Das Verständnis von G-Code-Befehlen wird die nächste Stufe des 3D-Drucks erschließen. Lesen Sie weiter, um schnell die Grundlagen dieses Codes zu lernen!
Einfach ausgedrückt ist G-Code eine Programmiersprache für Computer Numerical Control (CNC). Mit anderen Worten, es ist die Sprache, die von einem Computer gesprochen wird, der eine Maschine steuert, und sie übermittelt alle Befehle, die für Bewegungen und andere Aktionen erforderlich sind. Während G-Code die Standardsprache für verschiedene Desktop- und Industriemaschinen ist, sind wir vielleicht am besten durch unsere 3D-Drucker damit vertraut. Vielleicht haben Sie sich bisher noch nicht damit beschäftigt, und das ist eigentlich normal, da 3D-Slicer den Code „automagisch“ generieren. Wenn Sie jedoch ein tieferes Verständnis des 3D-Drucks entwickeln möchten, ist es unerlässlich, die Grundlagen von G-Code zu erlernen. Mit diesem Wissen können Sie Druckprozesse viel besser beheben und steuern und gleichzeitig die Anpassung von 3D-Drucker-Firmware wie RepRap und Marlin ermöglichen. In diesem Artikel behandeln wir die Grundlagen von G-Code, einschließlich des Lesens, Verstehens und Schreibens einiger Befehlszeilen, und bieten selbst absoluten Programmieranfängern einen soliden Hintergrund. Fangen wir also ohne Umschweife von vorne an!
Was ist es?
G-Code-Befehle werden verwendet, um eine Maschine anzuweisen, bestimmte Aktionen auszuführen (Quelle: All3DP)
Stellen Sie sich für Programmierfremde im Allgemeinen G-Code als aufeinanderfolgende Befehlszeilen vor, die dem 3D-Drucker jeweils mitteilen, dass er eine bestimmte Aufgabe ausführen soll. Diese Zeilen werden als Befehle bezeichnet, und der Drucker führt sie nacheinander aus, bis er das Ende des Codes erreicht. Während der Begriff „G-Code“ verwendet wird, um auf die Programmiersprache als Ganzes zu verweisen, ist es auch eine von zwei Arten von Befehlen, die beim 3D-Druck verwendet werden: „allgemeine“ und „verschiedene“ Befehle. Allgemeine Befehlszeilen sind für Bewegungsarten in einem 3D-Drucker zuständig. Solche Befehle werden durch den Buchstaben „G“ wie in G-Befehlen gekennzeichnet. Neben der Steuerung der vom Druckkopf ausgeführten Bewegung um drei Plusachsen sind sie auch für die Filamentextrusion verantwortlich. Die sonstigen Befehle hingegen weisen die Maschine an, nicht-geometrische Aufgaben auszuführen. Beim 3D-Druck gehören zu diesen Aufgaben unter anderem Heizbefehle für die Düse und das Bett sowie die Lüftersteuerung, wie wir noch sehen werden. Diverse Befehle sind mit dem Buchstaben „M“ gekennzeichnet.
Die Syntax
Kommandozeilen bestehen aus Identifikation und Parametern (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Jede G-Code-Befehlszeile folgt einer bestimmten Syntax. Jede Zeile entspricht nur einem Befehl, was zu sehr langen Codes führen kann. Das erste Argument einer gegebenen Zeile ist der Befehlscode selbst. Wie wir gesehen haben, kann es sich entweder um einen „G“- oder einen „M“-Codetyp handeln, gefolgt von einer Zahl, die den Befehl identifiziert. Beispielsweise entspricht "G0" einem linearen Bewegungsbefehl. Als nächstes kommen die Parameter, die den Befehl genauer definieren. Für eine lineare G0-Bewegung beinhalten diese Parameter die Endposition und wie schnell sie sich bewegt, ebenfalls durch Großbuchstaben gekennzeichnet. Jeder Befehl hat seinen eigenen Parametersatz, wie wir gleich sehen werden.
