G-код для 3D печати. Что это такое?

Содержание

• Что такое G-код?
• Зачем 3D печатнику знать G-код?
• Структура и основные команды G-кода.
• Пример программы на G-коде.
• Вывод.
• FAQ.

Что такое G-код?

G-код - это язык программирования для устройств с ЧПУ. В современном понимании представляет собой обычный текстовый файл с командными строками, одна строка - одна команда. Последовательное выполнение команд станком осуществляет изготовление желаемой детали, для 3D принтера аддитивное, для фрезера субтрактивное.

G-код изобретение не новое, в первом приближении он появился задолго до 3D принтеров, еще в 60-х годах прошлого века. В 1980 году он обрел общепризнанную форму и стал официальным международным стандартом. 3D принтер, как типичный представитель семьи станков ЧПУ, естественно, частично унаследовал это изобретение.

Написать программу на G-коде можно вручную, достаточно четко представлять себе как и куда должна двигаться печатающая головка и каким параллельным процессам при этом следует происходить. Однако сложность кода возрастает в прямой зависимости от сложности геометрической формы детали и довольно быстро становится понятно, что вручную запрограммировать что-то сложнее изготовления простейших форм практически невозможно.

Работа по созданию G-кода для 3D принтеров переложена на специальные программы - слайсеры. Задача слайсеров - перевод 3D модели в последовательность движений печатающей головки и сопутствующих действий, например, нагрева сопла, стола, вращения вентиляторов охлаждения и так далее. В результате получается готовый текстовый файл с множеством строк-инструкций, то есть тот самый G-код, который может быть использован принтером как руководство к действию.

Заглянув внутрь полученного кода, мы обнаружим нечитаемую (на первый взгляд) абракадабру. Какие-то буквы и цифры.

Но ничего сложного, если разобраться, в этом тексте нет. В статье мы разберемся со структурой и основными командами G-кода, чтобы не только не бояться его, но и научиться вносить изменения и даже писать собственные куски программы.

Зачем 3D печатнику знать G-код?

Процесс подготовки кода сейчас настолько автоматизирован, что о нем можно вообще ничего не знать, кроме того, что это некий файл с инструкциями, который следует перенести из компьютера в принтер. Однако в некоторых случаях знание того, что именно происходит в недрах принтера и иметь возможность влиять на это, может быть весьма полезно.

Например, в настройках любого слайсера есть раздел “пользовательский G-код”, в котором, как минимум, присутствует еще два подраздела - “Стартовый G-код” и “Завершающий G-код”.

Что-то там появляется автоматически, при выборе шаблона ближайшего подходящего принтера, но все устройства разные, материалы разные, да и вкусы у печатников тоже не всегда совпадают и, возможно, вы захотите более точно подогнать настройки под себя и свой принтер.

Что можно сделать в начальных и конечных настройках? Установить начальное положение головки и стола, обнулить показания датчиков и координат, предварительно нагреть стол (например, для просушки свежего адгезива). Особо терпеливые пользователи даже создают скрипты для гарантированной очистки сопла от остатков пластика перед печатью (к примеру, ловко вытирая его о край стола или отрывая “соплю” резким движением головки). Если говорить о многоэкструдерных моделях, то простор для творчества еще шире, от калибровки и совмещения до очистки сопел при смене слоя и экструдера.

Обычно (по окончании печати) головка встает в начальное положение по осям X и Y, нагрев сопла и стола выключается, моторы обесточиваются. Иногда эти правила можно изменить под собственные нужды, например, убирать стол в крайнее нижнее положение (или головку в верхнее, да еще и в любой угол) для удобства доступа к печатной зоне, не отключать нагрев стола и сопла, чтобы не тратить время при быстром извлечении детали и начале печати следующей, не отключать питание мотора оси Z, если она не самотормозящая и уезжает вниз под собственным весом. Наконец, просто подать звуковой сигнал об окончании печати.

Внутри кода, при некотором опыте и ловкости, тоже иногда можно вносить правки. Увеличить или уменьшить обдув в нужных местах, поменять температуру, сделать паузу для размещения внутри заготовки гайки, болта или грузика, просигналить о ключевом моменте печати и так далее.

