Dans le monde de l’impression 3D, le microgiciel (firmware) Klipper devient de plus en plus populaire.

Peu d’imprimantes en sont équipées d’origine, l’exception étant les machines Voron ou Ratrig (RatOS) qui ne sont pas vendues telles quelles : il faut d’abord sourcer toutes les pièces nécessaires, attendre la livraison d’icelles et finalement procéder à leur assemblage / montage / calibrage.

Heureusement, quelques fabricants d'imprimantes 3D commencent à produire et vendre des imprimantes fonctionnant avec ce microgiciel Klipper au lieu de l’habituel Marlin : Flsun avec sa V400 , Biqu / Bigtreetech avec sa Hurakan et d'autres à venir.

Avant de céder à cette « mode », un petit rappel me semble nécessaire afin d’éviter toute déconvenue et/ou désillusion.

Qu'est-ce que Klipper ?

Klipper est le logiciel pilotant l’imprimante 3D à l’instar de Marlin.

Le microgiciel (firmware) Marlin actuellement équipe la majorité des imprimantes 3D amateurs. L’imprimante pour peu qu’elle soit équipée d’un écran de contrôle est entièrement autonome. Un matériel informatique peut toutefois être relié à l’imprimante via un câble USB pour permettre de la contrôler plus agréablement.

Klipper, contrairement à Marlin, ne s'exécute pas uniquement sur la carte de l'imprimante, mais répartit le travail entre un matériel informatique et la carte mère de l'imprimante. Sans ce matériel informatique supplémentaire une imprimante «klipperisée» ne peut fonctionner seule.

Dans les dessins ci-dessus, tout ce qui est encadré en vert correspond à des compléments facultatifs, les éléments indispensables et suffisants sont eux encadrés en rouge.

Dans la suite de ce document, j’utilise l’acronyme RPi en lieu et place de RaspberryPi pour indiquer simplement le matériel informatique accueillant le système d’exploitation Linux (unité de calcul ci-dessus).

Ce matériel informatique peut être une Raspberry Pi (actuellement difficilement trouvable à cause de la pénurie de composants électroniques actuelle) ou n’importe quel autre matériel informatique « récent » :

• autres SBC (Small Board Computer),

• AndroidTV,

• PC (terme générique pour Personal Computer indépendamment du système d'exploitation),

• un smartphone Android,

• des tablettes « tout-en-un » genre Flsun SpeederPad ou Creality SonicPad,

• …

Un RPi possède plus de mémoire et plus de puissance de calcul qu’une simple carte d'imprimante 3D munie de son microcontrôleur.

Le système d’exploitation sous-jacent est une distribution Linux. Ce qui offre plus de possibilités que ce qu’offre le système de gestion des cartes à microcontrôleur de nos imprimantes 3D.

Linux offre :

• un accès au système de fichiers,

• l’utilisation de langages de programmation (python, …),

• une connexion réseau (Ethernet et/ou Wifi),

• la gestion du multitâche,

• …

Ces capacités avancées d’un RPi sont utilisées par Klipper (langage Python) pour effectuer une analyse GCODE plus approfondie ainsi qu’une planification plus précise des mouvements basée sur des modèles cinématiques. Aucune carte 32 bits de nos imprimantes même équipée de plus de mémoire et de puissance CPU ne peut rivaliser.

La partie microprogramme de Klipper (microgiciel) de la carte de l'imprimante contient un très petit noyau de traitement. Microgiciel qu'il faudra flasher (installer) sur la carte de l'imprimante. Celui-ci est chargé de gérer les périphériques (moteurs pas à pas, chauffage, écran LCD, ventilateur, capteurs de température, etc.). Cela correspond à l’unité de contrôle (dessins ci-dessus).