Ein Hinweis zu G-Code-Kommentaren
Bevor wir anfangen, wenn wir die verschiedenen Befehle durchgehen, sehen Sie Semikolons nach einem Buchstaben und einer Zahl, die erklären, was der Code tut. Hier ist ein Beispiel für eine Zeile mit einem Codekommentar: G1 X25 Y5 ; Ich bin ein Code-Kommentar! Programmierer müssen häufig Erklärungen in einfachem Englisch einfügen, damit andere Programmierer bestimmte Codezeilen oder -abschnitte verstehen können. Es kann auch vorkommen, dass Sie vergessen, warum Sie Dinge auf eine bestimmte Weise codiert haben, was zu einer schwierigen Zeit führt, Dinge wieder herauszufinden. Um dieses Problem zu lösen, gibt es Codekommentare. Kommentare enthalten alles (in derselben Zeile) nach einem Semikolon und werden von der Maschine vollständig ignoriert, wenn sie den G-Code ausführt. Auf diese Weise sind sie nur für die Augen der Programmierer bestimmt.
WICHTIGE BEFEHLE FÜR 3D-DRUCK
Da es buchstäblich Hunderte von G-Code-Befehlen gibt, behandeln wir die grundlegendsten und wichtigsten in den folgenden Abschnitten. Sobald Sie den Dreh raus haben, können Sie andere Befehle aus Referenzblättern selbst erkunden.
G0 & G1: Lineare Bewegung
G0- und G1-Befehle sind für lineare Bewegung und Extrusion verantwortlich (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)[/caption]
Die Befehle G{{0}} und G1 führen beide lineare Bewegungen aus. Konventionell wird G0 für Nicht-Extrusionsbewegungen wie Anfangs- und Bewegungsbewegungen verwendet, während G1 alle linearen Extrusionsbewegungen umfasst. Beide Befehle funktionieren jedoch gleich. Die Parameter für G0 oder G1 umfassen die Endpositionen für alle X-, Y- und Z-Achsen, die Extrusionsmenge, die während der Bewegung durchgeführt werden soll, und die Geschwindigkeit, die durch die Vorschubrate in den eingestellten Einheiten angegeben wird.
Beispiel
G1 X90 Y50 Z0.5 F3000 E1 weist den Drucker an, sich in einer geraden Linie (G1) zu den Endkoordinaten X=90 mm, Y=50 mm zu bewegen, Z=0,5 mm bei einer Vorschubgeschwindigkeit (F) von 3.000 mm/min, während (E) 1 mm Material im Extruder extrudiert wird. Die meisten linearen Bewegungen werden innerhalb einer einzelnen Ebene ausgeführt, was bedeutet, dass die Z-Koordinate normalerweise aus der Befehlszeile weggelassen wird.
G90 & G91: Absolute & relative Positionierung
Die relative Positionierung wird durch die vorherigen Koordinaten definiert, die absolute nicht (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Die Befehle G90 und G91 teilen der Maschine mit, wie die für die Bewegung verwendeten Koordinaten zu interpretieren sind. G90 legt die "absolute Positionierung" fest, was normalerweise die Standardeinstellung ist, während G91 für die "relative Positionierung" steht. Keiner der Befehle erfordert Parameter, und das Setzen des einen hebt den anderen automatisch auf. Die Positionierung funktioniert ganz einfach, also fangen wir gleich an.
Beispiel
Nehmen wir an, wir wollen den Druckkopf in einer Zeile zu X{{0}} bewegen. Im absoluten Positionierungsmodus würde das so aussehen: G90 ; setzt absolute Positionierung G0 X30 ; bewegt sich zur Koordinate X=30 Diese einfache Bewegung würde den Drucker anweisen, den Druckkopf so zu bewegen, dass er bei X=30 positioniert ist. Nun müssen wir für eine relative Positionierungsbewegung wissen, wo sich der Druckkopf gerade befindet. Nehmen wir an, es ist bei X=10: G91 ; setzt relative Positionierung G0 X20 ; bewegt sich plus 20 mm entlang der X-Achse G91 weist die Maschine zuerst an, die Koordinaten als relativ zur aktuellen Position (X=10) zu interpretieren. Wenn man das weiß, muss sich die Maschine einfach 20 mm in positiver Richtung der X-Achse bewegen und so X=30 erreichen, wie wir möchten.
