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Wie man einen PID-3D-Drucker manuell abstimmt

Beherrschen Sie die manuelle PID-Abstimmung für 3D-Drucker: Folgen Sie unserer Schritt-für-Schritt-Anleitung, um die Temperaturregelung zu optimieren und die Druckqualität und Stabilität zu verbessern.

Geschrieben von:
Ben
Letzte Aktualisierung:
05/20/2023

FDM-3D-Drucker benötigen häufig eine automatische oder manuelle PID-Einstellung (Proportional-Integral-Derivative), wenn die Drucktemperatur ständig oder häufig schwankt. Außerdem müssen Sie möglicherweise die PID-Werte für ein beheiztes Bett und einen neuen Extruder, Hotend oder sogar eine Düse kalibrieren.

Zur manuellen PID-Einstellung eines 3D-Druckers können Sie Pronterface oder eine ähnliche Software verwenden, um den g-Code auszuführen, zu überwachen und einzustellen. Ermitteln Sie die neuen PID-Werte für den Extruder und das Heizbett, geben Sie sie ein und speichern Sie sie. Überprüfen Sie die Auswirkungen der Abstimmung und ändern Sie die neuen PID-Werte manuell.

Einige 3D-Drucker, wie z. B. die Prusa-Modelle mit Firmware 2.0.12 und späteren Versionen, bieten eine bequeme Auto-Tuning-Option über das LCD-Menü. Allerdings verfügen nicht alle Drucker über diese Funktion. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Sie einen PID-3D-Drucker, unabhängig von der Marke, manuell abstimmen können.

1. Bereiten Sie den 3D-Drucker für die manuelle PID-Abstimmung vor

Die PID-Abstimmung ist ein wichtiger Kalibrierungsprozess. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollten Sie also nicht wahllos Einstellungen wie die PID-Werte kalibrieren, ohne den 3D-Drucker auf das Verfahren vorzubereiten.

Im Folgenden finden Sie die Schritte zur Vorbereitung der manuellen PID-Einstellung Ihres 3D-Druckers:

  1. Schalten Sieden 3D-Drucker aus und kühlen Sie das Heizbett ab. Das Abziehen des Netzkabels ist nicht erforderlich.
  2. Entladen Sie das Filament und entfernen Sie alle Teile aus dem Extruder. Vergewissern Sie sich, dass der 3D-Drucker sauber und trocken ist und sich an dem Ort befindet, an dem Sie üblicherweise drucken.
  3. Sorgen Sie für normale Umgebungsbedingungen, einschließlich Temperatur und Wind, so wie sie während des Druckvorgangs herrschen werden. Brisen und Zugluft können die PID-Abstimmung beeinträchtigen, schalten Sie also Ihre Ventilatoren aus und schließen Sie Ihre Fenster.

2. Verbinden Sie den 3D-Drucker mit Ihrem Computer

Um Ihren Drucker manuell einzustellen, müssen Sie während eines Tests auf seinen Live-G-Code zugreifen.

Sie können einen Computer oder ein anderes kompatibles Gerät verwenden, um mit der Firmware des 3D-Druckers zu interagieren. Ein Laptop ist möglicherweise praktischer als ein Smartphone, ein Tablet oder ein Raspberry Pi. Sie benötigen das USB-Kabel des 3D-Druckers, um eine Verbindung zu Ihrem Computer herzustellen, auf dem die ausgewählte Software ausgeführt wird – mehr dazu in einer Minute.

3. Software für den Zugriff auf ein G-Code-Terminal verwenden

Die manuelle Einstellung der PID-Einstellungen eines 3D-Druckers erfordert den Zugriff auf ein G-Code-Terminal. Der G-Code-Zugang ist für alle Marken und Modelle erforderlich, es sei denn, Sie verwenden eine schlüsselfertige PID-Autotuning-Funktion.

Sie können Pronterface verwenden, das die unkomplizierteste G-Code-Konsole hat. Pronterface ist eine kostenlose Open-Source-Anwendung, so dass Sie für die Nutzung nichts bezahlen müssen.

Unabhängig davon, welchen Slicer Sie für Ihren 3D-Drucker verwenden (OctoPrint, PrusaSlicer, Ultimaker Cura usw.), können Sie Pronterface verwenden, um die PID-Einstellungen manuell zu ändern. Ich empfehle Pronterface nicht als Ersatz für eine Slicer-Software, da es weder die beste noch die schnellste ist.

Hier finden Sie ein Video zum Download und zur Installation von Pronterface, um Ihnen den Einstieg zu erleichtern, wenn Sie mit der Anwendung oder ihrer Benutzeroberfläche nicht vertraut sind:

Sobald Sie Pronterface auf Ihrem Computer installiert haben, schließen Sie das Terminal über den USB-Anschluss an Ihren 3D-Drucker an. Vergewissern Sie sich, dass der Extruder oder das Hotend des 3D-Druckers Raumtemperatur hat, und stellen Sie sicher, dass das Bett kühl ist. Schalten Sie dann den 3D-Drucker ein, wobei das Filament bereits entladen ist.

