La calibrazione automatica dell’asse Z è uno dei passaggi più delicati nella preparazione di una stampa 3D. Anche uno scostamento di pochi centesimi di millimetro può modificare l’adesione del primo strato, la larghezza delle linee depositate e l’uniformità della superficie inferiore del modello. Sulla stampante 3D Rat Rig V-Core 4.1, il sistema True Zero gestito da RatOS punta a determinare con precisione la posizione reale dell’ugello rispetto al piano di stampa. Questa procedura, però, richiede che la punta dell’ugello sia priva di residui.
Il maker Noizie Works ha affrontato il problema progettando una staffa stampabile in 3D, equipaggiata con un inserto tergiugello in silicone prodotto da QIDI Tech e controllata attraverso una macro per Klipper. Il componente è stato pensato per la serie Rat Rig V-Core 4.x, ma la logica del sistema può essere adattata anche ad altre stampanti CoreXY, a condizione di modificare coordinate, spazi di movimento e parametri di sicurezza.
Perché True Zero dipende dalla pulizia dell’ugello
La Rat Rig V-Core 4.1 utilizza il sensore Beacon e le funzioni Beacon Contact per individuare la superficie del piano attraverso un contatto fisico dell’ugello. A differenza dei sistemi che misurano soltanto la distanza tra un sensore e il piano metallico, la calibrazione a contatto può determinare il punto nel quale la punta dell’ugello raggiunge la superficie di stampa.
RatOS aggiunge a questo processo una funzione denominata Beacon True Zero Correction. Il sistema non si limita a una singola misurazione, ma analizza diversi punti vicini alla posizione nominale di calibrazione. Questa strategia serve a compensare le variazioni locali della superficie, che risultano più evidenti sui fogli in PEI testurizzato.
La documentazione di RatOS indica che misurazioni effettuate su punti separati da un solo millimetro possono differire, in alcune condizioni, fino a 0,1 millimetri. Si tratta di una distanza consistente rispetto a un primo strato da 0,2 millimetri. Per ridurre questa variabilità, RatOS esegue sei misurazioni supplementari in posizioni distribuite intorno al punto di riferimento e applica un metodo statistico per calcolare una correzione più stabile.
Il sistema presume però che il primo elemento a toccare il piano sia la parte metallica dell’ugello. Una goccia di materiale fuso altera questa condizione: il filamento può entrare in contatto con il piano prima dell’ugello, comprimersi durante la misurazione o aderire alla superficie. Il risultato può essere un riferimento Z più alto del valore reale.
Quando la stampa comincia e il residuo non si trova più sotto l’ugello, la distanza effettiva dal piano può risultare eccessiva. Le linee del primo strato rimangono separate, l’adesione diminuisce e le zone più ampie possono sollevarsi. La deformazione del residuo rende anche difficile prevedere l’entità dell’errore, perché forma, temperatura e consistenza della goccia cambiano da una calibrazione all’altra.
Il preriscaldamento necessario può causare la fuoriuscita del filamento
Prima della calibrazione, l’hotend viene portato a una temperatura sufficiente per ammorbidire il materiale rimasto nell’ugello. La procedura evita che un residuo solidificato impedisca un contatto corretto, ma introduce un altro problema: quando il filamento raggiunge una temperatura vicina al punto di rammollimento, una piccola quantità può fuoriuscire per gravità e per la pressione residua presente nella zona di fusione.
Il fenomeno viene spesso definito “oozing”. La quantità di materiale dipende dal polimero utilizzato, dalla temperatura dell’hotend, dalla retrazione eseguita al termine della stampa precedente e dalla geometria interna del sistema di estrusione.
Materiali come PETG, TPU e alcune formulazioni di nylon possono formare fili o gocce più persistenti rispetto al PLA. Anche un ugello apparentemente pulito a freddo può quindi presentare un deposito dopo il preriscaldamento richiesto per la calibrazione.
Per questo motivo la pulizia deve essere eseguita dopo il riscaldamento e prima della misurazione True Zero. Pulire l’ugello quando è freddo non impedisce la successiva formazione di una nuova goccia.
I tergiugello laterali della Rat Rig V-Core 4
La struttura della Rat Rig V-Core 4 prevede due supporti laterali vicini al piano, sui quali possono essere montati elementi in feltro destinati alla pulizia dell’ugello. Nella configurazione sperimentata da Noizie Works, questi tamponi tendevano però a staccarsi dai rispettivi supporti.
Il maker aveva installato anche una testina personalizzata. L’ingombro del gruppo modificato rendeva problematica la posizione del tergiugello sinistro, collocato vicino alle viti che controllano l’asse Z. Durante determinati movimenti, la testina poteva avvicinarsi eccessivamente ai componenti meccanici.
La soluzione non consiste quindi in una semplice sostituzione del feltro. Noizie Works ha ripensato il punto di montaggio, trasferendo il tergiugello nella zona posteriore del piano.