G28 & G29: Automatische Ausgangs- und Bettnivellierung
G28 und G29 sind nützlich für die Initialisierungsphase (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
„Homing“ nennen wir den Vorgang des Setzens der physikalischen Grenzen aller Bewegungsachsen. Der G28-Befehl führt diese Aufgabe aus, indem er den Druckkopf bewegt, bis er Endstopps auslöst, um die Grenzen zu bestätigen. Das Homing ist nicht nur wichtig, damit sich die Maschine selbst ausrichtet, sondern auch, um zu verhindern, dass sich der Druckkopf über die Grenzen hinaus bewegt. Der G28-Befehl wird normalerweise vor jedem Druckvorgang ausgeführt. Ein weiterer Befehl, G29, startet die automatische Bettnivellierungssequenz. Es gibt viele verschiedene Methoden zum Nivellieren eines Druckbetts vor dem Drucken, da dies normalerweise von der Firmware und nicht von den Endbenutzern festgelegt wird. Aus diesem Grund gehen wir nicht näher auf die Methoden und Befehlsparameter ein. Beachten Sie nur, dass G29 normalerweise nach einem Auto-Home (G28) gesendet wird und die automatische Bettnivellierung gemäß der Firmware durchführen sollte.
Beispiel
G28 XY ; nur die X- und Y-Achsen referenzieren G28 ; Alle Achsen referenzieren Bestimmte Achsen können einzeln referenziert werden, indem X, Y oder Z als Parameter angegeben werden. Andernfalls wird G28 allein alle drei beherbergen. G29 ; Durchführen einer automatischen Bettnivellierungssequenz Wenn Sie eine automatische Bettnivellierungssequenz ausführen möchten, denken Sie daran, G29 zu senden, nachdem Sie den Homing-Prozess durchgeführt haben.
M104, M109, M140 und M190: Temperatur einstellen
Diese M-Code-Befehle sind für die Steuerung des Hotends und der Betttemperatur verantwortlich (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Dies sind wichtige verschiedene Befehle, die wiederum keine Bewegung beinhalten. Zu Beginn legt der M104-Befehl eine Zieltemperatur fest, die das heiße Ende erreichen und halten soll, bis es anders angewiesen wird. Einige der Parameter umfassen den tatsächlichen Temperaturwert (S) und den Druckkopf (T), der beheizt werden soll (für mehrere Extrusionskonfigurationen).
Beispiel
M104 S210 ; Zieltemperatur für heißes Ende auf 210 Grad einstellen Diese Befehlszeile weist die Maschine an, ihr heißes Ende auf 210 Grad aufzuheizen, und geht davon aus, dass es in diesem Extrusionsaufbau nur ein heißes Ende gibt. Nach dem Einstellen der Zieltemperatur fährt der Drucker fort, die nächste Befehlszeile auszuführen, während das heiße Ende erhitzt wird. Wenn wir alternativ warten möchten, bis dieses Ziel erreicht ist, bevor wir mit der nächsten Zeile fortfahren, können wir den Befehl M109 verwenden. M109 S210 ; setze die Zieltemperatur für das heiße Ende auf 210 Grad und tue nichts, bis sie erreicht ist. Das Einstellen der Betttemperatur ist dem heißen Ende sehr ähnlich, aber stattdessen mit den Befehlen M140 und M190: M140 S110 ; Solltemperatur Bett auf 110 Grad setzen M190 S110 ; Stellen Sie die Zieltemperatur für das Bett auf 110 Grad ein und tun Sie nichts, bis sie erreicht ist
M106 & M107: Lüftersteuerung
Sowohl M106- als auch M107-Befehle steuern alle Lüfter in Ihrem 3D-Drucker (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Eine weitere wichtige Aufgabe für 3D-Drucker sind die verschiedenen M106- und M107-Befehle zur Lüftersteuerung. M106 schaltet einen Lüfter ein und stellt seine Geschwindigkeit ein. Dies ist besonders für den Teilkühllüfter sinnvoll, da während des Druckvorgangs während der ersten Schicht und Überbrückung unterschiedliche Drehzahlen benötigt werden. Der Geschwindigkeitsparameter muss ein Wert zwischen 0 und 255 sein. Ein Wert von 255 liefert 100 Prozent Leistung, und jede Zahl innerhalb dieses Bereichs gibt einen entsprechenden Prozentsatz an.