4. Ermitteln Sie die aktuellen PID-Werte (optionaler Schritt)

Öffnen Sie Pronterface, nachdem Sie den Computer und Ihren 3D-Drucker verbunden haben. Sie können die aktuellen PID-Werte abrufen, wenn Sie sich diese notieren möchten.

Die aktuellen PID-Werte können Ihnen helfen, die neuen Proportional-, Integral- und Derivativwerte nach der Abstimmung zu vergleichen.

Ein solcher Vergleich ist vielleicht nicht für jeden notwendig. Wenn Sie jedoch herausfinden möchten, wie oder warum die Temperatur des Extruders oder des Heizbetts Ihres 3D-Druckers geschwankt hat, wird die Gegenüberstellung der aktuellen, alten und neuen PID-Werte wahrscheinlich wertvolle Erkenntnisse liefern.

Außerdem sind die aktuellen oder alten Werte nützlich, wenn die neuen PID-Einstellungen nach der Einstellung nicht so ausfallen, wie Sie es erwartet haben.

Im Folgenden werden die Schritte beschrieben, mit denen Sie die aktuellen PID-Werte eines FDM-3D-Druckers ermitteln können:

  1. Öffnen Sie die Pronterface-Anwendung auf Ihrem Computer und stellen Sie sicher, dass der angeschlossene 3D-Drucker eingeschaltet ist.
  2. Rufen Sie das g-code Terminal auf Pronterface in der Befehlskonsole auf der rechten Seite auf.
  3. Geben Sie den Code M503 in das Terminal ein, um die aktuellen 3D-Druckereinstellungen zu erhalten.
  4. Die PID-Werte werden als Kp oder kP, Ki oder kI, und Kd oder kD angezeigt.
  5. Sie können diese Werte an anderer Stelle auf Ihrem Computer oder auf Papier notieren, um später darauf zurückzugreifen.

5. Einstellen der PID-Werte des 3D-Drucker-Extruders

Nachdem Sie die aktuellen PID-Werte im optionalen Schritt 4 ermittelt haben, können Sie diese Werte ändern und manuell in die Firmware oder das Mainboard Ihres 3D-Druckers eingeben.

Es gibt eine anhaltende Debatte unter 3D-Druckernutzern über die Genauigkeit oder die Auswirkungen der verschiedenen Selbsteinschätzungen der Firmware und der daraus resultierenden PID-Einstellung. 3D-Druckermarken und ihre Experten sind oft unverbindlich, was die automatische und manuelle Abstimmung der PID für Marlin-basierte Firmware und andere angeht.

Dennoch ist eine Bewertung oder Selbstdiagnose durch die Firmware der beste Weg, um den 3D-Drucker die erforderlichen Proportional-, Integral- und Derivativwerte ermitteln zu lassen.

Bei der manuellen Einstellung Ihres 3D-Druckers müssen Sie folgende Grundformel eingeben: M303 Ex Sx Cx, wobei x für eine beliebige Zahl steht.

Das bedeutet Folgendes:

  • M303 startet den Test. M303 ist der g-Code, mit dem der PID-Selbstoptimierungsprozess durch die Firmware Ihres 3D-Druckers eingeleitet wird.
  • E steht für das Heizbett. Wenn Sie das Heizbett abstimmen möchten, fügen Sie nach dem E eine -1 oder -2 ein, wodurch die Abstimmung eingeleitet wird. Wenn Sie jedoch das Hotend testen und abstimmen, lassen Sie den E-Wert bei 0.
  • S steht für die Drucktemperatur oder die Temperatur des Heizbettes. Um Ihre ideale Drucktemperatur einzustellen, geben Sie den gewünschten Gradwert nach dem S ein. Ziel ist es, eine Zieltemperatur festzulegen, die Sie häufig für den 3D-Druck verwenden werden. In diesem Beispiel ist 210° C, oder S210, für PLA. Wenn Sie mit ABS oder PETG drucken, wählen Sie diese Drucktemperaturen mit S im Code. Sie können also S260 für ABS, S250 für PETG usw. verwenden.
  • C steht für den Zyklus. C steht für die Zeiten, in denen Ihr Drucker die Temperatur innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens überprüft und anpasst. Sie können zwischen 3 und 10 Zyklen wählen, verwenden Sie also je nach Bedarf C3 oder C10. Wenn Sie die Anzahl der Zyklen erhöhen, verlängert sich der PID-Einstellungsprozess für jeden FDM-3D-Drucker.