Avantages de Klipper

• Les mouvements de l'imprimante semblent plus fluides et plus rapides. Même avec de simples pilotes Allegro A4988, le bruit du moteur est réduit, cependant pas autant qu'avec des pilotes TMC (2208, 2209, … par exemple).
• La configuration de l’imprimante est facilement modifiable (via un fichier « texte » : printer.cfg) sans devoir installer un nouveau firmware (compiler, flasher).
• D'autres avantages méritent d'être mentionnés, par exemple :
  • la «Pressure Advance».
    À l’identique du «Linear Advance» de Marlin, il s’agit d'un modèle physique de commande du moteur de l'extrudeuse. En gros, cette modélisation tient compte du fait que l'extrusion réelle suit les mouvements du moteur en tenant compte de l’accumulation et de la diminution de la pression dans le filament liquide/rigide.
  • Il est même possible de compenser, atténuer, voire supprimer, la résonance afin de réduire le "ringing", «ghosting» (≃ phénomène d’écho) via l’«Input Shapping». Ce paramètre peut être calculé manuellement ou bien automatisé via l’adjonction d’un composant électronique comportant des accéléromètres (ADXL345).
• Possibilité de gérer plusieurs matériels / cartes en même temps (mcu). La carte initiale n’a plus assez de sorties pour l’ajout de nouveaux moteurs, il suffit d’ajouter une deuxième carte et de paramétrer / compléter le fichier printer.cfg pour en tenir compte.
• Large compatibilité avec le GCODE des trancheurs courants (Cura, Superslicer, Prusaslicer, …). Ainsi le flux de travail habituel peut être maintenu.
• Utilisation de macros GCODE, que l’on peut assembler pour traiter des séquences de commandes à la manière d’un "script". Par exemple, réduire au minimum le GCode de démarrage ou d'arrêt (START_PRINT, END_PRINT), émuler des GCodes inexistants. Possibilité d’utiliser les paramètres transmis par le trancheur (par exemple, les valeurs de température dans le code de départ).
• Grâce aux Gcode étendus, Klipper permet de gérer facilement de nombreuses étapes d'étalonnage / calibrage :
  • aide au nivellement du plateau,
  • recherche des bons paramètres de pression-avance,
  • …

Dans de nombreux cas, c’est plus confortable que ce à quoi Marlin nous a habitué.

Inconvénients de Klipper

• L'imprimante ne peut être utilisée qu'en conjonction avec un RPi. Ce qui signifie que l'imprimante perd son indépendance. Il reste possible de remplacer la carte contrôleur par une autre, incorporant les deux unités (calcul / contrôle, voir plus haut) comme :

• • • la Bigtreetech (BTT) Manta,

    • la Mellow FLY-Gemini,

    • la Mellow FLY-Puppet,

    • la MKS SKIPR,

    • la PandaPi,

    • …

• Le port série (port USB) de la carte imprimante n'est plus disponible pour l'envoi de GCODE, ce port est nécessaire à la communication entre le RPi et la carte imprimante.
• Les écrans TFT, tactiles ou non, de plus en plus courants sur de nombreuses imprimantes 3D ne sont pas pris en charge. Si votre imprimante en est équipé, vous ne pourrez plus l’utiliser. Klipper ne gère que les écrans LCD simples avec encodeur à bouton (contrôleur graphique RepRap 2004 ou 12864 et ses variantes).
• Klipper n'est pas aussi répandu (actuellement) que Marlin. Le risque existe d'obtenir moins d'aide en cas de problème qu'avec la norme de facto Marlin.
• Klipper fournit une abondante documentation assez technique (en très grande partie en anglais, des traducteurs sont les bienvenus pour d'autres langues ) qui peut (pourrait) rebuter un novice. Passer de Marlin à Klipper nécessite un réel effort d’apprentissage, cependant de nombreux canaux permettent d’obtenir de l’aide (Github, Documentation, Discord, Discourse (forum), Reddit,…)
• Klipper fonctionne sur des systèmes équipés de Linux comme OS. Une connaissance et maîtrise minimale de Linux (ligne de commandes) est évidemment utile. La copie / recopie d’exemples proposés sur divers sites peut évidemment fonctionner, tant que l’on ne rencontre pas de problème.

Je ne suis aucunement un expert, mais un simple amateur avec quelques connaissances / compétences dans plusieurs domaines (Linux, Klipper, Marlin, …), connaissances acquises par la pratique que je souhaite simplement partager.

« Seul on va plus vite, ensemble on va plus loin. » Proverbe africain

En écrivant ces lignes, j’espère simplement accroître la popularité de Klipper auprès de la communauté de l'impression 3D et faire en sorte que le passage de Marlin à Klipper relève d’un « educated guess » (expression anglo-saxonne signifiant peu ou prou « en toute connaissance de causes ») plutôt que la poursuite d’une mode au risque de déceptions.

Ce fil se poursuivra avec le test de plusieurs matériels « tout-en-un ».