Beispiel
M106 ; schalte einen Lüfter mit maximaler (100 Prozent) Geschwindigkeit ein M106 S128; Schalten Sie einen Lüfter ein und stellen Sie ihn auf 50 Prozent Leistung Mehrere drehzahlgeregelte Lüfter können durch die Index (P)-Parameter definiert werden, da jedem Lüfter von der Firmware ein Index zugewiesen wird. Schließlich schaltet der M107-Befehl einen bestimmten Lüfter aus. Wenn kein Indexparameter angegeben wird, wird normalerweise der Lüfter der Teilkühlung abgeschaltet.
PROGRAMMSTRUKTUR
Wir sind jetzt in einer guten Position, um uns einen echten Code anzusehen, der für den 3D-Druck verwendet wird. G-Code-Programme können in drei verschiedene Abschnitte unterteilt werden, wie wir gleich sehen werden. Es ist erwähnenswert, dass, wenn Sie einen Texteditor verwenden, um eine von einem 3D-Slicer generierte G-Code-Datei zu öffnen, diese möglicherweise nicht sofort mit G- oder M-Befehlen startet. Beispielsweise startet ein Slicer wie Cura oder Simplify3D den Code, indem er einige der zuvor definierten Druckprozessparameter in Kommentare einfügt. Diese Linien wirken sich nicht auf den Druck aus, sondern bieten stattdessen eine schnelle Referenz für Parameter wie beispielsweise die Schichthöhe.
Phase 1: Initialisierung
Die "Initialisierungsphase" umfasst alle Befehle, die erforderlich sind, um den Drucker zum Drucken vorzubereiten (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Der erste Abschnitt eines jeden Programms umfasst die Vorbereitungsaufgaben, die vor dem Drucken des Modells erforderlich sind. Das Folgende sind die ersten sechs Zeilen von Initialisierungs-G-Code-Befehlen aus einem tatsächlichen 3D-Druckauftrag.
G90 M82 M140 S80 M104 S200 G28 G29 Wie wir jetzt wissen, sagt die erste Zeile, dass Bewegungen eine absolute Positionierung verwenden sollten, während die zweite Zeile dem Extruder sagt, dass er auch die Extrusion absolut interpretieren soll. Die dritte und vierte Linie beginnen mit dem Aufheizen des Betts und der Düse auf ihre Zieltemperaturen. Beachten Sie, dass er nicht auf die Zieltemperatur wartet, was bedeutet, dass der Drucker beim Aufheizen automatisch nach Hause fährt und das Bett nivelliert. Einige Initialisierungsroutinen (z. B. die von PrusaSlicer verwendete) beinhalten einen Düsenreinigungsprozess, wie das Drucken einer einzelnen geraden Linie, bevor sie in den Druckprozess springen.
Phase 2: Drucken
Der Druckprozess besteht hauptsächlich aus einer Reihe von Bewegungen und Extrusionen (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Hier passiert die Magie. Wenn Sie sich eine geschnittene G-Code-Datei ansehen, werden Sie feststellen, dass wir unmöglich erkennen können, was die Düse tatsächlich tut. Der 3D-Druck ist ein Schicht-für-Schicht-Prozess, sodass Sie feststellen werden, dass diese Phase viele Bewegungen innerhalb der XY-Ebene umfasst, während eine einzelne Schicht gedruckt wird. Sobald dies erledigt ist, definiert eine winzige Bewegung in Z-Richtung den Beginn der nächsten Schicht. Hier ist ein Beispiel dafür, wie G-Code-Befehle während der Druckphase aussehen können: G1 X103.505 Y153.291 E4.5648 ; Bewegung und Extrusion in XY-Ebene G1 X103.291 Y153.505 E4.5804 ; Bewegung und Extrusion in XY-Ebene G1 Z0.600 F3000 ; Layer wechseln G1 X104.025 Y154.025 F9000 ; Bewegung in XY-Ebene G1 X95.975 Y154.025 E0.4133 F1397 ; Bewegung und Extrusion in der XY-Ebene
Phase 3: Setzen Sie den Drucker zurück