Una staffa montata dietro il piano di stampa
Il nuovo supporto sfrutta due fori presenti nella parte posteriore del sistema di sospensione del piano della Rat Rig V-Core 4.x. La staffa si inserisce in questa zona senza richiedere modifiche strutturali al telaio e mantiene il tergiugello lontano dalle viti Z e dagli elementi utilizzati dalla testina personalizzata.
La posizione posteriore permette alla testina di raggiungere l’inserto attraverso un movimento lineare controllato. Il componente funziona anche come superficie di riferimento per la piastra flessibile: durante il riposizionamento del foglio magnetico, il bordo può essere appoggiato alla staffa per ottenere un allineamento più ripetibile.
Questa seconda funzione è importante perché la correzione True Zero di RatOS può risentire delle differenze locali della superficie. Riposizionare la piastra in modo coerente non elimina la necessità delle misurazioni multiple, ma riduce gli spostamenti casuali della zona analizzata.
La configurazione pubblicata da Noizie Works è stata progettata sulla versione con piano da 400 × 400 millimetri. La Rat Rig V-Core 4.1 viene proposta da Rat Rig anche con volumi di costruzione da 300 × 300 × 300 e 500 × 500 × 500 millimetri. Sulle altre varianti occorre modificare le coordinate del tergiugello e la posizione nella quale la testina ritorna dopo la pulizia.
L’inserto in silicone della QIDI Tech Plus4
Al posto del feltro, il supporto utilizza un inserto tergiugello in silicone progettato da QIDI Tech per la stampante QIDI Plus4. QIDI Tech vende questo componente come ricambio destinato alla pulizia dell’ugello caldo prima dell’avvio di una stampa.
Il silicone offre una superficie deformabile che può adattarsi al passaggio della punta senza richiedere una pressione elevata. Durante il movimento, i bordi dell’inserto intercettano il filamento ammorbidito e lo separano dalla parte terminale dell’ugello.
Rispetto a un tampone di feltro, il componente della QIDI Tech mantiene una geometria definita e può essere sostituito quando mostra tagli, deformazioni o accumuli difficili da rimuovere. La durata dipende dalla temperatura dell’ugello, dal numero di cicli e dal materiale depositato.
La posizione verticale deve essere regolata con attenzione. Se il tergiugello si trova troppo in basso, non entra in contatto con la punta; se si trova troppo in alto, la testina può urtarlo con una forza eccessiva. L’obiettivo è ottenere una flessione controllata del silicone durante ogni passaggio.
La scelta del PPA rinforzato con fibra di carbonio
Noizie Works ha realizzato la staffa utilizzando un filamento PPA-CF di Siraya Tech. Il materiale appartiene alla famiglia delle poliammidi ad alte prestazioni e contiene fibra di carbonio corta, impiegata per aumentare rigidità e stabilità dimensionale.
Siraya Tech indica per il proprio Fibreheart PPA-CF una composizione basata su PPA con il 15% di fibra di carbonio. Il materiale è destinato a componenti sottoposti a carichi meccanici, temperature elevate e condizioni nelle quali un comune PLA potrebbe deformarsi.
La scelta è coerente con la posizione del supporto. Sebbene la staffa non debba toccare direttamente il blocco riscaldante, si trova vicino a un ugello caldo e può essere esposta a contatti accidentali, calore irradiato e residui di polimero fuso.
La fibra di carbonio riduce anche la flessione del supporto durante il passaggio della testina. Una staffa troppo elastica cambierebbe la posizione del tergiugello e renderebbe meno ripetibile la pulizia.
Il PPA-CF richiede però condizioni di stampa più impegnative rispetto a PLA e PETG. Siraya Tech indica temperature di estrusione elevate e raccomanda l’impiego di un ugello resistente all’abrasione. Come altre poliammidi, il materiale deve essere conservato e stampato con un livello di umidità controllato, perché l’acqua assorbita può compromettere estrusione, finitura e proprietà meccaniche.
Il modello può essere prodotto anche con altri tecnopolimeri, purché il materiale scelto mantenga rigidità e forma nell’ambiente termico della stampante. L’idoneità deve essere valutata considerando la distanza dall’hotend e la temperatura utilizzata durante il ciclo di pulizia.
La macro CLEAN_NOZZLE per Klipper
La parte meccanica viene controllata attraverso una macro Klipper denominata CLEAN_NOZZLE. Il codice può essere aggiunto alla configurazione della stampante e richiamato dalla console oppure attraverso l’interfaccia grafica collegata a RatOS.
La macro definisce un punto iniziale e un punto finale lungo il tergiugello. La testina si sposta ripetutamente tra queste coordinate, facendo passare la punta sul silicone.