Сам код тоже неплохо бы иногда бегло осмотреть перед печатью, особенно если печать предстоит долгая, хотя бы на предмет соответствия заголовка, не всё и не всегда слайсеры прописывают корректно. Бывает, что добавляют свои настройки после пользовательских, тем самым обнуляя их и ваши старания.

Знание основ G-кода - полезный навык для опытного и даже начинающего печатника, может облегчить жизнь, повысить качество печати (или даже спасти ее).

Структура и основные команды G-кода

Перед статьей не стоит задача перечислить и объяснить работу всех существующих команд, а тем более обучить всем премудростям программирования. Цель - показать, что это доступно всем желающим. Понять общий смысл и логику языка, а также научиться самостоятельно выполнять стартовые и конечные действия сможет любой, кому это нужно.

Как уже говорилось выше, G-код представляет собой обычный текстовый файл, имеющий расширение “.gcode”, а значит его легко читать и изменять любым текстовым редактором, даже самым простым типа “блокнота”.

Сам код состоит из построчного списка команд, которые выполняются по очереди сверху вниз. Никаких циклов, переходов на подпрограммы и прочих изменений очередности нет и не надо.

Пневматическое оборудование и механика.
Все, что вам нужно из ЧПУ комплектующих можно купить в нашем онлайн магазине https://3d-diy.ru/catalog/cnc-components/ с оплатой онлайн и доставкой от 1 дня.

Строка состоит из собственно команды и ее аргумента, если он нужен. В текст можно добавлять комментарии, который отделяется от команды точкой с запятой “;”, все, что написано правее до конца строки, будет проигнорировано.

Команды делятся на три основные группы: перемещение рабочих органов (головки, стола и т.д.), управление вспомогательными механизмами и функциями (нагреватели, вентиляторы, питание), и управление системой координат.

Систем координат всего две: абсолютная и относительная. Абсолютная жестко привязана к рабочему столу и строится относительно какой-то ее конкретной точки, обычно это дальний левый угол. Ось влево-вправо называется “Y”, вперед-назад “X”, вверх-вниз - “Z”.

Относительные координаты привязываются к текущему положению печатной головки: где она стоит в начале операции, там нулевое положение ее относительных координат. Слайсер использует относительные координаты для упрощения работы, разбивая большой объект на множество мелких, привязанных к абсолютным точкам.

Команды всего две:

G90 ; переход к абсолютным координатам
G91 ; переход к относительным координатам

Все команды перемещений после этих строк будут выполняться с соответствующей привязкой в пространстве, до тех пор, пока не поступит новая команда смены системы отсчёта.

Для ручной правки данные команды используются редко, но знать о них надо.

Основная группа команд - перемещение рабочих органов. Так называемые “G”-команды, которые дали название всему коду.

G0 ; быстрое перемещение печатной головки (без экструзии)
G1 ; рабочее линейное перемещение (с экструзией).

В качестве аргументов к командам перемещения используются координаты X, Y и Z и скорость F. Подача материала экструдером тоже задается этой командой с аргументом E. Нулевые перемещения не указываются.

G0 X10 Y20 Z5 ; быстрое перемещение в точку с координатами x:10, y:20, z:5
G1 Е5 ; выдавить 5 мм пластика
G1 X100 Y30 E15 ; переместиться на заданную координату, при этом выдавить 15 мм материала

G2 ; криволинейное движение по часовой стрелке
G3 ; криволинейное движение против часовой стрелки. При 3D печати встречаются крайне редко, обычно все криволинейные движения разбиваются слайсерами на короткие отрезки

G4 ; пауза, аргумент: S (в секундах) или P (в микросекундах)

G S2 ; пауза 2 сек
G P2000 ; пауза тоже 2 сек

G20 ; установка единиц измерения в миллиметрах, если нужно в дюймах, то G21, используется при инициализации в начале файла.

G28 ; перемещение в начальную точку по всем трем осям (до концевиков), если с аргументами, то только по указанным осям

G28 X Y ; перемещение в начало только по осям X и Y

G10 ; ректракт (настройки по команде M207)
G11 ; возврат пластика после ретракта (настройки по команде M208)

G92 ; обнуление положения головки и/или экструдера
G92 E0 ; от этого положения начнется отсчет подачи пластика, если этого не сделать перед началом подачи, пруток может уехать в случайное положение после первой же команды.