In diesem Beispiel gehen wir davon aus, dass Sie einen Standard-FDM-Drucker haben und hauptsächlich mit PLA drucken. Der Wert, den Sie wahrscheinlich eingeben möchten, ist:

  • M303 E0 S210 C5. Sie können diesen Beispielcode M303 E0 S210 C5 so ändern, wie Sie es für Ihren Zweck für richtig halten.

Sobald der PID-Abstimmungsprozess abgeschlossen ist, werden die neuen Werte in der Befehlskonsole angezeigt. Diese Schritte oder der Code müssen jedoch leicht geändert werden, wenn Sie die PID eines beheizten 3D-Druckbetts einstellen möchten.

6. Manuelles Einstellen der PID-Werte für das beheizte Bett eines 3D-Druckers

Sie können Pronterface und das gleiche Codeformat, M303 E S C, verwenden, um die PID-Werte des beheizten Bettes eines 3D-Druckers einzustellen. Die E- und S-Werte ändern sich jedoch in Abhängigkeit von der Zieltemperatur des Heizbetts.

Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur manuellen Einstellung der PID-Werte des Heizbetts eines 3D-Druckers:

  1. Befolgen Sie alle oben in diesem Leitfaden beschriebenen Schritte zur Vorbereitung und Einrichtung. Vergewissern Sie sich, dass das beheizte Druckbett waagerecht steht und kein Luftzug oder andere äußere Einflüsse vorhanden sind.
  2. Geben Sie auf der Pronterface-Befehlskonsole den Code M303 E-1 S70 C5 ein.
  3. E-1 ist der Standardcode für die Einstellung der PID des beheizten Bettes eines 3D-Druckers, aber nicht immer. In einigen seltenen Fällen ist ein Fehler mit E-1 im Abstimmcode aufgetreten. Erkundigen Sie sich bei Ihrem 3D-Drucker oder dem Hersteller, wenn im Benutzerhandbuch nichts darüber steht. Bei einigen Prusa 3D-Druckern wurde aufgrund einer Anomalie das beheizte Bett auf E-2 statt auf E-1 eingestellt. Wenn Sie also Probleme haben, schalten Sie diese E-1- und E-2-Kombinationen im Tuning-Code um.
  4. Sie können S50, S60, S90 oder S100 wählen, je nach Zieltemperatur in Celsius.
  5. Sie können die Zyklen im Code auf C10 oder C3 erhöhen oder verringern, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen.

Pronterface gibt die neuen PID-Werte für das beheizte Bett des 3D-Druckers in der gleichen Konsole aus, in der Sie auch die Werte für das Extruder-Hotend erhalten würden.

7. Notieren Sie die neuen PID-Werte und geben Sie sie ein.

Wenn Sie die neuen PID-Werte auf Pronterface sehen, können Sie sie irgendwo notieren oder die Zahlen direkt kopieren und in den erforderlichen Code eingeben, um die Informationen an den 3D-Drucker zu übermitteln.

Der Code für die Eingabe neuer PID-Werte lautet M301. Der vollständige Code lautet M301 Pxx.xx Iyy.yy Dzz.zz. Die entsprechenden PID-Werte, die Sie nach Abschluss der Abstimmung erhalten, sind die x-, y- und z-Werte.

Die Werte werden normalerweise mit bis zu zwei Dezimalstellen angezeigt. Sie können dasselbe im Code verwenden.

Angenommen, die neuen PID-Werte nach der Abstimmung sind:

  • Kp oder kP: 33.00
  • Ki oder kI: 3.30
  • Kd oder kD: 82,46

Der Code zur Eingabe dieser Werte lautet dann M301 P33.00 I3.30 D82.46.

Geben Sie den Code mit genau dem gleichen Abstand zwischen den Zahlen M, P, I und D und ohne andere Sonderzeichen als die Dezimalpunkte ein, wie ich es in diesem Beispiel getan habe. Schicken Sie den Code an den 3D-Drucker.

8. Speichern Sie die neuen PID-Werte auf der Hauptplatine

Wenn Sie die neuen oder angepassten PID-Werte eingeben, werden die Informationen nur auf einer Speicherkarte oder einem Laufwerk gespeichert, wenn ein solches an den 3D-Drucker angeschlossen ist. Der M301-Code ist ein Zwischenschritt, um die Daten einzugeben, nicht um die eingestellten PID-Werte auf der Hauptplatine des 3D-Druckers zu speichern. Hierfür müssen Sie den M500-Code verwenden.

Der M500-Code speichert die neuen Informationen, damit die Firmware nicht die Standardeinstellungen wiederherstellt, wenn Sie den 3D-Drucker neu starten oder die Speicherkarte, das Flash-Laufwerk oder den Stick entfernen.

Nachdem Sie die Prozesse M303 und M301 abgeschlossen haben, um die PID abzustimmen und die neuen Werte einzugeben, geben Sie M500 auf der Pronterface g-code Konsole ein und senden ihn an den 3D-Drucker.

