüsten, der eh schon gute Qualität bei einer relativ hohen Druckgeschwindigkeit liefert. So ein Raspi hat mal 30-50EUR gekostet und für den Einsatz macht man gerne einen Ender 3 wieder flott und holt sich ein bisschen der versprochenen Leistung ab. Das Sonic Pad ist aktuell, da es auch noch zusätzlich ein großes Display liefert immer noch günstiger als ein Raspi, der grade nur zu Mondpreisen erhältlich ist.

In meinem Fall mit dem Sapphire Plus, den man dazu noch in der Hardware anpassen muss (neue Treiber) um überhaupt mit Klipper arbeiten zu können und dann feststellt, dass man sich insgesamt verschlechtert in Leistung und Qualität, lohnt Klipper überhaupt nicht. Rein kostenmäßig schon nicht. Weder für die Mondpreise eines Raspi, noch für aktuell 139EUR für ein SoC (System on a Chip) was so ein Sonic Pad am Ende ist.

Aber an dem Punkt bin ich dankbar für Tipps und Tricks, wie ich doch noch an ein zufriedenstellendes Fazit gelange.

Dennoch kann ich Klipper nicht gänzlich schlecht reden. Ich freue mich in jedem Fall, wenn mehr Hersteller neben FLSUN ihre zukünftigen Drucker damit ausstatten und sich die Entwicklung dieser Plattform weiter nach vorne schiebt.

Nur meine nüchterne Erkenntnis für den Klipper „Eigenbau“ lässt mich beim Sapphire, sofern ich nicht durch erweiterten Input und weiteres ausprobieren zu einem „Aha-Effekt“ komme, wieder auf Marlin wechseln.

 

Ich habe hier im Forum einen Beitrag erstellt in dem besser zum Artikel diskutiert werden kann als hier im Blog.