Nella configurazione pubblicata da Noizie Works sono previsti dieci passaggi a una velocità di 300 millimetri al secondo. Prima di iniziare il movimento, il sistema attende 60 secondi dopo il riscaldamento. La pausa permette al materiale presente nella zona di fusione di fuoriuscire, in modo che possa essere rimosso durante il ciclo.
Al termine della pulizia, la testina torna verso il centro del piano. Da questa posizione RatOS può proseguire con le operazioni di homing, calibrazione Beacon e correzione True Zero.
La procedura aggiunge circa uno o due minuti all’avvio della stampa. Il tempo supplementare viene impiegato per riscaldamento, attesa, spostamento verso la zona posteriore, passaggi sul silicone e ritorno alla posizione di calibrazione.
I parametri devono essere adattati a ogni macchina
Le coordinate pubblicate non possono essere copiate senza verifiche. Anche due Rat Rig V-Core 4.1 della stessa dimensione possono presentare differenze dovute alla testina installata, alla lunghezza dell’ugello, al tipo di hotend e alla posizione del supporto Beacon.
L’utente deve definire le coordinate X e Y corrispondenti alle estremità del tergiugello e il valore Z al quale deve avvenire il contatto. Occorre controllare anche l’altezza di sicurezza utilizzata durante gli spostamenti verso la staffa.
Le prime prove dovrebbero essere eseguite con velocità ridotte e con la possibilità di arrestare il movimento. Dopo avere verificato l’assenza di collisioni, velocità e numero di passaggi possono essere aumentati.
Un movimento molto rapido non garantisce una pulizia migliore. Se il filamento è ancora viscoso, può essere trascinato lungo il silicone senza staccarsi. Al contrario, una pressione eccessiva può flettere la staffa o sollecitare la testina. Temperatura, tempo di attesa, altezza e velocità devono essere considerati come parti dello stesso processo.
Il rapporto tra pulizia, Beacon e primo strato
Beacon è un sensore a correnti parassite che misura la distanza da una superficie conduttiva attraverso un campo elettromagnetico. Questa modalità permette di acquisire una mappa del piano ad alta velocità senza effettuare un contatto in ogni punto.
Beacon Contact aggiunge la possibilità di riconoscere il contatto fisico dell’ugello e di utilizzarlo per calibrare il modello del sensore e l’offset Z. RatOS combina le due modalità: il contatto fornisce il riferimento assoluto dell’ugello, mentre la scansione misura la geometria del piano.
La pulizia automatica interviene quindi prima del momento nel quale viene stabilito il riferimento dell’intero processo. Non corregge un piano deformato, non sostituisce il livellamento e non compensa un’estrusione non calibrata. Elimina però una variabile che può falsare il punto zero prima ancora che la stampa cominci.
La qualità del primo strato continua a dipendere dalla temperatura del piano, dalla stabilizzazione termica della struttura, dal flusso del materiale e dalle condizioni della superficie. RatOS utilizza anche un processo di heat soaking adattivo sulle Rat Rig V-Core 4.x per attendere che la macchina raggiunga una condizione termica stabile. Su stampanti di grandi dimensioni, la dilatazione della struttura e del piano può produrre variazioni Z durante i primi minuti di riscaldamento.
Una modifica coerente con la struttura aperta di Rat Rig
La Rat Rig V-Core 4.1 è una piattaforma CoreXY aperta e configurabile. Rat Rig la propone nelle versioni da 300, 400 e 500 millimetri, con un percorso di aggiornamento che consente di passare dalla configurazione standard alla modalità Hybrid e poi alla modalità IDEX con due testine indipendenti.
Questa impostazione permette agli utenti di modificare testina, hotend, sensori, gestione del filamento e accessori. La staffa di Noizie Works segue la stessa logica: risolve un problema legato a una configurazione specifica, ma utilizza componenti accessibili e una macro modificabile.
Il progetto non rappresenta un accessorio ufficiale di Rat Rig, QIDI Tech, Siraya Tech, Beacon o Klipper. Riunisce però elementi provenienti dai rispettivi ecosistemi: la struttura meccanica di Rat Rig, il ricambio in silicone di QIDI Tech, il tecnopolimero di Siraya Tech, il sensore Beacon e il controllo software di Klipper e RatOS.
L’intervento mostra perché una calibrazione sofisticata richieda anche una preparazione meccanica coerente. Un algoritmo capace di compensare variazioni di pochi centesimi di millimetro non può produrre risultati costanti se la punta dell’ugello presenta una goccia di dimensioni superiori alla correzione che il sistema sta tentando di calcolare.
La staffa posteriore, il tergiugello in silicone e la macro CLEAN_NOZZLE non modificano il principio di funzionamento di True Zero. Creano invece le condizioni necessarie affinché la misurazione venga effettuata sulla parte corretta: la punta metallica dell’ugello, pulita e portata alla temperatura prevista dal ciclo di calibrazione.