Команды для управления вспомогательным оборудованием и настройка параметров, так называемые “М” - команды.

M17 ; включить все шаговые двигатели
M19, ; выключить все шаговые двигатели (после чего их можно двигать руками)

С М20 по М30 живут команды для работы с SD картой. Позволяют считывать список файлов, доступных для печати, выбирать нужный для запуска печати с него. Делать паузу выполнения файла, продолжать печать, удалять файлы и так далее. Для ручного редактирования используются крайне редко, как правило служат для связи контроллера принтера с дисплеем и другим оборудованием.

M80 ; включение основного питания принтера (если такая возможность предусмотрена конструкцией)
M81 ; выключение основного питания принтера

M84 Sxxx ; отключение всех шаговых двигателей после xxx секунд простоя
M85 Sxxx ; полное отключение основного питания после xxx секунд простоя. Помогает сохранить электроэнергию и ресурс принтера, автоматически выключая его после завершения печати

M104 Sxxx ; команда на нагрев сопла до температуры xxx без ожидания ее достижения
M109 Sxxx ; нагрев сопла до температуры ххх с ожиданием, пока она будет достигнута и “устаканится”

M140 Sxxx ; команда на нагрев стола до температуры xxx без ожидания ее достижения
M190 Sxxx ; нагрев стола до температуры ххх с ожиданием, пока она будет достигнута и “устаканится”

M106 Sxxx ; включить вентилятор обдува на скорость ххх, скорость задается в восьмибитном формате, то есть принимает значение от 0 до 255, где 255 - 100%.
M107 ; выключить вентилятор

M117 ; вывести на дисплей сообщение.
M117 Hello! ; на экране появится надпись “Hello!”, если такая возможность у принтера имеется.

M200 Dxxx Txxx ; установить реальный диаметр прутка материала. В случае недоэкструзии или переэкструзии измерьте диаметр филамента штангенциркулем, возможно, он больше или меньше заявленного. С помощью этой команды вы можете за несколько секунд внести поправку без повторной нарезки модели. Dxxx - диаметр в мм, Тxxx - номер экструдера, начиная с нуля, если он один, то можно не указывать.

M302 Sxxx ; ограничение минимальной температуры экструдера, при котором будет производиться печать. В случае, если температура снизится меньше заявленного значения, работа остановится. Если в качестве аргумента установить S0, работа продолжится при любой температуре.

M600 ; автоматическая смена филамента

Комплектующие 3D принтера
В нашем магазине 3DIY https://3d-diy.ru/catalog/spare-parts-3d-printer/ вы найдете 3D сканеры, 3D ручки, сушилки для пластика и другие запчасти. Доставляем во все регионы России.

Настроечные команды. Выполняются для всех последующих действий, пока не будет изменений или пока печать не закончится. Параметры можно сохранить в EEPROM контроллера командой М500 и быстро восстановить в нужный момент при помощи команды М501.

M201 Xxxx Yxxx Zxxx Exxx ; установка максимальных ускорений рабочего хода в мм/с2 для каждой оси (если вдруг выяснилось, что параметры из слайсера неправильные)

M203 Xxxx Yxxx Zxxx Exxx ; установка максимальной скорости рабочего хода в мм/с для каждой оси

M205 Xxxx Yxxx Zxxx Exxx ; установка максимального рывка (jerk) рабочего хода в мм/с для каждой оси

M206 Xxxx Yxxx Zxxx ; установка смещения осей относительно нулевого положения концевиков (если концевики сложно или невозможно отрегулировать)

M207 Sxxx Fxxx Zxxx ; установка параметров ретракта:
Sxxx - расстояние ретракта (мм),
Fxxx - скорость ретракта (мм/с),
Zxxx - подъем сопла (опускание стола) при ретракте (мм)

M208 Sxxx Fxxx ; установка возврата прутка после ретракта:
Sxxx - расстояние возврата (мм),
Fxxx - скорость возврата (мм/с).

M300 Sxxx Pxxx ; воспроизведение звукового сигнала частотой Sxxx Гц и длительностью Pxxx мс. Позволит сообщить о готовности, конце печати или другом важном событии. При желании можно даже проигрывать одноголосые мелодии.