Sie müssen nichts zu M500 hinzufügen, um die neuen PID-Werte zu bestätigen und zu speichern.

Als eigenständiger Code bestätigt M500 nichts, wenn ein vorhergehender M301-Schritt die neuen PID-Werte nach dem Abstimmungsprozess mit M303 nicht einspeist. Wenn Sie also einen Fehler machen, wird sich nichts ändern.

9. Überprüfen Sie die Kalibrierungseffekte der PID-Abstimmung

Wenn Sie die Schritte 1 bis 8 in dieser Anleitung fehlerfrei ausführen, sollten Sie in der Lage sein, die PID-Einstellungen Ihres 3D-Druckers ohne unerwartete Probleme einzustellen.

Dieses Verfahren gilt für Extruder oder Hotends und beheizte Druckbetten. 3D-Drucker sind jedoch nicht immer vorhersehbar, also testen Sie die Auswirkungen.

Sie können eine Drucktemperatur auswählen oder das beheizte Bett einschalten, um zu sehen, ob es auf der LCD-Anzeige oder über eine andere Benutzerschnittstelle, z. B. den Slicer, zu erheblichen Schwankungen kommt. Ein perfekter PID-Abstimmungsprozess kann die Einstellungen so kalibrieren, dass die Temperatur nicht schwankt.

Natürlich kann es während des Druckvorgangs zu geringfügigen Schwankungen kommen, vor allem, wenn ein Lüfter eingeschaltet wird oder wenn ein äußerer Einfluss vorliegt. Jede konstante oder starke Schwankung der Temperatur von Extruder und Hotend oder des beheizten Bettes erfordert eine weitere Untersuchung.

10. Einstellen oder manuelles Ändern der neuen PID-Werte

Die Hauptplatine speichert die von Ihnen eingegebenen neuen PID-Werte und speichert sie nach der Einstellung als Firmware-Standardeinstellungen für Ihren 3D-Drucker.

Die kalibrierten PID-Einstellungen werden im Laufe der Zeit auf Ihre Drucktemperaturen angewendet.

Sie können jedoch die alten und sogar die neuen PID-Werte je nach der Leistung des 3D-Druckers manuell anpassen oder ändern. Einige 3D-Drucker-Enthusiasten nehmen die Standard-PID-Werte und verwenden die Zeigler-Nichols-Methode, um die Einstellungen zu optimieren.

Im Folgenden wird beschrieben, wie einige Anwender die klassischen PID-Parameter mit Hilfe der Zeigler-Nichols-Methode so einstellen, dass sie mit einem gewissen Überschwingen drucken:

  • Neuer P-Wert oder geänderter kP (Kp): Kp oder kP Classic x 0,55.
  • Der I-Wert bleibt unverändert, also wird Ki oder kI Classic verwendet.
  • Neuer D-Wert oder geänderter kD (Kd): Kd oder kP Classic x 8/3.

Die Formel zur Abstimmung des PID-Reglers für 3D-Druck ohne Überschwingen nach der Zeigler-Nichols-Methode lautet:

  • Der neue kP ist kP Classic / 3.
  • Der neue kI-Wert ist kI Classic.
  • Der neue kD-Wert ist kD Classic x 8/3.

In ähnlicher Weise ändern einige Benutzer von 3D-Druckern die PID-Werte, um den 3D-Drucker auf der Grundlage der Hotend-Spezifikationen abzustimmen.

Nehmen wir an, Sie steigen von einem 40-W-Hotend auf ein 80-W-Hotend um. Da das neue Hotend doppelt so stark ist, können Sie die alten PID-Werte um die Hälfte reduzieren.

Wenn Sie die PID-Abstimmungscodes mit Pronterface ausführen und die neuen Werte speichern, wie ich es weiter oben in diesem Artikel erklärt habe, sollte das für Ihren 3D-Drucker funktionieren, es sei denn, etwas stimmt nicht.

Abschließende Überlegungen

Die Schritte 1 bis 8 sollten nicht länger als ein paar Minuten dauern, wenn Sie alles Wesentliche vorbereitet haben. Die PID-Abstimmung löst jedoch nicht alle Temperaturprobleme beim 3D-Druck. Schwankungen, die größer als +/- 5 °C sind, können auch auf Lüfter, Thermistordraht oder Stecker und andere Probleme zurückzuführen sein.

Geschrieben von:
Ben
Letzte Aktualisierung:
05/20/2023

Über Ben

I started 3D printing since 2013 and have learned a lot since then. Because of this I want to share my knowledge of what I have learned in the past years with the community. Currently I own 2 Bambulab X1 Carbon, Prusa SL1S and a Prusa MK3S+. Hope you learn something from my blog after my years of experience in 3D printing.