Die letzten Befehle des G-Codes sind normalerweise das Zurücksetzen von Positionen und Status (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Schließlich, wenn der Druckvorgang abgeschlossen ist, bringen einige letzte Zeilen von G-Code-Befehlen den Drucker in einen vernünftigen Standardzustand. Beispielsweise kann die Düse unter anderem in eine vordefinierte Position gehen, das heiße Ende und die Heizbetten werden ausgeschaltet und die Motoren werden deaktiviert. M107 ; Lüfter ausschalten G1 Z10 ; Düse vom Druck weg bewegen M104 S0 ; Heizung am heißen Ende ausschalten M140 S0 ; Bettheizung ausschalten M84 ; Motoren ausschalten
Klemmeneingänge und -ausgänge
OctoPrint hat ein Terminalfenster zum direkten Senden und Empfangen von G-Code (Quelle: Lucas Carolo via All3DP)
Bisher haben wir nur darüber gesprochen, dass der Computer G-Code-Befehle an den Drucker sendet (normalerweise über eine SD-Karte übertragen). Dies ist jedoch nicht die einzige Kommunikationsmethode. Einige Steuersoftware, wie Pronterface und OctoPrint, ermöglichen eine direkte Kommunikation mit dem 3D-Drucker, in diesem Fall können Sie Befehle manuell eingeben. Aus offensichtlichen Gründen wäre es nicht praktikabel, irgendetwas zu drucken, indem Codezeilen einzeln gesendet werden. Aber manchmal wird diese Kommunikationsmethode für andere Zwecke benötigt, z. B. zum Abrufen wertvoller Informationen für die Kalibrierung oder sogar, wenn der 3D-Drucker keinen Bildschirm hat. Beispielsweise ruft der Befehl M105 „Temperaturen melden“ die aktuellen Düsen- und Betttemperaturen ab (die dann möglicherweise von etwas wie OctoPrint angezeigt werden). Diese Kommunikation ist auch sehr nützlich zum Anzeigen und Ändern von EEPROM-Einstellungen, die auf Firmware-Ebene fest codiert sind. Parameter wie Schritte/mm eines Motors, maximale Vorschübe oder PID können über M503 ("Berichteinstellungen") visualisiert, manuell geändert und dann über M500 ("Einstellungen speichern") gespeichert werden.
G-Code schreiben
Einige G-Code-Visualisierungstools können sehr nützlich sein, um zu lernen, wie man Code schreibt (Quelle: Lucas Carolo über All3DP)
Inzwischen sollten Sie in der Lage sein, G-Code viel besser zu lesen und zu verstehen. Dennoch können Sie auch davon profitieren, es zu schreiben. Diese G-Code-Online-Visualisierung ist ein großartiges Werkzeug, um Ihre Fähigkeiten zu testen, da Sie G-Code-Befehle schreiben und sie entsprechend simulieren können. Es macht wirklich viel Spaß! Wenn Sie sich exportierte G-Code-Dateien von Slicern ansehen, sollten Sie auch einige Einblicke in die Funktionsweise von G-Code für den 3D-Druck erhalten. Stellen Sie sicher, dass Sie ein Befehlsreferenzblatt an Ihrer Seite haben und den Code untersuchen!
Kompatibilität
Das Erlernen von G-Code ist eine fortlaufende und lohnende Aufgabe (Quelle: Repetier)
Wir hoffen, dass Sie mit einem Verständnis der G-Code-Befehle zu einem sachkundigeren und leistungsfähigeren 3D-Druckbenutzer werden. Obwohl G-Code nicht die komplexeste Computersprache ist, erfordert es dennoch viel Übung und Studium. Bevor Sie diesen Artikel abschließen, lohnt es sich vielleicht, ein wenig über die G-Code-Kompatibilität zu sprechen. Es gibt viele Arten von 3D-Druck-Firmware, und jede kann unterschiedliche „Geschmacksrichtungen“ von G-Code haben. Dies kann zu großen Kompatibilitätsproblemen führen, da Befehle, die für einen Computer funktionieren, möglicherweise nicht für einen anderen funktionieren. Die Slicer-Software handhabt dies, indem sie den Code durch maschinenspezifische Nachbearbeitungstreiber leitet. Der Postprozessor erkennt die Geschmacksrichtung des eingehenden Codes und wandelt den Code in etwas um, das die Firmware versteht. Vor diesem Hintergrund hoffen wir, dass Ihnen diese kurze Anleitung gefallen hat. Viel Spaß beim Codieren!
Quelle: https://all3dp.com/2/3d-printer-g-code-commands-list-tutorial/