M301 Hxxx Pxxx Ixxx Dxxx ; установить PID-параметры нагрева хотэнда. Используется для
ускорение нагрева без “перескоков” за верхний предел с последующим остыванием.
Hxxx – номер экструдера. H1 – первый экструдер (хотэнд),
Pxxx - коэффициент proportional (Kp),
Ixxx - коэффициент integral (Ki),
Dxxx - коэффициент derivative (Kd).

M304 Pxxx Ixxx Dxxx ; установить PID-параметры нагрева стола.
Pxxx - коэффициент proportional (Kp),
Ixxx - коэффициент integral (Ki),
Dxxx - коэффициент derivative (Kd).

M303 Exxx Sxxx Cxxx ; запустить калибровку PID-параметров экструдера или стола. Для наблюдения результатов материнская плата принтера должна быть подключена к терминалу, например, к компьютеру USB-кабелем. Полученные данные следует внести в принтер командами M301 и М304. Произведенная один раз команда позволит сэкономить на нагреве время и электроэнергию, убирая лишние циклы температурной “раскачки”.

M500 ; сохранение параметров в EEPROM
M501 ; восстановление параметров из EEPROM
M502 ; сброс параметров EEPROM

M928 ; запись лога работы на SD-карту, например: M928 test.gcode ; запись лога в файл “test.gcode”

Разумеется, полный список команд длиннее, но бо́льшая часть из них либо используется очень редко, либо не предназначена для работы вручную, либо применяется при обмене данными с внешним устройством, компьютером или дисплеем.

Пример программы на G-коде

Рассмотрим небольшой реальный пример программы на G-коде под условным названием “высмаркивание”. Очистка сопла и всего, что на него налипло путем приклеивания к столу с дальнейшим отрыванием.

Открываем текстовый редактор NotePad++ или блокнот (но не Word), записываем туда сам код:

G21 ; переводим единицы измерения в мм
G90 ; используем абсолютные координаты
M82 ; используем абсолютную длину экструзии
M107 ; выключаем вентиляторы (на всякий случай)

M117 start ; пишем стартовое сообщение
M140 S80 ; запускаем нагрев стола и не дожидаясь этого...
M109 S235 ; запускаем нагрев сопла (оно греется дольше сопла) с ожиданием
M190 S80 ; дожидаемся нагрева стола (таким образам мы нагрели стол и сопло одновременно)

G28 ; выход головки на начальное положение (по концевикам)

G1 Z.4 ; поднимаем головку на 0,4 мм (в примере на принтере сопло диаметром 0,6 мм)
G92 E0 ; обнуляем положение экструдера
G1 E2 F300 ; выдавливаем 2 мм пластика
G92 E0 ; еще раз обнуляем положение, на всякий случай

G1 X100 E15 F1000 ; поехали по оси X в положение 100 мм со скоростью 1000 мм/мин
M106 S255 ; после остановки включаем обдув на 100% чтобы "сопля" застыла
G4 S2 ; ждем пару секунд, чтобы затвердело
G0 X150 Z5 F2000 ; поехали еще на 50 мм со скоростью 2000 без экструзии

M107 ; выключаем обдув
M117 stop ; выводим сообщение
M19 ; выключаем моторы осей
M104 S0 ; выключаем подогрев сопла
M140 S0 ; выключаем подогрев стола

Сохраняем файл с любым названием, но с расширением “.gcode”, например “test.gcode”, записываем на SD или переносим на принтер иным способом.

Запускаем печать, после прогрева видим такой результат. Вроде бы все получилось.

Вывод

Глубоко разбираться в G-коде и уметь вносить в него изменения не является жизненно необходимой обязанностью 3D печатника, многие вполне обходятся без этого знания, всецело полагаясь на слайсеры. В большинстве случаев правильно настроенные слайсеры способны генерировать приемлемый код. Однако выполнить ряд тонких (но зачастую важных) настроек, заставить принтер совершать до, во время и после печати желаемые действия (которые могут облегчить или ускорить работу, помочь автоматизировать ее) без знания G-кода уже не получится. Найти причину ошибки или дефекта печати, оптимизировать скорость и передать некоторую информацию на сопряженное устройство тоже бывает полезным. Да что тут сказать - знаний лишних не бывает, особенно тех, что сопряжены с вашей деятельностью.

FAQ